知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022131747
(43)【公開日】2022-09-07
(54)【発明の名称】電波発生装置及びそれを用いた加熱機器
(51)【国際特許分類】
H01L 21/268 20060101AFI20220831BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20220831BHJP
H01L 21/324 20060101ALI20220831BHJP
H05B 6/66 20060101ALI20220831BHJP
【ＦＩ】
H01L21/268 Z
H01L29/80 H
H01L21/324 X
H05B6/66 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021030854
(22)【出願日】2021-02-26
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】夘野 高史
(72)【発明者】
【氏名】細川 大介
(72)【発明者】
【氏名】菅谷 英生
(72)【発明者】
【氏名】大野 英樹
(72)【発明者】
【氏名】藤田 静雄
(72)【発明者】
【氏名】福田 勝利
【テーマコード（参考）】
3K086
5F102
【Ｆターム（参考）】
3K086AA02
3K086BA07
3K086BA10
5F102FA07
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD01
5F102GD10
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ10
5F102GL01
5F102GM01
5F102GM04
5F102GQ01
5F102GS09
5F102GV05
5F102GV06
(57)【要約】
【課題】ワイドバンドギャップ半導体を好適に用いた電波発生装置を提供する。
【解決手段】電波発生装置は、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号を発生可能な信号発生部と、ワイドバンドギャップ型トランジスタを備え、前記電波信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記電波信号を照射する電波照射手段とを備える。
【選択図】図１６
【解決手段】電波発生装置は、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号を発生可能な信号発生部と、ワイドバンドギャップ型トランジスタを備え、前記電波信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記電波信号を照射する電波照射手段とを備える。
【選択図】図１６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号を発生する信号発生部と、
ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて前記電波信号を増幅する信号増幅部と、を備える電波発生装置。
ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて前記電波信号を増幅する信号増幅部と、を備える電波発生装置。
【請求項2】
前記トランジスタセルユニットは、同一基板上に並べて配置された複数のトランジスタセルで構成される、請求項１に記載の電波発生装置。
【請求項3】
前記信号増幅部は、前記トランジスタセルユニットの入力信号を整合させる入力整合回路と、前記トランジスタセルユニットの出力信号を整合させる出力整合回路とを備え、
前記入力整合回路、前記トランジスタセルユニット及び前記出力整合回路が同一基板上に実装される、請求項１または２に記載の電波発生装置。
前記入力整合回路、前記トランジスタセルユニット及び前記出力整合回路が同一基板上に実装される、請求項１または２に記載の電波発生装置。
【請求項4】
請求項１に記載の電波発生装置と、
被加熱物を収容するための加熱室と、
前記加熱室内に前記信号増幅部で増幅された前記電波信号を照射する電波照射部と、を備える加熱機器。
被加熱物を収容するための加熱室と、
前記加熱室内に前記信号増幅部で増幅された前記電波信号を照射する電波照射部と、を備える加熱機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電波発生装置及びそれを用いた加熱機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用いた半導体素子が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、α－Ａｌ２Ｏ３基板上に形成されたα－（ＡｌｘＧａ１－ｘ）２Ｏ３単結晶（０≦ｘ＜１）からなるｎ型α－（ＡｌｘＧａ１－ｘ）２Ｏ３単結晶膜と、その単結晶膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、そのソース電極とドレイン電極との間の領域上に形成されたゲート電極と含むＧａ２Ｏ３系のＭＥＳＦＥＴが示されている。
【0004】
特許文献２には、半導体積層体の上に互いに間隔をおいて形成されたソース電極部及びドレイン電極と、ソース電極部とドレイン電極との間に、ソース電極部及びドレイン電極と間隔をおいて形成されたゲート電極とを有する半導体装置が示されている。
【0005】
また、特許文献３には、半導体パッケージとして、高周波信号が入出力される半導体素子と、一端が半導体素子の入出力端子と接続されたリード端子と、リード端子の他端が露出するように封止する封止用樹脂と、リード端子に対向しかつ封止用樹脂から露出する接地強化用金属体とを備えるものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１３／０３５８４４号
【特許文献2】国際公開第２０１５／０１１８７０号
【特許文献3】国際公開第２０１３／０９４１０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）に代表されるワイドバンドギャップ型トランジスタは、パワーデバイスとしての理論的な性能がシリコンよりも高く、炭化ケイ素や窒化ガリウムよりも高いという特徴がある。
【0008】
しかしながら、ワイドバンドギャップ型トランジスタは、シリコンや窒化ガリウム等と比較して、酸化ガリウムからなる半導体デバイスを用いた量産製品が少ないのが現状である。
【0009】
発明者らは、鋭意検討を重ねることで、ワイドバンドギャップ型トランジスタについての様々な知見を得た。
【0010】
本開示では、ワイドバンドギャップ型トランジスタについての知見に基づいて、上記の従来技術の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る電波発生装置は、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号を発生可能な信号発生部と、ワイドバンドギャップ型トランジスタを備え、前記電波信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記電波信号を照射する電波照射手段とを備える。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、従来と比較してより大きな出力を取り出したり、同じ出力を得るためのデバイスサイズを小さくすることができる。また、従来技術と比較して耐熱が高くできる。これにより、電波発生装置の適用範囲が広がるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】トランジスタセル（横型）の構成例を示す側断面図
【図2A】トランジスタセルの他の例及び熱伝導層の効果についての説明を示す図
【図2B】トランジスタセルの他の例及び熱伝導層の効果についての説明を示す図
【図2C】トランジスタセルの他の例及び熱伝導層の効果についての説明を示す図
【図3】トランジスタセル（縦型）の構成例を示す側断面図
【図5A】信号増幅回路の一例を示す回路図
【図5B】信号増幅回路の実装イメージを示す平面図
【図5C】信号増幅回路の実装イメージを示す側断面図
【図5D】入力整合部の一例を示す等価回路図
【図5F】トランジスタセルユニットの構成例を示す側断面図
【図5G】トランジスタセルユニットの構成例を示す平面レイアウト図
【図6A】信号増幅回路のリードフレームへの実装イメージを示す平面図
【図6B】信号増幅回路のリードフレームへの実装イメージを示す側断面図
【図7】電波発生装置の構成例を示すブロック図
【図8】多段増幅器の構成例を示すブロック図
【図9A】多段増幅回路のリードフレームへの実装イメージを示す平面図
【図9B】多段増幅回路のリードフレームへの実装イメージを示す側面図
【図10】電波発生装置の実装イメージの一例を示す側断面図
【図11】電波発生装置の実装イメージの他の例を示す側断面図
【図12】電波発生装置の外観イメージ図
【図13】電波発生装置の出力側基板レスの構成について説明するための図
【図14】多段アンプのＭＭＩＣ化について説明するための図
【図15】信号増幅回路の他の構成例（Ｅ型アンプ）を示すブロック図
【図16】加熱機器の構成例を示すブロック図
【図17】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図19】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図23】被加熱物の沸騰状態の検知について説明するための図
【図25A】被加熱物の膨化状態の検知について説明するための図
【図25B】被加熱物の弾け状態の検知について説明するための図
【図25C】被加熱物の融解や解凍の検知について説明するための図
【図25D】被加熱物の乾燥状態の検知について説明するための図
【図26】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図27】加熱機器のシミュレーションモデルを示す図
【図28】加熱機器の加熱後の温度分布についてのシミュレーション結果を示す図
【図29B】加熱機器の加熱後の温度分布についてのシミュレーション結果を示す図
【図30】電力半減深度について説明するための図
【図31】誘電率の大きく異なる被加熱物に対する加熱特性について説明するための図
【図32】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図33】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図34A】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図34B】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図35】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図36】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図37】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図38A】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図38B】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図40】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図41】アンテナの指向性についてのシミュレーション結果を示す図
【図42A】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図42B】加熱機器の他の構成例を示すブロック図
【図43】均一加熱について説明するための図
【図44】ワイドバンドギャップ半導体に適用することが可能なβ－Ｇａ２Ｏ３及びα－Ｇａ２Ｏ３の結晶成長方法を示す図
【図45】等方性エッチングと異方性エッチングの概要を示す図
【図46】トレンチＭＯＳ構造を用いた場合における電界強度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本願発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0015】
≪トラジスタセル≫
図１には、本実施形態に係るトランジスタセル１００の構成例を示す。
図１には、本実施形態に係るトランジスタセル１００の構成例を示す。
【0016】
本実施形態のトランジスタセル１００は、基板１０１上に、または、基板そのものとして相対的にバンドギャップの大きい半導体材料（例えば、酸化ガリウム）を用いたワイドバンドギャップ半導体からなる。
【0017】
ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、２．２［ｅＶ］程度以上のバンドギャップを持つ半導体を指すものとする。特に、シリコンのバンドギャップが１．１２［ｅＶ］であることから、ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンの２倍以上のバンドギャップを有することになる。特に、酸化ガリウム、ダイヤモンド等は、シリコンの４－５倍程度のバンドギャップを有するので、絶縁破壊電界強度が非常に高く、電極間距離を大きく短縮できる。以下の説明では、トランジスタセル１００に酸化ガリウムを用いる例について説明する。
【0018】
－トランジスタセルの構成－
図１に示すように、横型のトランジスタセル１００は、基板１０１上に、直接または他の層（図示省略）を介して酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）で形成された酸化ガリウム層１０３と、酸化ガリウム層１０３上に、基板表面に沿う方向に互いに離間して配置されたソース電極１１１、ゲート電極１１５及びドレイン電極１１３とを備える。酸化ガリウム層１０３とゲート電極１１５との間に、ゲート絶縁層１０７が設けられる。ソース電極１１１には、ゲート電極１１５の上を覆うように延びるフィールドプレート１１６が形成される。
