全球首次！三菱电机用GaN衬底抑制GaN频率色散

三菱电机在全球范围内首次阐明了氮化镓（GaN）晶体管中，由晶体缺陷引发的频率色散效应的影响机理。这款晶体管是在单晶GaN衬底上生长单晶GaN外延层制成；同时三菱电机也证实，该方案能够大幅抑制频率色散现象。频率色散指高频器件的电流等特性会随工作频率发生变化。该公司表示，这一成果可以稳定发挥氮化镓本身具备的高性能，助力高频设备实现小型化、性能提升与功耗降低，这类设备包含采用氮化镓晶体管的工业微波加热系统。

近年来，在高频领域，大功率、高效率氮化镓晶体管的需求快速增长。相关应用包括用于化学回收（将废塑料转化为化工原料）的工业微波加热设备、5G/6G基站以及雷达系统。传统氮化镓晶体管大多在碳化硅（SiC）衬底上生长GaN外延层，原因是SiC导热性能优异，散热效果好。但衬底材料和外延层材料不同，薄膜生长过程中不可避免会产生晶体缺陷。

这些晶体缺陷会阻碍高频工作状态下的电子迁移，进而引发频率色散（电流随频率改变），造成器件工作不稳定。为此，过去必须依靠数字电路做复杂校正，带来两大难题：整套系统体积变大、功耗增加。

该研究属于日本环境省委托项目《加速创新型减碳元器件与材料的落地推广》。三菱电机采用一种纳入缺陷响应特性的新型电路分析法，对搭载GaN衬底（日本企业优势领域）的GaN晶体管开展器件表征，探明了晶体缺陷对频率色散的影响规律。

三菱电机表示，他们首次证实，采用GaN衬底可以显著抑制频率色散，获得平坦的频率特性。这就能够简化原本必不可少的数字校正电路。公司认为，该技术有助于高频设备小型化、性能升级以及降低功耗。相关详细成果将在国际氮化物半导体研讨会（IWN 2026）上发布，会议地点为日本熊本市熊本城会馆。

值得一提的是，去年底三菱电机研发出全球首款7GHz频段氮化镓（GaN）功率放大模块（PAM），该模块同时拥有全球领先的功率效率，有望提升5G-Advanced基站的部署便利性与能效水平，助力向6G演进。三菱电机还在全球首次利用5G-Advanced通信信号完成演示，验证了这款新型功率放大模块的性能。

三菱电机依托自研匹配电路技术与高性能GaN晶体管，开发这款7GHz GaN功率放大模块。原型模块采用元器件高密度集成方案，尺寸仅12.0毫米 ×8.0毫米，体积小巧，能够改善5G-Advanced基站的布设效率。彼时，三菱电机表示后续将持续开展研发，推动该功率放大模块在5G-Advanced基站落地实用。