最終更新 2026-10-19

電流コラプスとは(GaN)

Current Collapse

電流コラプスとは、GaNのHEMTで、オフの状態で高い電圧をかけた直後にオンにすると電流が減り、オン抵抗が増える現象です。高い電界で加速された電子が表面やバッファ層の欠陥に捕まり、電流の通り道を狭めることが原因です。保護膜やフィールドプレート、バッファ層の改良で抑えられています。

目次7項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 設備の製造メーカー
  5. 関連用語
  6. 比較・違いを学ぶ
  7. 出典・参考資料

定義・解説

電流コラプスとは、GaN(窒化ガリウム)のHEMTで、オフの状態で高い電圧をかけた直後にオンにすると、本来流れるはずの電流が減ってしまう(オン抵抗が増える)現象です。電流が一時的に「つぶれる」ように見えることから、この名前がついています。スイッチングのたびにオン抵抗が変わるため、動的オン抵抗の増加とも呼ばれます。

主な原因は、電子が結晶の欠陥(トラップ)に捕まることです。オフの状態で高い電圧がかかると、ゲートとドレインの間の強い電界で電子が加速され、素子の表面や、GaNの層の下にあるバッファ層の欠陥に捕まります。捕まった電子は負の電荷として働き、電流の通り道である二次元電子ガスを押しのけるため、オンにしても電流が十分に流れません。電子が欠陥から抜け出すには時間がかかるため、影響がしばらく残ります。

対策としては、表面を窒化シリコンなどの保護膜(パッシベーション)で覆って表面の欠陥を減らす、ゲートの端の電界を和らげるフィールドプレートを設ける、バッファ層の結晶品質や炭素などの不純物の入れ方を最適化する、といった方法があります。GaNのパワーデバイスが実用化されるまでの大きな壁の1つで、現在の製品では大きく改善されていますが、信頼性評価では今も重要な項目です。

図解

高電圧のオフ状態から電子がトラップに捕まり、オン時に電流が減るまでの電流コラプスの流れ
捕まった電子が抜けるまでの時間で、回復の速さが決まる。

よくある質問(FAQ)

電流コラプスは製品でも起きますか?
初期のGaNデバイスでは大きな問題でしたが、保護膜やフィールドプレート、バッファ層の改良によって、現在の製品では大きく抑えられています。ただし、動作電圧や温度によってはわずかに残るため、メーカーは高電圧でスイッチングを繰り返したときの動的オン抵抗を評価して仕様に反映しています。
電流コラプスはSiCでも起きますか?
電流コラプスはGaNのHEMTに特有の問題として知られています。SiCのMOSFETでは、ゲート酸化膜との界面の欠陥によってしきい値電圧が変動する現象が別の課題として扱われており、原因と対策は異なります。

設備の製造メーカー

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出典・参考資料

  1. 北海道大学(学位論文 西口賢弥)「Surface-related operation instabilities of GaN HEMTs and their control using Al2O3-based MOS structures [an abstract of dissertation and a summary of dissertation review]」(2026/10/19 確認)