図１に示すように、横型のトランジスタセル１００は、基板１０１上に、直接または他の層（図示省略）を介して酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）で形成された酸化ガリウム層１０３と、酸化ガリウム層１０３上に、基板表面に沿う方向に互いに離間して配置されたソース電極１１１、ゲート電極１１５及びドレイン電極１１３とを備える。酸化ガリウム層１０３とゲート電極１１５との間に、ゲート絶縁層１０７が設けられる。ソース電極１１１には、ゲート電極１１５の上を覆うように延びるフィールドプレート１１６が形成される。
【0019】
なお、ゲート電極１１５の形状をＴ型あるいは絶縁膜を介してドレイン側へ突出させる構造とし、ゲート電極１１５と同電位の突出領域いわゆるゲートフィールドを設ける構成としてもよい。これにより、ドレイン側のゲート近傍に発生する電界集中が緩和し、耐圧破壊を抑制することができる。
【0020】
また、横型のトランジスタセル１００は、構造上、電極間容量が少なく、高周波用途に適したデバイスである。より詳しくは、トランジスタセル１００としてのＭＩＳ構造とした場合、その電極間の寄生容量（Ｃｇｓ、Ｃｇｄ、Ｃｄｓ）が効果的に作用するので、特に高周波領域において高性能な信号増幅を実現できる。また、スイッチングデバイス用としてＭＯＳトランジスタとしての横型構造にしてもよく、その場合には、低容量特性([低入力容量Ｃｉｓｓ、低ゲート入力電荷量Ｑｇ]、[低帰還容量Ｃｒｓｓ、低ゲート-ドレイン間電荷量Ｑｇｄ])、特に非常に小さな帰還容量Ｃｒｓｓが効果的に作用する。
【0021】
（基板）
基板１０１に用いる基板材料としては、ＳｉやＳｉＣ、サファイア(Ａｌ２Ｏ３)、 ダイヤモンド等が用いられる。
基板１０１に用いる基板材料としては、ＳｉやＳｉＣ、サファイア(Ａｌ２Ｏ３)、 ダイヤモンド等が用いられる。
【0022】
なお、本実施形態では、以下に説明するチャネル層として、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を使用する。この場合に、酸化ガリウムそのものを基板１０１として用いることも可能である。酸化ガリウムを基板１０１として用いることで、構造の簡素化やそれに伴う低コスト化が図れる。また、トランジスタのように発熱する部分が存在するケースであっても、その熱が他の部分へ伝わることによる不具合の発生を抑制できるという効果が得られる。
【0023】
なお、酸化ガリウムを基板１０１として半導体を構成する場合には、酸化ガリウムを半絶縁にすることが望ましい。酸化ガリウムを半絶縁にする方法は、基板の半絶縁性が確保できるのであれば特に限定されないが、例えば、酸化ガリウムにＳｉ，Ｆｅ，Ｍｇ等をドーピングすることで実現できる。
【0024】
ところで、例えば、シリコンを用いた通常の半導体デバイス（以下、「通常デバイス」と称する）では、発熱部位からヒートシンクに効果的に熱伝導をさせるために、基板厚を薄くして熱抵抗を下げることが行われる。しかしながら、本開示のトランジスタセル１００では、発熱個所を分散させたり、放熱構造を不要にすることができるので、基板を薄くしたり、ヒートシンクへの熱拡散を促す必要がなくなる。これにより、基板の厚さを、例えば２００［μｍ］以上の厚さに設定することも可能となる。そうすることで、基板の裏面研磨加工を最小化することができる。その結果、半導体製造プロセスの簡略化ができ、低コスト化を実現することができる。発熱個所の分散や、放熱構造の不要化については、後ほど説明する。
【0025】
さらに、本開示のトランジスタセル１００を備える信号増幅部を一般的な半導体パッケージとして構成する場合、基板１０１の下面において冷却部材固設のための研磨面を設ける必要がないので、その製造プロセスが簡素化でき、さらなる低コスト化が実現できる。なお、信号増幅部（信号増幅部８１２、信号増幅回路３００）については、後ほど説明する。
【0026】
（酸化ガリウム層）
酸化ガリウム層１０３は、チャネル層(電子走行層)及びドリフト層を構成し、例えば、Ｐ型で形成される。なお、トランジスタセル１００がヘテロ接合の場合、酸化ガリウム層１０３はｎ型となる。
酸化ガリウム層１０３は、チャネル層(電子走行層)及びドリフト層を構成し、例えば、Ｐ型で形成される。なお、トランジスタセル１００がヘテロ接合の場合、酸化ガリウム層１０３はｎ型となる。
【0027】
図１では図示を省略しているが、コンタクト層１０４（図３参照）は、酸化ガリウム層１０３中に形成されたｎ型ドーパントの濃度が高い領域であり、オーミックコンタクトのための不純物ドーピング層で、この不純物には空乏層（図示省略）を薄くし、金属と半導体の接触抵抗を下げるという作用がある。
【0028】
前述のとおり、酸化ガリウムは、絶縁破壊電界強度Ｅｃが非常に高い。
【0029】
したがって、酸化ガリウム層１０３を設けることで、耐圧を向上させることができる。特に、ゲート電極１１５とドレイン電極１１３との間の耐圧が大きく向上する。これにより、高出力動作に伴いゲート電極１１５とドレイン電極１１３との間の電位差が大きくなった場合でも、確実に絶縁が確保できる。その結果、ゲート電極１１５とドレイン電極１１３との間の電極間距離Ｄ１を通常デバイスと比較して短くすることが可能となる。例えば、特に電源電圧が高い３０［Ｖ］以上の場合であっても、電極間距離Ｄ１を５［μｍ］以下にすることができる。そうすると、トランジスタセル１００が搭載されたチップやモジュールの小型化に加え、省資源化・低コスト化が実現できる。
【0030】
なお、酸化ガリウムを用いたトランジスタは高耐圧化されるため、局所的な電界集中を緩和する目的で構成するソース及びゲートのフィールドプレートは使用せず、トランジスタセルの構成を簡素化してもよい。
【0031】
また、酸化ガリウム層１０３を設けることで、通常デバイスと比較して薄い空乏層でも大きな耐圧が得られる。これにより、通常デバイスよりもドリフト層を薄くしたり、不純物の濃度を上げることができるので、オン抵抗(ドリフト抵抗)を大きく低減することができる。換言すると、本開示のトランジスタセル１００は、極めて高い効率での駆動が可能となり、併せて発熱ロスが大幅に抑制できる。例えば、マイクロ波の出力を数百［Ｗ］～１［ｋＷ］以下での使用の場合において、冷却部材が不要となり、低コスト化・省資源化・コンパクト化が図れる。すなわち、本開示のトランジスタセル１００は、例えば、入力が数百［Ｗ］～１．５［ｋＷ］程度の小さな電力を扱うのであれば、発熱量はさほど問題にはならないといえる。
【0032】
さらに、前述のとおり、酸化ガリウムは、バンドギャップが大きい。したがって、電子が遷移するためにより高い熱エネルギーが必要になる。そうすると、高温での動作が可能になる。つまり、本開示のトランジスタセル１００は、耐熱温度が高くなるので、放熱構造を用いた冷却そのものが不要な構成も可能となる。
【0033】
【0034】
一般的に、図１３（ｂ）示すように、空冷の場合、放熱経路は、チップ（基板１０１に相当）での発熱をダイボンド材１６２（図４Ａ参照）を介してパッケージ１６０のダイパッド１６１（図４Ａ参照）へ熱伝導させる。そして、さらにその熱を、例えば、ダイパッド１６１の下面に取り付けたヒートシンク３８２（例えば、アルミ製）へ伝導させて、ヒートシンク３８２のフィン３８４に所定の流量で風を流して排熱させる。
【0035】
さらに、図示しないが、出力５０Ｗを超えるような高出力のデバイスにおいては、放熱経路の熱抵抗を低減するために、上記構成に加えて、ダイパッド１６１とヒートシンク３８２の間に銅プレートを配置し、拡散効果を高める構成にする場合がある。
【0036】
これに対し、本開示のように、酸化ガリウムの高耐熱特性を活かして、放熱性能を軽減できれば、図１３（ａ）に示すように、銅プレートや熱伝達を担うフィン構造やファンが不要になり、低コスト化、小型化が実現できる。
【0037】
また、図１３（ｃ）示すように、水冷の場合、一般的に、排熱の媒体が空気から水等の液体に代わる。また、空冷のヒートシンク３８２のフィン３８４の位置に金属ブロック３８６を設け、金属ブロック３８６の内部に水路３８８を構成する。加えて、図示しないが、水路３８８に流す水流を生み出すためのポンプや水温を安定化させるためのラジエータ、これらを接続する水路などが必要となる。
【0038】
これに対し、本開示のように、酸化ガリウムの高耐熱特性を活かせば、金属ブロックを始めとする一連の構成要素が不要となり、低コスト化、小型化が実現する（図１３（ａ）参照）。
【0039】
【0040】
（ゲート絶縁層）
図１に戻り、ゲート絶縁層１０７は、ゲート電極１１５からチャネルへ電流が流れ込むことを抑止したり、トランジスタセル１００の表面の準位を埋めてチャネルの電流をスムーズに流す機能を有する。これにより、トランジスタセル１００の性能が向上する。
図１に戻り、ゲート絶縁層１０７は、ゲート電極１１５からチャネルへ電流が流れ込むことを抑止したり、トランジスタセル１００の表面の準位を埋めてチャネルの電流をスムーズに流す機能を有する。これにより、トランジスタセル１００の性能が向上する。
【0041】
ゲート絶縁層１０７に用いられる材料は、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮ等を好適に用いることができる。また、ゲート絶縁層１０７にＡｌ２Ｏ３やＨｆＯ２を用いてもよい。
【0042】
なお、ゲート絶縁層１０７は、酸化ガリウム層１０３に用いられる酸化ガリウムとはバンドギャップの異なる材料で構成されてもよい。そうすることで、いわゆる、ヘテロ接合が成立し、ゲート絶縁層１０７に電子供給層としての作用が加わる。つまり、ゲート絶縁層１０７と酸化ガリウム層１０３との接合面に電子が集まることで２ＤＥＧ(二次元電子ガス)が発生し、高移動度の層が形成される。これにより、トランジスタセル１００の性能の大幅な向上が実現できる。また、ゲートリークの低減およびキャリア濃度の増加が図れるので、電流密度の増加とともにデバイスとして高効率化・高電力化・高性能化が実現できる。
【0043】
特に、ゲート絶縁層１０７と酸化ガリウムとのバンドギャップが広いほど、トランジスタセル１００の性能の効果は高まるので、ゲート絶縁層１０７として、例えばＡｌＮやＢＮを用いることで、より大きな効果が得られる。
【0044】
また、ゲート絶縁層１０７としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮは非常に優れた熱伝導性を有するので、特にゲート電極１１５を中心に発生する熱を効率的に逃がすことができ、温度上昇に伴って生じることが想定される、利得や出力、効率などの性能劣化を抑制したり、ゲートの制御できなくなる状況を回避したり、電極材料の破損を抑制したりすることができる。これにより、トランジスタセル１００やそのトランジスタセル１００を搭載した回路や機器において信頼性の向上が実現できる。
【0045】
なお、図示しないが、ゲート電極１１５を酸化ガリウム層１０３上に直接形成してもよい。
【0046】
（層間絶縁層）
層間絶縁層１２０は、絶縁体で構成され、ソース電極１１１、フィールドプレート１１６、ドレイン電極１１３及びゲート電極１１５を覆うように形成される。層間絶縁層１２０に用いる材料は、特に、限定されないが、例えば、ＳｉＮを好適に用いることができる。
層間絶縁層１２０は、絶縁体で構成され、ソース電極１１１、フィールドプレート１１６、ドレイン電極１１３及びゲート電極１１５を覆うように形成される。層間絶縁層１２０に用いる材料は、特に、限定されないが、例えば、ＳｉＮを好適に用いることができる。
【0047】
なお、図２Ａに示すように、トランジスタセル１００の上部に熱伝導層１２２を形成してもよい。この場合、層間絶縁層１２０とトランジスタセル１００との間に、熱伝導層１２２が形成される。熱伝導層１２２に用いる材料は、酸化ガリウムよりも熱伝導の高い材料であるのが好ましく、例えば、ＡｌＮを好適に使用することができる。
【0048】
図２Ｂには、図２Ａに示した熱源の間隔を横軸にとり、熱伝導層１２２の有無によるチャネル温度の差を示している。図２Ｂに示すように、熱伝導層１２２を設けることでトランジスタセル１００で発生した熱をより確実に逃がすことができる。これにより、トランジスタセル１００を備える半導体デバイス２００の信頼性が大きく向上する。
【0049】
また、層間絶縁層１２０の厚さ方向（上下方向）の中間に、熱伝導層１２２を形成してもよく、同様の効果が得られる。特に、層間絶縁層１２０において熱伝導層１２２を設けることで構造の簡素化が図れる。トランジスタセル１００の下部には基板１０１があるので、熱伝導層１２２は、トランジスタセル１００の上部に設けるのが好ましい。
【0050】
熱伝導層１２２について、より詳しく説明する。図１では、説明の便宜上記載を省略しているが、層間絶縁膜１２０は、複数の工程で何層にも積層して構成される。そこで、層間絶縁層１２０のうちのいずれかひとつ以上の層を熱伝導率の高い材料で構成するとよい。より具体的には、通常層間絶縁層１２０は、ＳｉＯ２やＳｉＮの組合せで積層して構成されるが、そのうちの１層または複数の層をＡｌＮ（熱伝導層１２２に相当）で構成することができる。
【0051】
図２Ｃには、トランジスタセル１００の動作時における発熱分布の一例を示している。図２Ｃに示すように、トランジスタセル１００は、ゲート電極１１５の近傍を中心に発熱するので、ゲート電極１１５の近くに熱伝導層１２２を配置することで、より放熱性の向上効果を得ることができる。例えば、熱伝導率の高い層でゲート絶縁膜１０７を構成するのが最も効果的である。
【0052】
－トランジスタセルの駆動－
前述のとおり、トランジスタセル１００は、ワイドバンドギャップ半導体からなり高い耐圧を有するので、電源電圧が高くても正常に動作する。そこで、電源電圧を高く設定することにより、同じ電力を取り出す際の電流値を下げることができ、トランジスタセル１００が実装される半導体デバイス２００や回路の発熱が抑制できる。
前述のとおり、トランジスタセル１００は、ワイドバンドギャップ半導体からなり高い耐圧を有するので、電源電圧が高くても正常に動作する。そこで、電源電圧を高く設定することにより、同じ電力を取り出す際の電流値を下げることができ、トランジスタセル１００が実装される半導体デバイス２００や回路の発熱が抑制できる。
