株式会社Power Diamond Systems（パワーダイヤモンドシステムズ）

市場課題｜ダイヤモンド半導体は耐圧も電流も伸ばしにくい

電界集中で高い電圧に耐えにくい

次世代のパワー半導体（電力の流れを切り替える半導体）として期待されるダイヤモンドには、高い電圧に耐えにくい弱点があります。ゲート（電流を制御する電極）の端部に電界が集中し、ドレイン（電流の出口）とソース（入口）の間の耐圧が下がるためです。高い電圧を扱う電力変換回路には用いにくく、実用化は先送りされてきたといわれています。

素子を並べる必要で装置が大型化

大きな電流を流すには、小型の素子を多数並列に接続する必要があり、装置が大型化します。1つの素子で使える面積に上限があり、流せる電流が頭打ちになるからです。素子が増えるほど実装面積とコストもかさみます。

他にも、素子の性能を左右する結晶中の不純物や欠陥、大きな面積のダイヤモンド基板を得る難しさ、材料と製造工程の良否を判断する評価基盤の不足、装置メーカーとの用途開発の長期化、といった課題があるといわれています。

FrontJournalの解説

• 耐圧半導体の素子が壊れずに保てる電圧の上限を指す。電力変換の回路では扱う電圧より高い耐圧が必要であり、耐圧が低いほど使える用途は限られる。

Power Diamond Systemsの強み｜「ダイヤモンド半導体」を開発

電界集中を抑えて耐圧550V

従来のダイヤモンドMOSFETは、ゲートの端で電界を逃がす構造を持たず、素子の耐圧が設計値に届きませんでした。

同社は、ゲートの端に金属の膜を張り出す「フィールドプレート構造」を導入し、電界の集中を抑えました。あわせて素子の大面積化を進め、1つの素子で耐圧550Vとドレイン電流0.8Aを両立させています。この素子の土台は、ダイヤモンドの表面を酸化シリコンで覆う終端構造（表面を覆って電気的な性質を安定させる構造）です。ゲート電圧が0Vのときに電流が流れないノーマリオフ動作はこの構造から生まれ、異常時に回路を安全に止める設計を支えます。

素子の大面積化で大電流

従来のダイヤモンドMOSFETでは、大電流とスイッチングの評価に必要な特性を両立させるため、1つの素子の有効面積が抑えられていました。

同社は素子の面積を広げ、並列接続に頼らない大電流駆動を実現しました。この素子は、200V・1Aのスイッチング動作（電流を高速に入り切りする動作）も確認済みです。1チップで電流を双方向に遮断するモノリシック双方向スイッチでは、290Vの双方向耐圧と8.2mΩcm²のオン抵抗（素子の面積あたりで表した、電流を流したときの抵抗）を達成しました。バルク伝導型（結晶の内部に電流を流す構造）と比べ、オン抵抗は10分の1以下です。

FrontJournalの解説

• フィールドプレート構造ゲートの端に金属の膜を張り出し、電界が一点へ集まるのを和らげる設計を指す。電界の集中は耐圧を制限する主な原因であり、高い耐圧を得る手段として用いられる。

ダイヤモンド半導体の未来｜電動化と宇宙で電源を担う

電力変換回路で動作を確認

ダイヤモンドMOSFETの検証は、素子単体の測定から回路として動かす段階へ進みました。試作した降圧型のDC/DCコンバータ（電圧を下げて供給する回路）では、連続動作させた状態での電力変換が確認済みです。ダイヤモンドMOSFETで電力変換回路を動かした実証としては、世界で初めての事例といわれています。電気自動車の車載充電器は、この回路の延長線上にあります。

宇宙機の電源で耐久性を検証

同社は、ダイヤモンド半導体を宇宙機の電源へ使うための検証を進めています。2025年7月には宇宙航空研究開発機構（JAXA）と、宇宙機応用に向けた共同研究を始めました。宇宙機の電源には、放射線と高い温度に耐える素子が求められ、ダイヤモンドはこの条件に適するといわれています。共同研究では、地上での耐久性と動作の検証を通じ、宇宙で使うための基礎データを取得します。

電力網の省エネを目指す

同社が目指すのは、「超小型で高効率なインバータモジュール（直流を交流に変える装置）を実現し、エネルギー社会の省エネに貢献すること」です。太陽光発電をつなぐ電力網や、鉄道、電動船舶などでは、電力変換回路の損失と大きさが課題として残ります。素子1つが扱える電力が増えれば、変換装置の部品点数は減り、冷却の負担も小さくなります。用途の開拓は、ファブレス（自社工場を持たない形態）の体制で進む見通しです。

会社概要｜Power Diamond Systemsの事業と設立背景

早稲田大学の研究から創業

株式会社Power Diamond Systemsは、2022年8月8日に東京都新宿区の早稲田大学アントレプレナーシップセンターで設立されました。共同創業者の川原田 洋氏は同大学理工学術院の教授で、現在主流となるダイヤモンド電界効果トランジスタの方式（早大方式）を1994年に開発した研究者です。代表取締役CEOの藤嶌 辰也氏は、ローム株式会社を経て、マサチューセッツ工科大学で窒化ガリウム（電力の損失を抑えられる半導体材料）を研究しました。その後はコンサルティング会社などで事業に携わっています。長年の研究成果を産業へ移すことが設立の目的です。

NEDO採択とJAXAとの連携

同社の開発は、公的機関と企業の双方に支えられています。2024年度にはNEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の「新技術先導研究プログラム」に採択され、成果の一部は文部科学省のマテリアル先端リサーチインフラ事業の支援も受けています。2026年8月には東レリサーチセンターとデバイス評価の共同研究を始めました。九州工業大学とも連携し、福岡県北九州市に研究開発拠点を置いています。

約7億円の調達を完了

同社は2024年11月、第三者割当増資（特定の相手に新株を割り当てて出資を受ける方法）の1stクローズで約7億円を調達しました。引受先は、JICベンチャー・グロース・インベストメンツ、早稲田大学ベンチャーズ、QBキャピタル、みずほキャピタルです。2025年1月には2ndクローズを実施し、三菱UFJキャピタルが加わりました。資金は、デバイスとモジュール開発や組織体制の強化に充てられます。

編集後記｜FrontJournal編集部より

半導体の材料として見たダイヤモンドは、電圧と熱に強い物性を備えています。一方で、結晶を扱う難しさから、実用化は遠い先の話として語られてきました。その材料が、耐圧550Vや200V・1Aのスイッチング動作という具体値で語られるようになりました。

注目したいのは、素子の記録更新でなく回路として動く状態まで見据えている点です。DC/DCコンバータや双方向スイッチは、電気自動車や再生可能エネルギーの装置に直結する構成で、実用の入口を自ら確かめる姿勢がうかがえます。自社工場を持たず大学や分析会社と組む体制も、速度を上げる選択です。

扱いの難しい材料とされてきたダイヤモンドが、電力を支える当たり前の部品になる日を期待しています。

FrontJournal編集部

本記事は、FrontJournalが公開情報をもとに独自に分析した第三者コンテンツであり、対象企業・研究機関の公式見解ではありません。