【0053】
また、トランジスタセル１００を用いて構成された回路に使用する電線を細線化したり、その回路が実装されたプリント基板３７８（図１１参照）上に構成するパターン厚を薄くできるので、プリント基板３７８を含むモジュール３８０の低コスト化、省資源化が実現できる。
【0054】
なお、ワイドバンドギャップ半導体は、ドレイン電圧を高く設定することができるので、例えば、一般家庭向けの商用電源（１００［Ｖ］）を整流して利用することができる。これにより、ＤＣ電源回路が大幅に簡素化でき、低コスト化や省資源化が実現できる。より詳しくは、例えば、ワイドバンドギャップ半導体である酸化ガリウムでは、ドレイン電圧は、例えば６５［Ｖ］であったり、それ以上にすることができる。これに対して、ＧａＮで構成した半導体におけるドレイン電圧は通常５０［Ｖ］程度である。
【0055】
－縦型構成－
なお、図３に示すように、トランジスタセル１００は、縦型に構成してもよく、その場合には、ドレイン電極１１３またはソース電極１１１のうちの、一方がゲート電極１１５と同じ面に形成され、他方がゲート電極１１５の形成面（表面）と対向する裏面に形成される。
なお、図３に示すように、トランジスタセル１００は、縦型に構成してもよく、その場合には、ドレイン電極１１３またはソース電極１１１のうちの、一方がゲート電極１１５と同じ面に形成され、他方がゲート電極１１５の形成面（表面）と対向する裏面に形成される。
【0056】
トランジスタセル１００を縦型にすることで、ドリフト層が広く低抵抗にできるので、パワーエレクトロニクスの分野において好適に使用できる。より詳しくは、ＭＯＳトランジスタとして縦型構造のものを採用すれることで、半導体デバイス２００とした場合に、チップ全体に電流を流すことができる。これにより、高い電流密度が得られ、オン抵抗が小さくなり、結果的に発熱ロスの小さい高効率な信号増幅回路３００（図５Ａ参照）を実現できる。
【0057】
なお、縦型構造を採用した場合、電極間の寄生容量が増えるため、高周波応答性が鈍化し、高周波特性が劣化する傾向にある。そのため、従来は、縦型構造は、高周波デバイスとして採用されないことが多かった。しかしながら、酸化ガリウムの場合は、６つの結晶相があり、それぞれ異なる誘電率を持つ。そこで、例えば、誘電率の低い結晶相にて縦型構造のトランジスタを構成することで、電極間の寄生容量を低減し、高周波デバイスとして使用することが可能になる。
【0058】
また、トランジスタセル１００を縦型にすることで、ソース電極１１１の裏面ビア（穴あけ）が不要となり、製造プロセスの簡素化、デバイスの低コスト化が実現できる。
【0059】
【0060】
図４Ａでは、トランジスタセル１００は、表面（図１の上面）が上向きになるように、パッケージ１６０内に実装される。より詳しくは、トランジスタセル１００は、ダイパッド１６１の表面（図４Ａの上面）に基板１０１の裏面が接するように載置された状態で、パッケージ１６０に封入される。ダイパッド１６１と基板１０１とは、ＡｕＳｎまたは半田等のダイボンド材１６２で接合される。
【0061】
図４Ａにおいて、トランジスタセル１１０は、層間絶縁層１２０を貫通配線してゲート電極１１５（図１参照）に電気的に接続されるゲート電極パッド１１７と、層間絶縁層１２０を貫通配線してドレイン電極１１３（図１参照）に電気的に接続されるドレイン電極パッド１１８を設けている。ゲート電極パッド１１７は、金ワイヤ１１９によりパッケージ１６０の入力端子１６５に接続され、ドレイン電極パッド１１８は、金ワイヤ１１９によりパッケージ１６０の出力端子１６６に接続される。
【0062】
図４Ｂは、反転実装の一例を示す。図４Ｂでは、トランジスタセル１００は、裏面（図１の下面）が上向きになるように、パッケージ１６０内に実装される。より詳しくは、トランジスタセル１００は、図１の状態から上下を反転させて、ダイパッド１６１の表面（図４Ａの上面）に基板１０１の裏面が接するように載置された状態で、パッケージ１６０に封入される。ダイパッド１６１と基板１０１とは、ＡｕＳｎまたは半田で接合される。図４Ｂにおいても、図４Ａと同様に、トランジスタセル１１０は、金ワイヤ１１９によりパッケージ１６０の入力端子１６５に接続されたゲート電極パッド１１７と、金ワイヤ１１９によりパッケージ１６０の出力端子１６６に接続されたドレイン電極パッド１１８を備える。ゲート電極パッド１１７は、基板１０１を貫通配線してゲート電極１１５（図１参照）に電気的に接続される。ドレイン電極パッド１１８は、基板１０１を貫通配線してドレイン電極１１３（図１参照）に電気的に接続される。
【0063】
図４Ｂに示すように、熱伝導層１２２側の表面を、ダイパッド１６１側(土台側)に向けて接合することで、チャネル（酸化ガリウム層１０３）で発熱した熱は、熱伝導層１２２を介してダイパッド１６１へと伝達され、そこから放熱される。このように、トランジスタセル１００で発生した熱をより確実に逃がすことができるので、後述する半導体デバイス２００（図５Ｃ参照）の信頼性が大きく向上する。
【0064】
なお、ダイパッド１６１が、例えばヒートシンクのような放熱部材（図示省略）に熱接合されている場合、ダイパッド１６１からヒートシンクへと熱が伝わるので、より効果的に放熱される。
【0065】
≪半導体デバイス≫
以下の説明では、前述のトランジスタセル１００を用いた半導体デバイス２００について説明する。
以下の説明では、前述のトランジスタセル１００を用いた半導体デバイス２００について説明する。
【0066】
【0067】
図５Ａは、信号増幅回路３００の一例を示す回路図である。
【0068】
信号増幅回路３００は、後述する入力整合回路４１２に接続された入力整合回路３２０と、複数のトランジスタセル１００で構成されたトランジスタセルユニット３３０と、後述する出力整合回路４１６に接続された出力整合回路３４０とを備える。
【0069】
なお、信号増幅回路３００を高周波デバイスに適用する場合、トランジスタセルユニット３３０の性能を引き出すために、トランジスタセルユニット３３０と入出力のインピーダンスと、入力側及び出力側に構成される周辺回路のインピーダンスとのインピーダンス整合が不可欠になる。
【0070】
さらに、信号増幅回路３００の出力を上げるために、トランジスタセルユニット３３０を構成するトランジスタセル１００を数多く（複数個）並列配置する場合がある。そうすると、これに伴ってトランジスタセルユニット３３０の入力及び出力のインピーダンスが低くなる。
【0071】
そこで、図５Ａでは、５０［Ｗ］以上の高出力な場合を想定して、高周波特性を最大化するために、インピーダンス整合回路での損失を低減する目的で、トランジスタセルユニット３３０の直近に入力整合回路３２０及び出力整合回路３４０を配置している。
【0072】
ここで、５０［Ｗ］以上の高出力のデバイスの場合、入出力インピーダンスが低く、５０［Ω］系で構成される周辺回路とインピーダンスを整合させるための整合回路の規模が大きくなる傾向がある。そのため、入力整合回路３２０及び出力整合回路３４０をトランジスタセルユニット３３０と同じパッケージの内部に配置し、モジュール３８０（図１１参照）を構成するプリント基板３７８上で中間インピーダンスから５０［Ω］までインピーダンスを変換する入力整合回路４１２及び出力整合回路４１６を配置している。
【0073】
図５Ｂは、信号増幅回路３００が搭載された半導体デバイス２００の実装イメージを示す平面図、すなわち、信号増幅回路３００の構成例であり、図５Ｃは、同実装イメージを示す側面図である。ここでは、ＧａＮ－ｏｎ－ＳｉのＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）構造の半導体デバイス２００を例示している。
【0074】
トランジスタセルユニット３３０は、シリコンの表面にＧａＮを結晶成長させた基板の表面 (ＧａＮ部分) に素子を形成したものである。
【0075】
図５Ｂ及び図５Ｃでは、入力整合回路３２０と出力整合回路３４０とトランジスタセルユニット３３０が同一パッケージに実装される。また、入力端子３１０と入力整合回路３２０の入力との間、入力整合回路３２０の出力とトランジスタセルユニット３３０の入力との間、トランジスタセルユニット３３０の出力と出力整合回路３４０の入力との間、及び、出力整合回路３４０の出力と出力端子３５０との間が、それぞれ、ボンディングワイヤ３７０を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続される。そして、入力整合回路３２０、トランジスタセルユニット３３０及び出力整合回路３４０は、樹脂２２２でパッケージされる。
【0076】
入力整合回路３２０及び出力整合回路３４０は、整合損失の影響が少なくなる程度の中間的なインピーダンスへ整合する。入力整合回路３２０及び出力整合回路３４０の具体的構成は特に限定されない。入力整合回路３２０と出力整合回路３４０とは、同じ構成であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。
【0077】
例えば、入力整合回路３２０は、シリコン基板上に酸化膜を介して電極パッドを設け、電極パッドとダイパッド間の容量成分（ＭＯＳＣＡＰ）とボンディングワイヤ３７０のインダクタンスによりインピーダンスが変換される構成にしてもよい。また、ダイパッドに代えて低抵抗のシリコン基板を用いてもよい。
【0078】
例えば、出力整合回路３４０は、Ａｌ２Ｏ３基板上にパターン配線によりストリップラインを構成し、その特性インピーダンスとパターンの長さを調整してインピーダンスを変換する構成にしてもよい。
【0079】
ダイパッド２２０は、パッケージ２６０が、中空のセラミックキャップで封止するセラミックタイプのパッケージ場合、セラミックとベース材の応力調整の観点から、例えば、銅/モリブデン/銅の積層構造で構成される。中空のセラミックキャップは、高周波かつ高出力のデバイスに好適に利用できる。
【0080】
ダイパッド２２０の上面には、入力整合回路３２０、トランジスタセルユニット３３０及び出力整合回路３４０をダイパッド２２０に接合するためのダイボンド材２２４が設けられる。ダイボンド材２２４は、例えば、銅または銅を主成分とした合金（Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｒ等）で形成される。
【0081】
なお、例えば、シリコンや酸化ガリウムのように融液から単結晶ウェハを生成できる半導体材料であれば、比較的容易に大口径ウェハが低コストで生産できる。そのため、トランジスタセルユニット３３０、入力整合回路３２０及び出力整合回路３４０を同一のダイパッド２２０上に構成しても、基板コストのアップはさほど大きくなく、逆に高集積化による低コスト化や小型化・省資源化が実現できる。
【0082】
また、ダイパッド２２０として、酸化ガリウムのように熱伝導率の低い材料を用いてもよい。そうすることで、トランジスタのように発熱する部分が存在するケースであっても、その熱が他の部分へ伝わることによる不具合の発生を抑制できるという効果が得られる。
【0083】
【0084】
（入力整合部）
図５Ｄは、入力整合回路３２０をＩＰＤ（Integrated Passive Device）で構成した場合の等価回路図である。端子部３１０は、後述するプリント基板３７８（図１１参照）と、半導体デバイス２００の入力端子３１０、すなわち、信号増幅回路３００の入力整合回路３２０の入力とをボンディングワイヤ３７０（例えば、金ワイヤ）で接続するためのワイヤボンド領域である。なお、図示しないが、入力整合回路３２０をＭＯＳＣＡＰで構成してもよい。
図５Ｄは、入力整合回路３２０をＩＰＤ（Integrated Passive Device）で構成した場合の等価回路図である。端子部３１０は、後述するプリント基板３７８（図１１参照）と、半導体デバイス２００の入力端子３１０、すなわち、信号増幅回路３００の入力整合回路３２０の入力とをボンディングワイヤ３７０（例えば、金ワイヤ）で接続するためのワイヤボンド領域である。なお、図示しないが、入力整合回路３２０をＭＯＳＣＡＰで構成してもよい。
【0085】
図５Ｄでは、入力整合回路３２０は、破線枠３２１，３２２で示すように、直列接続したインダクタと並列接続したキャパシタにより構成し、インピーダンスを変換している。また、複数の経路に分岐して破線枠３２１，３２２の構成を配置し、経路間に抵抗３２３，３２５を配置することで、ループパスが利得を持つことに起因する異常発振等を抑制する効果がある。
【0086】
図５Ｅには、端子部３１０、入力整合回路３２０及びトランジスタセルユニット３３０の実装イメージを示す。
【0087】
図５Ｅは、図５Ｄの破線枠３２１，３２２内のインダクタをボンディングワイヤ３７０のインダクタンスにより構成している。また、破線枠３２１，３２２内のキャパシタをシリコンやセラミック基板上に構成した電極パターン（図示省略）とダイパッド２２０や基板間の容量成分により構成している。異常発振を抑制するための抵抗３２３，３２５は、電極パターン間に薄膜抵抗を成膜し構成している。
【0088】
【0089】
トランジスタセルユニット３３０は、複数のトランジスタセル１００をダイパッド２２０の表面に並べて配置し、隣接するトランジスタセル１００のソース電極１１１同士またはドレイン電極１１３同士を共通化した構成になっている。
【0090】
このように、複数のトランジスタセル１００を有するトランジスタセルユニット３３０にすることで、個々のトランジスタセル１００に流れる電流値は自ずと小さくなり、それに伴って個々のトランジスタセル１００からの発熱量も抑制される。すなわち、トランジスタセルユニット３３０の構成にすることで、単一のトランジスタセル１００で同じ特性を実現する場合と比較して、分散により動作温度が適正化され高効率化することで発熱量が抑制される。これにより、放熱のための部材が不要になったり、機器の信頼性向上が実現できる。
【0091】
加えて、トランジスタセルユニット３３０にすることで、個々のトランジスタセル１００のゲート幅を短くすることができるので、発熱個所を分散することができる。これにより、冷却が容易になり、冷却機構を簡素化することができる。
【0092】
さらに、例えば、トランジスタセルユニット３３０に、酸化ガリウムのように熱伝導率の低い材料を用いることで、各トランジスタセル１００で発生した熱が隣接するトランジスタセル１００に熱的な影響を及ぼすことが少なくなる。これにより、小さなトランジスタセル１００を狭ピッチで配置することが可能となり、結果として半導体デバイス２００や、その半導体デバイス２００を搭載した電波発生装置４００（図７参照）のさらなる小型化に加え、省資源化・低コスト化が実現できる。
【0093】
（出力整合部）
出力整合回路３４０は、入力整合回路３２０と同様に、ＩＰＤやＭＯＳＣＡＰで構成することができる。
出力整合回路３４０は、入力整合回路３２０と同様に、ＩＰＤやＭＯＳＣＡＰで構成することができる。
【0094】
一般的に、トランジスタセルユニット３３０の出力インピーダンスは、入力インピーダンスに比べて、容量性の大きなリアクタンスをもつことが多い。そのため、リアクタンス成分をキャンセルするあるいは誘導性のリアクタンスに変化するまでは、並列容量を配置しないことが望ましい。
【0095】
－半導体デバイスの他の実装例－
上記の説明では、セラミックタイプのパッケージを用いた場合の半導体デバイス２００の構成例を示したが、半導体デバイス２００の実装方法はこれに限定されない。以下の説明では、半導体デバイスの他の実装例について説明する。
上記の説明では、セラミックタイプのパッケージを用いた場合の半導体デバイス２００の構成例を示したが、半導体デバイス２００の実装方法はこれに限定されない。以下の説明では、半導体デバイスの他の実装例について説明する。
【0096】
（リードフレームへの実装）
図６（図６Ａ，６Ｂ）は、信号増幅回路３００が搭載された半導体デバイス２００のリードフレーム３９０への実装イメージを示す図である。図６Ａは、その実装イメージを示す平面図であり、図６Ｂは、同実装イメージを示す側断面図である。図６Ｂにおいて、３９６はプリント基板であり、３９８はプリント基板３９６上の回路パターンである。
図６（図６Ａ，６Ｂ）は、信号増幅回路３００が搭載された半導体デバイス２００のリードフレーム３９０への実装イメージを示す図である。図６Ａは、その実装イメージを示す平面図であり、図６Ｂは、同実装イメージを示す側断面図である。図６Ｂにおいて、３９６はプリント基板であり、３９８はプリント基板３９６上の回路パターンである。
【0097】
一般的に、セラミックパッケージは、プレス加工が困難なため、個別で実装及びワイヤボンディング、封止工程が実施される。これに対し、図６に示すようなリードフレーム３９０への実装であれば、多連配置されており、実装や封止などのいくつかの工程でバッチ処理が可能となる。これにより、スループットが大幅に改善する。加えて、封止材３９２の素材が樹脂になるため、構成部材のコストも低減する。
【0098】
従来、高周波デバイスは半導体デバイスでの発熱を効果的にヒートシンクへ伝導させるために、ダイパッドは、熱伝導率の高い金属で構成される。特に、５０［Ｗ］以上の高出力のデバイスにおいては、より熱抵抗を低減するために１［ｍｍ］程度の厚さにする場合が多い。しかしながら、酸化ガリウムを使用することで、放熱の必要性が低減されることから、５０［Ｗ］以上の高出力な高周波デバイスであってもリードフレームのように、入出力端子と同程度に薄肉化して使用することができる。
【0099】
（ダイパッドへのはんだ付け）
半導体デバイス２００のチップをダイパッド材２２２に直接半田付けする構成としてもよい。
半導体デバイス２００のチップをダイパッド材２２２に直接半田付けする構成としてもよい。
【0100】
従来、高出力の高周波デバイスは、熱伝導の観点からはんだを使用せず、ＡｕＳｎなどの熱伝導率の高い材料が使用されていた。酸化ガリウムを使うことで、放熱が不要になるため、ダイボンド材の熱伝導性を問わなくなる。
【0101】
半田は、ＡｕＳｎと比べ材料費が安価になるうえ、接合温度が低いため、ダイボンド工程における応力の緩和につながり、設計の自由度が向上する。
【0102】
また、図６Ｂに示すように、トランジスタチップもしくはトランジスタチップおよび同一基板上に構成した周辺回路をプリント基板３９６に直接ボンディングし、封止材３９２で樹脂モールドすることで、パッケージに代わって樹脂モールドが半導体チップや周辺回路を保護する。パこれにより、パッケージ（ＰＫＧ）が不要となるので、構成が簡素化でき、低コスト化・省資源化が実現できる。
【0103】
≪電波発生装置≫
図７の上段において、電波発生装置４００の構成例を示す。
図７の上段において、電波発生装置４００の構成例を示す。
【0104】
電波発生装置４００は、発振器４０２と、位相器４０４と、デジタル減衰器４０６と、多段増幅器４０８と、方向性結合器４１０とを備える。図７上段の実施例では、多段増幅器４０８の前段アンプ６０４及び後段アンプ６０８に、本開示に係るワイドバンドギャップ半導体を用いている。
【0105】
－発振器－
発振器４０２は、低レベルの高周波信号を生成させるブロックである。発振器４０２で生成される高周波信号の発振周波数は、任意に設定することができる。例えば、２．４～２．５［ＧＨｚ］のＩＳＭ（Industry Science and Medical）バンドにおいて、１００［ｋＨｚ］ステップに任意に設定できるように構成してもよい。
発振器４０２は、低レベルの高周波信号を生成させるブロックである。発振器４０２で生成される高周波信号の発振周波数は、任意に設定することができる。例えば、２．４～２．５［ＧＨｚ］のＩＳＭ（Industry Science and Medical）バンドにおいて、１００［ｋＨｚ］ステップに任意に設定できるように構成してもよい。
【0106】
－位相器－
位相器４０４は、発振器４０２の信号位相を任意の発振位相に変換する。発振器４０２における周波数任意設定と、位相器４０４による位相制御により、最終的に信号発生器４０１（後述する電波信号発生部８１０に相当）から出力される信号の周波数と位相を制御する。
位相器４０４は、発振器４０２の信号位相を任意の発振位相に変換する。発振器４０２における周波数任意設定と、位相器４０４による位相制御により、最終的に信号発生器４０１（後述する電波信号発生部８１０に相当）から出力される信号の周波数と位相を制御する。
【0107】
－デジタル減衰器－
デジタル減衰器４０６は、通過する高周波電力の減衰量を制御して、多段増幅器４０８へ入力する信号レベルを任意に調整する。最終的に、信号発生器４０１から出力される電力レベルを制御するブロックである。
デジタル減衰器４０６は、通過する高周波電力の減衰量を制御して、多段増幅器４０８へ入力する信号レベルを任意に調整する。最終的に、信号発生器４０１から出力される電力レベルを制御するブロックである。
【0108】
－多段増幅器－
図８は、多段増幅器４０８の構成例を示すブロック図である。
図８は、多段増幅器４０８の構成例を示すブロック図である。
【0109】
多段増幅器４０８は、デジタル減衰器４０６から出力された高周波信号を電波発生装置４００の出力レベルまで電力を増幅させる。
【0110】
多段増幅器４０８は、入力整合回路４１２と、ゲートバイアス回路４１４と、多段増幅回路６００と、出力整合回路４１６と、ドレインバイアス回路４１８とを備える。
【0111】
（入力整合回路）
入力整合回路４１２は、デジタル減衰器４０６の出力と多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の入力との間のインピーダンス整合をとるための回路である。
入力整合回路４１２は、デジタル減衰器４０６の出力と多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の入力との間のインピーダンス整合をとるための回路である。
【0112】
（ゲートバイアス回路）
ゲートバイアス回路４１４は、抵抗素子４１３を介して入力整合回路４１２と多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の入力との間に接続される。ゲートバイアス回路４１４は、入力としてゲート電圧を受けて、そのゲート電圧に基づいて半導体デバイス５００の入力にゲートバイアス電圧を供給する。ゲートバイアス回路４１４の出力は、第１整合回路６０２を介して、以下に示す前段アンプ６０４を制御する。
ゲートバイアス回路４１４は、抵抗素子４１３を介して入力整合回路４１２と多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の入力との間に接続される。ゲートバイアス回路４１４は、入力としてゲート電圧を受けて、そのゲート電圧に基づいて半導体デバイス５００の入力にゲートバイアス電圧を供給する。ゲートバイアス回路４１４の出力は、第１整合回路６０２を介して、以下に示す前段アンプ６０４を制御する。
【0113】
ゲートバイアス回路４１５は、第２整合回路６０６を介して、以下に示す後段アンプ６０８を制御する回路である。
【0114】
（多段増幅回路［半導体デバイス］）
本実施形態では、多段増幅回路６００として、前段アンプ６０４と、後段アンプ６０８とを備える２段増幅器を例示している。多段増幅回路６００の入力と前段アンプ６０４との間には、第１整合回路６０２が設けられ、前段アンプ６０４と後段アンプ６０８との間には、第２整合回路６０６が設けられる。そして、後段アンプ６０８の出力が、多段増幅回路６００の出力として外部に出力される。なお、図示しないが、後段アンプ６０８の出力が５０［Ｗ］を超えるレベルの場合、半導体デバイス５００（図８の破線内）において、後段アンプ６０８の出力側に整合回路を設けるのが好ましい。
本実施形態では、多段増幅回路６００として、前段アンプ６０４と、後段アンプ６０８とを備える２段増幅器を例示している。多段増幅回路６００の入力と前段アンプ６０４との間には、第１整合回路６０２が設けられ、前段アンプ６０４と後段アンプ６０８との間には、第２整合回路６０６が設けられる。そして、後段アンプ６０８の出力が、多段増幅回路６００の出力として外部に出力される。なお、図示しないが、後段アンプ６０８の出力が５０［Ｗ］を超えるレベルの場合、半導体デバイス５００（図８の破線内）において、後段アンプ６０８の出力側に整合回路を設けるのが好ましい。
【0115】
図９（図９Ａ，９Ｂ）には、多段増幅回路６００の半導体デバイス５００への実装例を示している。図９の例では、第１整合回路６０２、前段アンプ６０４、第２整合回路６０６及び後段アンプ６０８を同一基板上に配置し、それらを直列に接続している。前段アンプ６０４及び後段アンプ６０８には、それぞれ、前述の図５Ｆに示したように、複数のトランジスタセル１００で構成されたトランジスタセルユニット３３０が用いられる。
【0116】
ここで、図８及び図９において、６１０は多段増幅回路６００の入力端子であり、６５０は多段増幅回路６００の出力端子である。図９Ａにおいて、６７０は各構成要素間の接続に用いられるボンディングワイヤ（金ワイヤ）であり、６９０はリードフレームである。図９Ｂにおいて、６９６はプリント基板であり、６９８はプリント基板６９６上の回路パターンである。
【0117】
第１整合回路６０２は、半導体デバイス５００の入力側における外部回路のインダクタンスと前段アンプ６０４のインピーダンスとを整合させ、高周波信号の経路損失を低減させる回路である。具体的な構成例としては、配線間容量や基板を介してダイパッドとの容量を配線パターンで形成し、接続する金ワイヤ６７０のインダクタンスと合わせてインピーダンス変換を行う。
【0118】
前段アンプ６０４は、ゲート電極に入力された高周波信号を所定のレベルへ増幅して出力する。
【0119】
第２整合回路６０６は、前段アンプ６０４の出力インピーダンスと後段アンプ６０８の入力インピーダンスを整合させ、高周波信号の経路損失を低減させる回路である。具体的な構成例としては、配線パターンによりストリップラインや容量パターンを形成し、ワイヤボンディングすることで金ワイヤ６７０のインダクタンスと合わせてインピーダンス変換を行う。
【0120】
後段アンプ６０８は、前段アンプ６０４にて所定のレベル増幅された高周波信号を、最終的な出力レベルまで増幅して出力する。
【0121】
このように構成された多段増幅回路６００では、微小な電波信号が複数段に分けて増幅される。例えば、前段アンプ６０４で０．１［ｍＷ］が１０［Ｗ］に増幅され、さらに後段アンプ６０８でこの１０［Ｗ］が２５０［Ｗ］に増幅される。このように、複数段に分けて増幅をすることにより、各段の利得を制限することで、異常発振などのモードが立ちにくくなり、動作を安定させることができる。さらに、それぞれのアンプ（前段アンプ６０４、後段アンプ６０８）での増幅率が小さいので発熱量も抑制できる。
【0122】
なお、多段増幅回路６００の段数は、２段に限定されず、必要な出力に応じて段数を３段以上に増やしてもよい。
【0123】
また、図９Ｂに示すように、第１整合回路６０２、前段アンプ６０４、第２整合回路６０６及び後段アンプ６０８を同一基板（ここでは、同一のリードフレーム６９０）上に配置し、同一のパッケージ内に実装している。これにより、従来であれば、図１４の比較例に示すように、プリント基板上に配置される整合回路を、図１４の実施例に示すように半導体デバイス５００に集約することができるので、電波発生装置４００を小型化することができる。すなわち、図９Ｂのような構成にすることで、前段アンプ６０４及び後段アンプ６０８をそれぞれ個別にパッケージングする場合（図１４の比較例の破線枠参照）と比較して、パッケージを１つにすることができるので、部材のコスト、加工コストが削減される。さらに、トランジスタセルユニット３３０の直近に整合回路（第１整合回路６０２、第２整合回路６０６）を配置するため、低損失（高利得・高効率）になる。ここで、図１４では、出力整合回路４１６の後段にカプラ検出回路４１９が接続された例を示している。
【0124】
なお、上記実施形態では、前段アンプ６０４の出力整合回路と、後段アンプ６０８の入力整合回路を第２整合回路６０６で兼ねる構成とすることで簡素化を図っているが、それぞれを別々の整合回路で構成してもよい。
【0125】
なお、一般的に、パワーデバイスは一般の半導体デバイスに比べ、デバイスの製造コストに占める基板(ウェハ)の割合が大きく、例えばバンドギャップの大きい半導体材料として取り上げられる炭化ケイ素の基板コストは、一般的なシリコンの１０数倍、また窒化ガリウムに至っては数百倍に達すると言われる。これは製造方法の違いによるもので、シリコンウェハは融液からバルク単結晶を成長させて生成するのに対し、炭化ケイ素と窒化ガリウムは融液を得ることがきわめて難しいため、サファイアウェハを代替基板として使うなどしてコスト抑制しているが、量産性が低く大面積化が難しい。これに対して、本開示でワイドバンドギャップ半導体として使用される酸化ガリウムは、シリコンやサファイアと同様に融液からバルク単結晶を生成できるため、安く大面積化することが可能となる。
【0126】
（出力整合回路）
出力整合回路４１６は、多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の出力と方向性結合器４１０の出力との間のインピーダンス整合をとるための回路である。
出力整合回路４１６は、多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の出力と方向性結合器４１０の出力との間のインピーダンス整合をとるための回路である。
【0127】
（ドレインバイアス回路）
ドレインバイアス回路４１６は、前段アンプ６０４のドレイン電極に接続されて、前段アンプ６０４を駆動させる。なお、前段アンプ６０４と後段アンプ６０８が、同一材料系のトランジスタで構成される場合は、ドレイン電圧を共通化することができる。
ドレインバイアス回路４１６は、前段アンプ６０４のドレイン電極に接続されて、前段アンプ６０４を駆動させる。なお、前段アンプ６０４と後段アンプ６０８が、同一材料系のトランジスタで構成される場合は、ドレイン電圧を共通化することができる。
【0128】
ドレインバイアス回路４１８は、多段増幅回路６００（半導体デバイス５００）の出力と出力整合回路４１６との間に接続される。ドレインバイアス回路４１８は、入力としてドレイン電圧を受けて、そのドレイン電圧に基づいて半導体デバイス５００の出力端子５０４にドレインバイアス電圧を供給する。ドレインバイアス回路４１８の出力は、後段アンプ６０８のドレイン電極に接続され、後段アンプ６０８を駆動させる。
【0129】
－方向性結合器－
図７に戻り、方向性結合器４１０は、高周波信号の一部を結合させて取り出し、電力検出回路などに接続する。これにより、順方向へ通過及び逆方向へ反射する電力レベルをそれぞれ検知する。例えば、検出レベルを想定値と比較し、必要に応じて発振器や位相器、デジタル減衰器などにフィードバックして制御する。
図７に戻り、方向性結合器４１０は、高周波信号の一部を結合させて取り出し、電力検出回路などに接続する。これにより、順方向へ通過及び逆方向へ反射する電力レベルをそれぞれ検知する。例えば、検出レベルを想定値と比較し、必要に応じて発振器や位相器、デジタル減衰器などにフィードバックして制御する。
【0130】
なお、図７の下段には、比較例として、多段増幅器９０８をワイドバンドギャップ半導体を用いずに構成した例を示す。図７下段に示すように、比較例の電波発生装置９００は、発振器４０２に相当する発振器９０２と、位相器４０４に相当する位相器９０４と、デジタル減衰器４０６に相当するデジタル減衰器９０６と、方向性結合器４１０に相当する方向性結合器９１０とを備える。さらに、比較例の電波発生装置９００では、上記の構成に加えて、サーキュレータ９１２及び方向性結合器９１４を設ける必要があるが、本開示の構成にすることで、サーキュレータ９１２及び方向性結合器９１４に相当する構成を設ける必要がない。
【0131】
－モジュールの実装例－
図１０には、アルミ等で形成されたモジュールケース３８１にプリント基板３９６及び図６に示した半導体デバイス５００を並べて実装し、ワイヤボンド等を用いて直接ボンディングし、封止材３９２で樹脂モールドした例を示す。この場合、パッケージに代わって樹脂モールド（封止材３９２）が半導体デバイス５００に実装される構成要素およびそれらの構成要素を接続している金ワイヤ（ボンディングワイヤ３７０）を保護する。これにより、パッケージが不要となるので、構成が簡素化でき、低コスト化・省資源化が実現できる。図１０において、３９８はプリント基板３９６上の回路パターンである。
図１０には、アルミ等で形成されたモジュールケース３８１にプリント基板３９６及び図６に示した半導体デバイス５００を並べて実装し、ワイヤボンド等を用いて直接ボンディングし、封止材３９２で樹脂モールドした例を示す。この場合、パッケージに代わって樹脂モールド（封止材３９２）が半導体デバイス５００に実装される構成要素およびそれらの構成要素を接続している金ワイヤ（ボンディングワイヤ３７０）を保護する。これにより、パッケージが不要となるので、構成が簡素化でき、低コスト化・省資源化が実現できる。図１０において、３９８はプリント基板３９６上の回路パターンである。
【0132】
なお、図１１に示すように、多段増幅回路６００が実装された半導体デバイス５００をプリント基板３９７に直接実装して、半導体デバイス５００とプリント基板３９７の回路パターン３９８とをワイヤボンド等を用いて直接ボンディングし、封止材３９２で樹脂モールドしてもよい。この場合においても、パッケージに代わって樹脂モールド（封止材３９２）が半導体デバイス５００に実装される構成要素およびそれらの構成要素を接続している金ワイヤ（ボンディングワイヤ３７０）を保護するので、構成が簡素化でき、低コスト化・省資源化が実現できる。
【0133】
また、図１１では、ダイパッド２２０に多段増幅回路６００を実装し、プリント基板３９７へ実装する構成としたが、これに限定されない。例えば、酸化ガリウムを使用すると、放熱の必要性が軽減されるため、ダイパッド２２０を使用することなく、多段増幅回路６００を直接プリント基板３９７へ実装してもよい。
【0134】
以上のように、トランジスタセルユニット３３０と同一のダイパッド２２０上に入力整合回路３２０と出力整合回路３４０を構成することにより、従来は、ディスクリート部品 (単機能半導体部品) で構成されていたマイクロ波回路（信号増幅回路）が、微細加工技術により単一の半導体基板上に形成される。これにより、高集積化が実現できる。
【0135】
さらに、半導体デバイス２００として高集積化できることにより、モノリシックマイクロ波集積回路 (Monolithic Microwave Integrated Circuit 、略称MMIC) が実現でき、マイクロ波高周波回路の小型化・低コスト化・省資源化に加え、信頼性の向上が実現できる。
【0136】
図１２には、図６の半導体デバイス５００の入力側にはプリント基板３７８と直接ボンディングして接続する一方で、半導体デバイス５００の出力端５２２をアンテナ４３０に接続し、アンテナ４３０から導波管４３２に照射波を出力する例を示す。このように、半導体デバイス５００の出力端５２２をアンテナ構造とするとともに導波管４３２を接続することで、半導体デバイス５００から出力された電波が確実に導波管４３２を通って後述する加熱機器８００（図１６参照）の庫内に照射される。高出力のマイクロ波の場合、基板上のパターンでは耐電力性に課題が生じるが、図１２の構成を採用することでこの課題を克服することができ、さらには小型化・低コスト化・省資源化が実現できる。
【0137】
なお、半導体デバイス５００の１石あたりの出力として、５００［Ｗ］以上出力するようにしてもよい。本開示のように、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、電力密度が上がるので、必要な出力を１石で賄うことができる。また、回路が簡素化でき、小型化・低コスト化・省資源化が図れる。より詳しくは、例えば、家庭用の電子レンジであれば、８００－１０００［Ｗ］程度の出力があれば、十分である。従来技術において、２．４ＧＨｚ帯で連続波出力する半導体は１石３００［Ｗ］程度が限界となっている。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、１石あたり５００［Ｗ］以上の出力が可能であり、例えば、家庭用の電子レンジに必要な出力を１石で賄うことができる。
【0138】
なお、ワイドバンドギャップ半導体をＥ級アンプに用いてもよい。図１５では、ワイドバンドギャップ半導体をＥ級アンプ５５０用のトランジスタ５５２に用いた例を示している。Ｅ級アンプ５５０では、バイアス回路５５３からトランジスタ５５２のドレインへのバイアス供給ラインにインダクタンス５５４が設けられる。また、トランジスタ５５２と並列にコンデンサ５５５が設けられる。さらに、トランジスタ５５２の出力には、直列共振回路（インダクタ５５６とコンデンサ５５７の直列回路）が接続される。そして、信号発生器５５１からの供給信号がトランジスタ５５２のゲート端子に入力され、コンデンサ５５５の充放電によるスイッチングモードで使用する構成となっている。なお、Ｅ級アンプ５５０では、入力整合回路は設ける必要がなく、出力整合回路（図示省略）は設けた方がよい。
【0139】
ワイドバンドギャップ半導体を用いてこのようなＥ級アンプを構成することで、ハイパワーモード（例えば、数百［Ｗ］レベル）で用いることができる。ドレインのバイアスが高周波（例えば、２．４５［ＧＨｚ］）の動作において、電圧振幅を大きく振った場合においても、耐圧が十分に高いので、ハイパワーモードでの使用に適用可能である。
【0140】
≪アプリケーション≫
ここでは、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置を加熱機器に適用した例を示す。
ここでは、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置を加熱機器に適用した例を示す。
【0141】
－加熱機器の構成（１）－
図１６は、加熱機器８００の構成例を示すブロック図である。
図１６は、加熱機器８００の構成例を示すブロック図である。
【0142】
図１６に示すように、本開示の第１態様に係る加熱機器８００は、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニット（例えば、前述のトランジスタセルユニット３３０）を用いて電波信号を増幅する信号増幅部８１２と、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。加熱機器８００は、例えば、商用電源で動作する。
【0143】
（加熱室）
加熱室８０２は、電波遮蔽部材で構成された内壁８０３（ドアガラスの内壁を含む）で囲まれた略閉空間Ｑとなっている。加熱室８０２は、ドア（図示省略）で外部からの開閉が可能になっており、ドアが開けられると加熱室８０２が開放され、外部から被加熱物Ｍの出し入れが可能になっている。なお、「遮蔽」とは、反射、吸収、多重反射等によって電波のエネルギーを滅衰させることを指す。電波遮蔽部材は、この遮蔽作用が得られるものであれば特に限定されないが、例えば、反射する材料として金属材料、吸収する材料としてフェライトゴムが例示される。
加熱室８０２は、電波遮蔽部材で構成された内壁８０３（ドアガラスの内壁を含む）で囲まれた略閉空間Ｑとなっている。加熱室８０２は、ドア（図示省略）で外部からの開閉が可能になっており、ドアが開けられると加熱室８０２が開放され、外部から被加熱物Ｍの出し入れが可能になっている。なお、「遮蔽」とは、反射、吸収、多重反射等によって電波のエネルギーを滅衰させることを指す。電波遮蔽部材は、この遮蔽作用が得られるものであれば特に限定されないが、例えば、反射する材料として金属材料、吸収する材料としてフェライトゴムが例示される。
【0144】
（信号発生部）
電波信号発生部８１０は、前述のとおり、所定の周波数帯の電波信号を発生させる。所定の周波数帯は、例えば、被加熱物Ｍに誘導加熱現象が生じる周波数帯である。電波信号発生部８１０は、図７に示す電波発生装置４００の発振器４０２に相当する。
電波信号発生部８１０は、前述のとおり、所定の周波数帯の電波信号を発生させる。所定の周波数帯は、例えば、被加熱物Ｍに誘導加熱現象が生じる周波数帯である。電波信号発生部８１０は、図７に示す電波発生装置４００の発振器４０２に相当する。
【0145】
（信号増幅部）
信号増幅部８１２は、前述のとおり、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号を増幅する。信号増幅部８１２は、図７及び図８に示すような多段増幅器４０８（多段増幅回路６００）を用いてもよいし、図５Ａに示すようなシングルの信号増幅回路３００を用いてもよい。
信号増幅部８１２は、前述のとおり、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号を増幅する。信号増幅部８１２は、図７及び図８に示すような多段増幅器４０８（多段増幅回路６００）を用いてもよいし、図５Ａに示すようなシングルの信号増幅回路３００を用いてもよい。
【0146】
（電波照射部）
電波照射部８１４は、加熱室８０２内に置かれた被加熱物Ｍに対して１［ＭＨｚ］～１０［ＧＨｚ］程度の照射波Ｗａを照射する。そうすると、被加熱物Ｍ（誘電体）の内部における誘電損失により熱が発生する。これにより、被加熱物Ｍを加熱することができる。
電波照射部８１４は、加熱室８０２内に置かれた被加熱物Ｍに対して１［ＭＨｚ］～１０［ＧＨｚ］程度の照射波Ｗａを照射する。そうすると、被加熱物Ｍ（誘電体）の内部における誘電損失により熱が発生する。これにより、被加熱物Ｍを加熱することができる。
【0147】
なお、電波照射部８１４は、数［Ｗ］程度の低出力の照射波Ｗａを安定して連続発振して被加熱物Ｍの加熱を続けるようにしてもよい。これにより、卵など高出力な電波では加熱できない被加熱物Ｍに対して、被加熱物Ｍ内で熱伝導させながら過加熱を防いだ加熱が可能となり、従来の大電力の加熱では実現できなかった低温加熱が可能となる。
【0148】
【0149】
（制御部）
制御部８２０は、周波数制御部８２２と、電力制御部８２４とを備える。
制御部８２０は、周波数制御部８２２と、電力制御部８２４とを備える。
【0150】
制御部８２０は、例えば、１つ又は複数のチップで構成されたマイクロプロセッサで構成され、ＣＰＵやメモリ等を有している。メモリは、プロセッサによって実行可能なソフトウェアであるモジュールを格納している。これから説明する演算処理部及びの各部の機能は、プロセッサがメモリに格納された各モジュールを実行することによって実現される。なお、プロセッサおよびメモリは、それぞれ、複数個あってもかまわない。後述する演算処理部についても同様である。
【0151】
また、例えば、制御部８２０と演算処理部８３０とは、別々のチップもしくは別々のマイクロプロセッサで構成されてもよいし、制御部８２０と演算処理部８３０の機能が統合されて１チップで実現されてもよい。また、制御部８２０及び演算処理部８３０を構成する機能ブロックの一部または全部の機能について、ハードウェア回路で実現してもよい。
【0152】
（周波数制御部）
周波数制御部８２２は、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの周波数を制御する機能を有する。より詳しくは、周波数制御部８２２は、そのときの被加熱物Ｍに応じた最適な周波数の照射波Ｗａが照射されるように制御する。最適な周波数とは、例えば、被加熱物Ｍの誘電率に応じて選択される。これにより、被加熱物Ｍを効率的に加熱できる。
周波数制御部８２２は、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの周波数を制御する機能を有する。より詳しくは、周波数制御部８２２は、そのときの被加熱物Ｍに応じた最適な周波数の照射波Ｗａが照射されるように制御する。最適な周波数とは、例えば、被加熱物Ｍの誘電率に応じて選択される。これにより、被加熱物Ｍを効率的に加熱できる。
【0153】
なお、被加熱物Ｍの誘電率だけではなく、大きさ、重量、被加熱物Ｍが収容される容器、被加熱物Ｍの置き位置等によっても加熱に最適な周波数は異なる。そこで、誘電率だけでなく、そのときの被加熱物Ｍに応じた最適な周波数にすることで、誘電率以外の違いがある場合においても、効率的な加熱が可能となる。また、同一の誘電体に対しても周波数の違いにより半減深度が異なるので、表面付近を主に加熱することが目的か、内部も加熱することが目的かにより、その目的に応じた最適な周波数に設定して加熱することは有効である。
【0154】
さらに、周波数制御部８２２は、加熱室内の電波分布を変えることができる。これにより、均一加熱が可能となる。周波数制御部８２２による制御の具体的な内容については、後ほど説明する。
【0155】
（電力制御部）
電力制御部８２４は、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力を制御する機能を有する。電力制御部８２４による制御の具体的な内容については、後ほど説明する。
電力制御部８２４は、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力を制御する機能を有する。電力制御部８２４による制御の具体的な内容については、後ほど説明する。
【0156】
【0157】
（電力検知部）
電力検知部８１６は、有効電力、無効電力または反射波電力のうちの少なくとも１つの電力を検知する。有効電力とは、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａのうち、被加熱物Ｍの加熱に対して有効に作用する電力であり、無効電力とは、被加熱物Ｍの加熱に対して無効な電力を指す。反射波電力とは、吸収されたり減衰することなく加熱室８０２の内壁８０３（図２３参照）で反射して戻ってくる電力を指す。
電力検知部８１６は、有効電力、無効電力または反射波電力のうちの少なくとも１つの電力を検知する。有効電力とは、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａのうち、被加熱物Ｍの加熱に対して有効に作用する電力であり、無効電力とは、被加熱物Ｍの加熱に対して無効な電力を指す。反射波電力とは、吸収されたり減衰することなく加熱室８０２の内壁８０３（図２３参照）で反射して戻ってくる電力を指す。
【0158】
以上をまとめると、本実施例の第２態様に係る加熱機器８００は、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号ＳＤを発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号ＳＤを増幅する信号増幅部８１２と、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、加熱室８０２内に信号増幅部８１２で増幅された電波信号ＳＤを受け、照射波として照射する電波照射部８１４と、有効電力、無効電力または反射波電力のうちの少なくとも１つの電力を検知する電力検知部８１６と、電力検知部８１６での検知結果に基づいて電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力または周波数のうちの少なくとも一方を制御する制御部８２０とを備える。
【0159】
【0160】
－照射波周波数の制御－
（有効電力／無効電力に基づく制御）
本実施例の第３態様に係る加熱機器８００では、上記第２態様において、電力検知部８１６は、有効電力を検知し、制御部８２０は、有効電力が大きくなるように、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの周波数を制御してもよい。同様に、上記の加熱機器８００において、電力検知部８１６は、無効電力を検知し、制御部８２０は、無効電力が小さくなるように電波信号ＳＤの周波数を制御する、としてもよい。
（有効電力／無効電力に基づく制御）
本実施例の第３態様に係る加熱機器８００では、上記第２態様において、電力検知部８１６は、有効電力を検知し、制御部８２０は、有効電力が大きくなるように、電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの周波数を制御してもよい。同様に、上記の加熱機器８００において、電力検知部８１６は、無効電力を検知し、制御部８２０は、無効電力が小さくなるように電波信号ＳＤの周波数を制御する、としてもよい。
【0161】
電力検知部８１６において有効電力を検知することで、被加熱物Ｍの加熱に対し効率的な照射波Ｗａの照射が可能となる。なお、有効電力の検知は、有効電力を直接的に検知してもよいし、直接的ではなく演算等により有効電力を間接的に推定することをもって有効電力の検知としてもよい。無効電力についても同様である。
【0162】
また、被加熱物Ｍの加熱に対し効率的な周波数での電波照射が可能となり、結果として加熱時間の短縮や電気エネルギーの節約につながる。
【0163】
さらに、被加熱物Ｍに作用しない無効電力を減らすように制御することで、加熱機器８００の省エネにも大きく寄与するとともに、使用する半導体デバイスや回路の発熱ロスや、加熱機器全体の発熱ロスを抑制できる。
【0164】
（反射波に基づく周波数制御）
本実施例の第４態様に係る加熱機器８００では、上記第１態様において、電力検知部８１６は、電波信号ＳＤの加熱室８０２内における反射波電力を検知し、制御部８２０は、検知した反射波電力に基づいて、照射波Ｗａの周波数を制御する、としてもよい。
本実施例の第４態様に係る加熱機器８００では、上記第１態様において、電力検知部８１６は、電波信号ＳＤの加熱室８０２内における反射波電力を検知し、制御部８２０は、検知した反射波電力に基づいて、照射波Ｗａの周波数を制御する、としてもよい。
【0165】
電力検知部８１６において反射波電力を検知することで、間接的に有効電力が推定できるので、被加熱物Ｍの加熱に対し効率的な電波照射が可能となる。なお、反射波電力に基づいて推定する有効電力は被加熱物での損失に加え、一般的な電子レンジを構成している加熱室の内壁８０３（図２３参照）、ドアガラスでの損失も含んでいる。しかしながら、加熱室内壁８０３（ドアガラス含む）での損失は、被加熱物Ｍでの損失と比較して小さいため、有効電力を推定により求めても、被加熱物Ｍの効率的な加熱には十分効果がある。
【0166】
例えば、電力検知部８１６で検知された反射波電力を使用する場合、反射波電力が小さくなるように照射波Ｗａの照射周波数（以下、「照射波周波数」ともいう）を設定すると対象物に作用する（吸収される）有効電力が増加する。逆に、反射波電力が大きくなるように照射波周波数を設定すると、対象物に作用しない（吸収されない）無効電力が増加する。
【0167】
そこで、周波数制御部８２２において、被加熱物Ｍが誘電体の場合に、反射波電力が小さくなるように照射波周波数を設定すると、誘電損失により被加熱物Ｍに発生する熱が大きくなる。逆に反射波電力が大きくなるように照射波周波数を設定すると被加熱物Ｍにおいて発生する熱は小さくなる。
【0168】
そこで、周波数制御部８２２において、反射波電力が極小となるように照射波周波数をコントロールすることで、誘電体から成る被加熱物Ｍを効率的かつスピーディに加熱することができる。また、反射波電力を検知しつつ照射波周波数を極小値以外の領域でコントロールすることで、被加熱物Ｍの加熱時における温度ムラや急激な温度上昇による破裂・変性などの不具合を解消できるなどの効果が得られる。
【0169】
また、被加熱物Ｍに作用しない無効な電力を減らすことができるので、加熱機器８００の省エネにも大きく寄与するとともに、使用する半導体デバイスや回路の発熱ロスや、加熱機器全体の発熱を抑制できる。
【0170】
さらに、入射する電波（照射波）と反射する電波（反射波）の干渉によって電波伝送部に電界分布が生じる。このため、反射波電力が小さい条件で加熱を実施することで、加熱室への電波照射部８１４のアンテナおよび開口、信号増幅部８１２と電波照射部８１４を繋ぐコネクタおよびケーブル（電波伝送部に相当）に生じる電界強度を小さく抑えることができる。これにより、熱による劣化および強電界により生じる放電現象による破壊を防ぐことが可能となる。なお、電波伝送部は、信号増幅部８１２と電波照射部８１４の間の伝送路を指す。
【0171】
なお、電力検知部８１６は、センシング時に出力を下げないようにしてもよい。
【0172】
これにより、ワイドバンドギャップ型トランジスタの特長である高い耐反射波特性を活かして、高出力でのセンシングが可能となる。従来は、低い出力でセンシングを実施し反射波の周波数特性を確認していた。これは、高い出力でセンシングをした場合、反射電力が高い周波数において電波信号発生部８１０または信号増幅部８１２が焼損することを避けるためである。
【0173】
このように、電力検知部８１６のセンシング時も高出力の電波を照射することにより、低出力のセンシング時よりも被加熱物Ｍをより加熱することが可能となり、短時間で被加熱物Ｍを加熱することができる。また、高出力のセンシングによりＳＮ比（信号雑音比）を大きくすることができ、小さな変化を検知することが可能となる。
【0174】
（継続的な周波数制御）
本実施例の第５態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、周波数制御部８２２は、電波照射部８１４により照射波Ｗａが照射されている間、継続して電力検知部８１６で検知された反射波電力に基づいて照射波周波数を制御する、としてもよい。
本実施例の第５態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、周波数制御部８２２は、電波照射部８１４により照射波Ｗａが照射されている間、継続して電力検知部８１６で検知された反射波電力に基づいて照射波周波数を制御する、としてもよい。
【0175】
以下において、図１８のフローチャートを用いて具体的に説明する。
【0176】
ステップＳ１０において、加熱機器８００による加熱処理（電波信号ＳＤの照射）が開始されると、電力検知部８１６において反射波電力が検知される（ステップＳ１２）。電力検知部８１６での検知結果は、後述する記憶部８３２に格納される。
【0177】
次のステップＳ１３では、周波数制御部８２２は、加熱条件を設定する。具体的には、周波数制御部８２２は、例えば、記憶部８３２に格納された反射波電力の検知結果を参照し、反射波電力が極小となるような電波信号ＳＤの設定を求める。周波数制御部８２２では、電波信号ＳＤの設定値を記憶部８３２に格納する。
【0178】
次のステップＳ１４では、周波数制御部８２２は、ステップＳ１３で求めた設定に基づいて電波信号ＳＤを制御し、処理は、ステップＳ１２に戻る。
【0179】
そして、電波照射部８１４により電波が照射されている間、ステップＳ１２からステップＳ１５の処理が繰り返される。これにより、電波照射部８１４により電波が照射されている間、継続して反射波電力に基づいて照射波周波数が制御される。
【0180】
これにより、温度が上昇することで被加熱物Ｍの状態や誘電率が変化した場合でも、繰り返し反射波電力が検知され、その値に基づいて照射波周波数が制御されるので、常に反射波電力が最適な状態に保たれる。
【0181】
また、例えば、被加熱物Ｍの温度上昇による対象物の状態・性状等の変化や何らかの外的要因による被加熱物Ｍの形状・載置方向等の変化で誘電率や反射波電力に変化が生じた場合でも、常に最適な周波数での電波照射が行われる。これにより、エネルギーロスが減らせ、結果的に省エネでスピーディな加熱機器の提供ができる。併せて、使用する半導体デバイスや回路の発熱ロスや、加熱機器全体の発熱を抑制できる。
【0182】
また、加熱機器８００では、入射する電波（照射波）と反射する電波（反射波）の干渉によって電波伝送部に電界分布が生じる。そこで、上記の説明のように、反射波電力が小さい条件での加熱を実施することで、加熱中に継続して電波照射部８１４のアンテナ（図示省略）、アンテナのための加熱室８０２への開口、信号増幅部８１２と電波照射部８１４を繋ぐコネクタやケーブルに生じる電界強度を小さく抑えることができる。これにより、熱による劣化および強電界により生じる放電現象による破壊を防ぐことができる。
【0183】
（反射波電力の周波数掃引制御）
本実施例の第６態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、周波数制御部８２２は、電波信号ＳＤの照射周波数（照射波周波数）を掃引するとともに、電力検知部８１６で検知された反射波電力が下限になるように照射波周波数を制御する、としてもよい。なお、ここでの「下限」とは、最下限に限定されず、下限値近傍の実質的な下限値を包含するものとする。
本実施例の第６態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、周波数制御部８２２は、電波信号ＳＤの照射周波数（照射波周波数）を掃引するとともに、電力検知部８１６で検知された反射波電力が下限になるように照射波周波数を制御する、としてもよい。なお、ここでの「下限」とは、最下限に限定されず、下限値近傍の実質的な下限値を包含するものとする。
【0184】
このように、周波数制御部８２２が、反射率(＝反射波電力／入射電力)を用いて反射波電力が極小となるように制御することで、加熱途中に入射電力を変えた場合においても、反射率を連続的に求めることができる。これにより、迅速にかつ効率的に被加熱物Ｍを加熱できる周波数を選択することが可能となる。
【0185】
また、加熱室内の被加熱物Ｍやドアガラスなどの誘電体によって吸収される電力が大きくなるので、ロスの少ない高効率な加熱を実現することが可能となり、省エネでスピーディな加熱をする加熱機器８００の提供ができる。また、あわせて使用する半導体デバイスや回路の発熱ロスや、加熱機器全体の発熱を抑制できる。
【0186】
この場合においても、前述の「継続的な周波数制御」の場合と同様に、熱による劣化および強電界により生じる放電現象による破壊を防ぐことができる。
【0187】
なお、周波数制御部８２２は、電力検知部８１６で検知された反射波電力が最も小さい周波数のみを用いて加熱してもよい。
【0188】
なおまた、照射波周波数の掃引は、反射率の周波数特性を確認する１つの方法であり、下限から上限へ連続的に照射波周波数を掃引することは必須ではなく、例えば、ランダムに照射波周波数を変えて各照射波周波数の反射率を求め、反射率の小さな周波数を選択する場合でも同様の効果がある。
【0189】
本実施例の第７態様に係る加熱機器８００では、上記第６態様において、周波数制御部８２２は、電波照射部８１４により電波信号ＳＤが照射されている間、継続して電力検知部８１６で検知された反射波電力に基づいて照射波周波数を制御する、としてもよい。
【0190】
ここで、照射波周波数の掃引範囲を可変周波数全域ｆｗとすることで、誘電率の急激な変化による追従漏れをなくし、常に最適な周波数での運転が可能になる。周波数の掃引範囲を限定することで、掃引中のロスをなくし、効率的な運転が可能になる。
【0191】
また、広域の周波数掃引と、限定的な範囲の周波数掃引とを組み合わせてもよい。具体的には、例えば、１回目の掃引で反射波電力が略下限値となるように照射波周波数ｆ１を決定し、その後は所定の時間tごとに、所定の振り幅（例えば±Δf；Δｆ＜ｆｗ）で照射波周波数を掃引し、反射波電力が略下限値となる周波数ｆ２を決定することを繰り返す。これにより、掃引中のロスを最小限に抑えつつも常に最適な周波数での運転が可能になる。
【0192】
以下において、図１８のフローチャートを用いて具体例を説明する。
【0193】
ステップＳ１０において、加熱機器８００による加熱処理（照射波Ｗａの照射）が開始されると、周波数制御部８２２が照射波周波数を掃引する。電力検知部８１６では、各照射波周波数における反射波電力が検知され、その検知結果が記憶部８３２に格納される（ステップＳ１２）。
【0194】
次のステップＳ１３では、周波数制御部８２２は、加熱条件を設定する。より具体的には、周波数制御部８２２は、例えば、記憶部に格納された反射波電力の検知結果を参照し、反射波電力が下限値となる照射波周波数を選択する。このとき、複数の照射波周波数が選択されるようにしてもよい。
【0195】
次のステップＳ１４では、周波数制御部８２２は、ステップＳ１３で求めた設定に基づいて照射波周波数を制御し、加熱処理を実行する。周波数制御部８２２による加熱処理は継続しつつ、フローはステップＳ１２に戻る。
【0196】
次のステップＳ１２では、再び周波数制御部８２２が照射波周波数を掃引する。このとき、照射波周波数の掃引範囲を可変周波数全域ｆｗとしてもよいし、前回のステップＳ１３で設定された照射波周波数近傍において所定の振り幅（例えば±Δf；Δｆ＜ｆｗ）で照射波周波数を掃引してもよい。その後のステップＳ１３，Ｓ１５は、上記の説明と同じ処理が行われる。
【0197】
そして、電波照射部８１４により照射波Ｗａが照射されている間、上記のようにしてステップＳ１２からステップＳ１５の処理が繰り返される。これにより、電波照射部８１４により電波が照射されている間、継続して反射波電力に基づいて照射波周波数が制御される。
【0198】
－加熱機器の構成（３）－
本実施例の第８態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶するための記憶部８３２を備える。周波数制御部８２２は、電波信号ＳＤの照射周波数（照射波周波数）を掃引する。電力検知部８１６は、各照射波周波数における反射波電力を検知し、記憶部８３２に記憶する。周波数制御部８２２は、記憶部８３２に記憶された反射波電力の検知結果に基づいて、照射波周波数を制御する、としてもよい。
本実施例の第８態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶するための記憶部８３２を備える。周波数制御部８２２は、電波信号ＳＤの照射周波数（照射波周波数）を掃引する。電力検知部８１６は、各照射波周波数における反射波電力を検知し、記憶部８３２に記憶する。周波数制御部８２２は、記憶部８３２に記憶された反射波電力の検知結果に基づいて、照射波周波数を制御する、としてもよい。
【0199】
具体的には、例えば、図１９に示すように、加熱機器８００は、図１７の構成に加えて、電力検知部８１６と、演算処理部８３０を備える。なお、電力検知部８１６については、前述のとおりであり、ここではその詳細説明を省略する。
【0200】
（演算処理部）
演算処理部８３０は、記憶部８３２と、演算部８３４とを備える。
演算処理部８３０は、記憶部８３２と、演算部８３４とを備える。
【0201】
（記憶部）
記憶部８３２は、各種の測定データやパラメータを一時的または恒常的に格納する機能と、演算処理部８３０及び／または制御部８２０を動作させるためのプログラムを格納するメモリとしての機能とを有する。記憶部８３２には、例えば、電力検知部８１６で検知された周波数ごとの反射波電力が記憶される。記憶部８３２の具体的な構成は、特に限定されず、演算処理部８３０及び／または制御部８２０と同じチップに搭載されたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリを記憶部として用いてもよいし、ＨＤＤやＳＤＤのようにチップ外部に外付けされた記憶媒体を記憶部８３２として用いてもよい。
記憶部８３２は、各種の測定データやパラメータを一時的または恒常的に格納する機能と、演算処理部８３０及び／または制御部８２０を動作させるためのプログラムを格納するメモリとしての機能とを有する。記憶部８３２には、例えば、電力検知部８１６で検知された周波数ごとの反射波電力が記憶される。記憶部８３２の具体的な構成は、特に限定されず、演算処理部８３０及び／または制御部８２０と同じチップに搭載されたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリを記憶部として用いてもよいし、ＨＤＤやＳＤＤのようにチップ外部に外付けされた記憶媒体を記憶部８３２として用いてもよい。
【0202】
（演算部）
演算部８３４は、記憶部８３２に記憶されたプログラムに基づいて各種の演算を行う。例えば、演算部８３４は、加熱室８０２での積算損失電力を周波数毎に演算する機能を有する。演算部８３４での演算処理については、後ほど説明する。
演算部８３４は、記憶部８３２に記憶されたプログラムに基づいて各種の演算を行う。例えば、演算部８３４は、加熱室８０２での積算損失電力を周波数毎に演算する機能を有する。演算部８３４での演算処理については、後ほど説明する。
【0203】
－照射波周波数の制御－
（検知対象の限定制御）
本実施例の第９態様に係る加熱機器８００では、上記第８態様において、電力検知部８１６は、反射波電力に加えて、照射波Ｗａの有効電力及び／または無効電力を検知する。周波数制御部８２２は、被加熱物Ｍがない状態で照射波Ｗａの照射周波数（照射波周波数）を掃引する。電力検知部８１６は、各照射波周波数における反射波電力を検知し、原点周波数として記憶部８３２に記憶する。周波数制御部８２２は、原点周波数に基づいて、照射波周波数を制御する、としてもよい。
（検知対象の限定制御）
本実施例の第９態様に係る加熱機器８００では、上記第８態様において、電力検知部８１６は、反射波電力に加えて、照射波Ｗａの有効電力及び／または無効電力を検知する。周波数制御部８２２は、被加熱物Ｍがない状態で照射波Ｗａの照射周波数（照射波周波数）を掃引する。電力検知部８１６は、各照射波周波数における反射波電力を検知し、原点周波数として記憶部８３２に記憶する。周波数制御部８２２は、原点周波数に基づいて、照射波周波数を制御する、としてもよい。
【0204】
また、周波数制御部８２２は、被加熱物Ｍの電波吸収電力量を算出し、目標電力量になったら調理条件を変更したり、加熱を終了する。これにより、被加熱物Ｍのみに対する有効電力を検知することができる。したがって、被加熱物Ｍの適温加熱が可能となる。
【0205】
以下において、図２０のフローチャートを用いて具体例を説明する。
【0206】
加熱機器８００による加熱処理（電波信号ＳＤの照射）が開始される前、すなわち、被加熱物Ｍがない状態で周波数制御部８２２が照射波周波数を掃引する。電力検知部８１６では、各照射波周波数における反射波電力が検知され、その検知結果が原点周波数として記憶部８３２に格納される（ステップＳ２２）。原点周波数とは、被加熱物Ｍがない状態での反射波周波数を指す。
【0207】
次のステップＳ２３では、周波数制御部８２２は、加熱条件を設定する。より具体的には、周波数制御部８２２は、例えば、記憶部８３２に格納された原点周波数に基づいて照射波周波数を設定する。
【0208】
次のステップＳ２５では、周波数制御部８２２は、ステップＳ２３の設定内容に基づいて照射波周波数を制御し、加熱処理を実行する。
【0209】
次のステップＳ２６では、例えば、周波数制御部８２２は、あらかじめ定められた目標電力量になったかどうかを判定し、その判定結果に基づいて、調理を継続（調理条件の変更を含む）するか、加熱を終了するかを判定する。加熱終了と判定された場合、フローはステップＳ２７に進み、加熱処理が終了される。一方で、調理を継続する場合、フローはステップＳ２５に戻る。そして、加熱処理が終了と判定されるまで、ステップＳ２５とＳ２６とが繰り返される。
【0210】
第９態様によると、加熱室８０２の壁面損失の多い周波数を除外し、その他の高効率な周波数を選択して加熱することにより、被加熱物Ｍの高効率加熱が可能となる。さらに、被加熱物Ｍがない状態で照射周波数を掃引することにより、壁面損失を推定し、被加熱物Ｍの電波吸収電力量を精緻に算出することができる。そして、目標の電力量になったら調理条件変更または加熱を終了することで、被加熱物Ｍの適温加熱が可能となる。
【0211】
なお、照射波周波数の掃引は、反射率の周波数特性を確認する１つの方法であり、下限から上限へ連続的に照射波周波数を掃引することは必須ではなく、例えば、ランダムに照射波周波数を変えて各照射波周波数の反射率を求め、反射率の小さな周波数を選択する場合でも同様の効果がある。
【0212】
（被加熱物の状態に基づく制御）
本実施例の第１０態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、電力検知部８１６は、検知された反射波電力の変化に基づいて被加熱物Ｍの状態変化を検知する。制御部８２０は、電力検知部８１６で検知された被加熱物Ｍの状態に応じて照射波Ｗａの電力または周波数のうちの少なくとも一方を制御する、としてもよい。
本実施例の第１０態様に係る加熱機器８００では、上記第４態様において、電力検知部８１６は、検知された反射波電力の変化に基づいて被加熱物Ｍの状態変化を検知する。制御部８２０は、電力検知部８１６で検知された被加熱物Ｍの状態に応じて照射波Ｗａの電力または周波数のうちの少なくとも一方を制御する、としてもよい。
【0213】
電力検知部８１６で検知される被加熱物Ｍの状態変化は、特に限定されないが、例えば、被加熱物Ｍの沸騰、融解、膨化、解凍、乾燥、弾け等を含む。また、照射波の制御とは、照射波Ｗａの照射／停止、照射波Ｗａの周波数変更、照射波の出力電力の調整等を含む。
【0214】
加熱機器８００において、加熱が進行することで、沸騰・膨化など被加熱物の揺れ・形状変化が起こったり、融解・乾燥など被加熱物Ｍの急激な誘電率変化が生じる場合がある。これらの変化により、被加熱物Ｍのマイクロ吸収特性が変わるため、電力検知部８１６で検知される反射波の反射率にも変化が生じる。被加熱物Ｍの状態が変化した時点で加熱条件を変更または加熱を終了することにより、加熱の過不足を緩和し、高品位な仕上がりに近づけることに有効である。
【0215】
従来は、予め加熱条件の変更時間および終了時間を決めて調理するか、熱電対により加熱室内の温度を測定して加熱条件の変更および終了をしていた。そのため、被加熱物Ｍの重量、容器、初期温度が想定と異なっていた場合に、加熱の過不足が生じやすく高品位な仕上がりの自動調理は実現できていなかった。しかし、本態様のように、被加熱物Ｍの状態を検知し、その検知結果に基づいて照射波Ｗａを制御することで高品位な仕上がりの自動調理が可能となる。
【0216】
なお、被加熱物Ｍに関する被加熱物情報（例えば、被加熱物Ｍの重量、温度、種類等の情報）がわかれば、被加熱物Ｍの状態変化検知の精度はさらに向上する。そこで、加熱機器８００に被加熱物情報を取得するためのセンサ（図示省略）を設けてもよい。
【0217】
また、電力検知部８１６で検知した反射波電力と照射波電力の関係から例えば反射率(=反射波電力/照射波電力)のようなものを演算し、フィードバック情報として用いることで、さらに精度の向上が図れる。
【0218】
なお、本態様において、被加熱物Ｍの状態変化の検知には、周波数平均の変化により検知する場合と、各周波数毎の変化により検知する場合の両方が含まれる。また、被加熱物Ｍの状態変化の検知と判断の方法の一例としては、任意の時間当たりの反射率の変化度・標準偏差などが予め設定した閾値を超えた場合に、被加熱物Ｍに状態の変化があった検知とする方法がある。
【0219】
また、加熱機器８００が、電波照射部８１４に加えて、輻射加熱源、熱風対流加熱源、スチーム加熱源など電波加熱源以外の加熱源を有している場合、前述の反射率により被加熱物Ｍの状態を検知し、電波照射部８１４以外の加熱源の加熱条件を変更または加熱終了するようにしてもよい。
【0220】
以下、具体例を示しつつ説明する。
【0221】
<沸騰検知に基づく処理>
図２１は、被加熱物Ｍの状態変化として被加熱物Ｍの沸騰状態を検知し、その検知結果に基づいて照射波Ｗａを制御する例についてのフローチャートを示している。
図２１は、被加熱物Ｍの状態変化として被加熱物Ｍの沸騰状態を検知し、その検知結果に基づいて照射波Ｗａを制御する例についてのフローチャートを示している。
【0222】
まず、ステップＳ３０において、加熱機器８００による加熱処理（電波信号ＳＤの照射）が開始されると、電力検知部８１６では、反射波電力が検知される（ステップＳ３２）。なお、ステップＳ３２の検知動作において、前述の照射波周波数の掃引をしながらの検知処理をおこなってもよい。図２２にその一例を示す。
【0223】
図２２のステップＳ３２１において、加熱機器８００による加熱処理（照射波Ｗａの照射）が開始されると、周波数制御部８２２が照射波周波数を掃引する。次のステップＳ３２２では、電力検知部８１６では、各照射波周波数における電力が検知される。このときに検知される電力は、反射波電力であってもよいし、反射波電力と入射電力であってもよい。反射波電力と入射電力を検知することで、反射率を求めることができる。そして、次のステップＳ３２３において、その検知結果情報が記憶部８３２に記録される。検知結果情報として何を記録するかは、特に限定されないが、例えば、反射電力、入射電力、位相、周波数、経過時間等が含まれる。ステップＳ３２３が終わると、検知処理は終了となり、処理は図２１に戻る。
【0224】
図２１に戻り、次のステップＳ３５では、制御部８２０は、照射波Ｗａの電力及び／または周波数を制御しつつ、加熱処理を実行する。このとき、例えば、記憶部８３２に格納された検知結果を用いてもよい。
【0225】
ステップＳ３６では、ステップＳ３５での加熱処理を継続しつつ、被加熱物Ｍの沸騰状態の変化がないかを検知する沸騰状態の把握処理を実行する。
【0226】
次のステップＳ３７では、被加熱物Ｍの沸騰状態に基づいて、加熱を継続するか、加熱を終了するかを判定する。被加熱物Ｍの沸騰状態は、例えば、被加熱物Ｍの表面の揺れ等を検知することで把握することができる（図２３参照）。
【0227】
ステップＳ３７において、加熱終了と判定された場合、フローはステップＳ３８に進み、加熱処理が終了される。一方で、調理を継続する場合、フローはステップＳ３２に戻り、前述の反射波電力の検知処理が実行される。そして、ステップＳ３７で加熱処理が終了と判定されるか、あらかじめ設定された加熱時間が経過するまで、ステップＳ３２からＳ３７の処理が繰り返される。
【0228】
<形状変化検知に基づく処理>
図２４は、被加熱物Ｍの状態変化として被加熱物Ｍの形状変化（例えば膨化状態）を検知し、その検知結果に基づいて照射波Ｗａを制御する例についてのフローチャートを示している。ここでは、図２１との相違点を中心に説明する。
図２４は、被加熱物Ｍの状態変化として被加熱物Ｍの形状変化（例えば膨化状態）を検知し、その検知結果に基づいて照射波Ｗａを制御する例についてのフローチャートを示している。ここでは、図２１との相違点を中心に説明する。
【0229】
【0230】
図２４において、ステップＳ３５の加熱処理が開始されると、ステップＳ３９において、ステップＳ３５での加熱処理を継続しつつ、被加熱物Ｍの膨化状態の変化がないかを検知する膨化状態の把握処理を実行する。
【0231】
次のステップＳ３７では、被加熱物Ｍの膨化状態に基づいて、加熱を継続するか、加熱を終了するかを判定する。被加熱物Ｍの膨化状態は、例えば、被加熱物Ｍの形状変化に基づく誘電率の変化を検知することで把握することができる（図２５Ａ参照）。その後の処理は、図２１の場合と同じである。
【0232】
なお、被加熱物Ｍの形状変化は、膨化に限定されず、図２５Ｂに示すような、被加熱物Ｍの弾けも含まれる。この場合においても、ステップＳ３９において、ステップＳ３５での加熱処理を継続しつつ、被加熱物Ｍの弾け等による形状変化や、置き位置の変化がないかを検知する形状の把握処理が実行される。
【0233】
また、被加熱物Ｍの状態変化として、図２５Ｃのハッチングで示すように、被加熱物Ｍの融解や解凍等による被加熱物Ｍの局所的な誘電率の急激な上昇がある場合に、その誘電率の変化を検知してもよい。また、図２５Ｄのハッチングで示すように、被加熱物Ｍが乾燥して被加熱物Ｍの誘電率が低下するような場合に、その誘電率の変化を検知してもよい。
【0234】
－加熱機器の構成（４）－
なお、電波照射部８１４の数は、１つに限定されず、複数であってもよい。
なお、電波照射部８１４の数は、１つに限定されず、複数であってもよい。
【0235】
本開示の第１１態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、加熱室８０２内に信号増幅部８１２で増幅された電波信号を照射する複数の電波照射部８１４とを備える。なお、電波信号発生部８１０は、図３２に示すように、複数の電波照射部８１４に対して１つ設けてもよいし、図３３に示すように、それぞれの電波照射部８１４に一対一対応するように設けてもよい。同様に、信号増幅部８１２は、図３２、図４２（図４２Ａ，４２Ｂ）に示すように、それぞれの電波照射部８１４に一対一対応するように設けてもよいし、図３４（図３４Ａ，３４Ｂ）に示すように、複数の電波照射部８１４に対して１つ設けてもよい。
【0236】
また、図３２及び図３３に示すように、本開示の第１２態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、それぞれの加熱ユニット８０４の電波照射部８１４について、照射波Ｗａの周波数帯が互いに等しく、かつ、位相が互いに異なるように制御する位相制御部８２６を備える、としてもよい。
【0237】
本開示の第１３態様に係る加熱機器８００は、上記第１２態様において、少なくとも反射波電力を検知する電力検知部８１６を備える、としてもよい。
【0238】
図２６には、２つの電波照射部８１４を設けた例を示している。より詳しくは、図２６において、加熱機器８００は、加熱室８０２と、２つの加熱ユニット８０４とを備える。それぞれの加熱ユニット８０４は、電波信号発生部８１０と、信号増幅部８１２と、電波照射部８１４と、電力検知部８１６と、制御部８２０と、演算処理部８３０とを備える。なお、電波信号発生部８１０、信号増幅部８１２、電波照射部８１４、電力検知部８１６及び制御部８２０は、図１９の場合と同じなので、ここではそれぞれのブロックについての詳細説明を省略する。
【0239】
複数の加熱ユニット８０４を設けることで、互いに異なる周波数の電波信号ＳＤを選択的に生成し、互いに周波数の異なる照射波Ｗａを加熱室８０２内に照射することができる。これにより、誘電率の異なる複数種類の被加熱物Ｍや、氷と水のように状態の異なる同一対象物等に対しても電波が効率的に吸収されるようになる。
【0240】
以下、具体的に図面を参照しつつ説明する。
【0241】
図２８は、図２７のモデルを使用してシミュレーション解析を行った例を示している。より詳しくは、図２８では、単一の電波照射部８１４を用いて、所定時間の加熱を、照射波の位相と周波数を変化させながら実施した場合における、それぞれの位相と周波数における被加熱物Ｍの温度分布を示している。図２８では、被加熱物Ｍとして、ローストビーフのモデルを用いている。図２８では、温度が高くなるもしくは低くなるのに従って色が濃くなるようになっている。なお、図２８では、色の濃い部分は、概ね温度が高い領域を示しており、温度の高い領域の一部についてわかりやすいようにＨＴの符号を付している。
【0242】
図２８に示すように、照射周波数が９１４～９２６［ＭＨｚ］の範囲で、かつ、位相が０～６０［ｄｅｇ］の範囲において、被加熱物Ｍが相対的に高温になっている。また、照射周波数が９０６［ＭＨｚ］で位相が１２０～１８０［ｄｅｇ］の範囲で、被加熱物Ｍの一部が高温になっている。このように、電波照射部８１４の照射周波数や位相が変わると、マイクロ波の分布が変わるので、所定時間経過後の被加熱物Ｍの加熱パターンが変化する。すなわち、複数の電波照射部８１４を設けて、互いに周波数や位相の異なる所定の条件に合致する照射波Ｗａを加熱室８０２内に照射することにより、それぞれの加熱領域を重ね合わせることができるので、被加熱物Ｍを均一に加熱することができる。図４３の実施例には、位相差が互いに異なる加熱パターンを被加熱物Ｍに与えた例を示している。図４３の比較例は、回転アンテナによる加熱の例を示す。図４３の実施例では、位相差が互いに異なる加熱パターンを被加熱物Ｍに与えることで均一な加熱が実現できているのがわかる。
【0243】
図２９（図２９Ａ，２９Ｂ）では、誘電率の異なる複数種類の被加熱物Ｍを加熱機器８００を用いて加熱した加熱シミュレーションの結果を示している。図２９では、９００ＭＨｚ帯と２４５０ＭＨｚ帯のそれぞれにおいて、周波数と位相を変化させた場合におけるパプリカ７０２、肉７０４及びポテト７０６を加熱した場合の温度分布を示している。すなわち、互いに誘電率が異なる被加熱物Ｍを加熱した例を示している。図２９においても、図２８と同様に、温度が高くなるもしくは低くなるのに従って色が濃くなるようになっている。また、色の濃い部分は、概ね温度が高い領域を示しており、温度の高い領域の一部についてわかりやすいようにＨＴの符号を付している。
【0244】
図２９に示すように、誘電率が異なると、さらに温度の分布に違いが出てくるので、複数の電波照射部８１４を設けて、互いに周波数や位相の異なる所定の条件に合致する照射波Ｗａを加熱室８０２内に照射することによる効果は、さらに高まる。
【0245】
さらに、図３０（ｂ）に示すように、氷と水のように誘電率の大きく異なる被加熱物Ｍに対する加熱特性が照射周波数によって電力半減深度が異なるという課題がある。また、図３１に示すように、氷と水のように誘電率の大きく異なる被加熱物に対する加熱特性（誘電損失係数）は、周波数によって異なるという課題がある。例えば、１０［ＭＨｚ］～４０［ＭＨｚ］において、氷と水の加熱比率は小さくなる傾向があり、４０［ＭＨｚ］～１０［ＧＨｚ］においては、周波数が大きくなるにしたがって氷と水の加熱比率の差が大きくなる傾向がある。
【0246】
そこで、前述のとおり、複数の加熱ユニット８０４を設けて互いに周波数の異なる照射波（例えば、２４５０ＭＨｚ帯と９００ＭＨｚ帯、または、４０ＭＨのハイブリッド給電）とを加熱室８０２内に照射することで、誘電率の異なる被加熱物対して効率的な周波数を選択して電波照射が可能となる、その結果、加熱時間の短縮や電気エネルギーの節約につながる。
【0247】
また、照射波周波数による半減深度の違いにより被加熱物Ｍの表面を集中的に加熱するか、被加熱物Ｍの内部も加熱するかというように加熱の目的に合わせた周波数を選択することができる。これにより、被加熱物Ｍを適切な温度分布に仕上げることが可能となる。
【0248】
さらに、被加熱物Ｍが誘電率の異なる複合物もしくは誘電率の異なる複数の被加熱物Ｍを加熱する場合に、周波数を選択することで、誘電率の異なる被加熱物間の加熱比率を変えることが可能となり、誘電率の高い被加熱物を選択的に加熱することができる。また、被加熱物間の加熱比率を小さくなるよう周波数を選択することで、複合物および誘電率の異なる複数の被加熱物に対して均一な加熱をすることが可能となる。
【0249】
なお、ＩＳＭバンド帯の異なる複数の周波数帯の電波を生成可能な信号発生部を有する方が好ましく、１つのＩＳＭバンド帯内で複数の波数帯の電波を生成可能な信号発生部を有するよりも効果が大きい。例えば、照射波周波数として、４０ＭＨｚ帯と２４５０ＭＨｚ帯の組み合わせを好適に用いることができる。
【0250】
また、ワイドバンドギャップ（ワイドバンドギャップ型トランジスタ）の特長である高い耐反射波特性を活かすことで、真空管式電波発振器であるマグネトロンの高出力の電波が半導体式電波発振器に伝播してきた場合においても、電波信号発生部８１０または信号増幅部８１２が焼損することを避けることができる。これにより、電波照射部８１４の構成および真空管式電波発振器の出力制御を簡素化することが可能となる。
【0251】
さらに、第１２態様に示すように、複数の電波照射部８１４間の位相差を変えることで、加熱室８０２内の各場所での電界の重ね合わせ方向が変わるので、加熱室８０２内全体の電波分布も変わる。また、被加熱物Ｍが加熱室内に置かれている場合は、被加熱物Ｍに吸収される電波量および吸収電力の分布も位相差により異なる。よって、複数の電波照射部８１４のそれぞれから照射される照射波Ｗａの位相差を変えることで、加熱室８０２内の電界分布を攪拌することが可能となる。
【0252】
このように、位相差を変えることで加熱室内の電界分布を攪拌することにより、被加熱物Ｍに対して異なる吸収電力分布の組み合わせでの加熱が可能となり、被加熱物Ｍの均一な加熱を実現できる。
【0253】
また、前述のとおり、複数の電波照射部８１４間の位相差を変えることで、加熱室８０２内の各場所での電界の重ね合わせ方向が変わるので、加熱室内全体の電波分布も変わる。被加熱物Ｍが加熱室内に置かれている場合は、被加熱物Ｍに吸収される電波量も位相差により異なる。そこで、第１３態様に示すように、反射波電力を検知する電力検知部８１６を設けることで、反射波電力の位相差に対する特性から、反射波電力が最小になる位相差を求めることが可能となる。このように、反射波電力が最小になる位相差で被加熱物を加熱することにより、高効率な加熱が可能となる。
【0254】
図３５、図３６に示すように、本開示の第１４態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、複数の電波照射部８１４について、照射波Ｗａの周波数帯が互いに等しくなるように制御し、かつ、それぞれの照射波Ｗａの周波数または位相差により照射波Ｗａの指向性を変えるように制御する制御部８２０を備える、としてもよい。ここでの制御部８２０には、照射波Ｗａの周波数を制御する周波数制御部８２２と、照射波Ｗａの位相を制御する位相制御部８２６とが含まれる。なお、図３５には、複数の電波照射部８１４に対して電波信号発生部８１０を１つ設けた例を示し、図３６には、それぞれの電波照射部８１４に対して電波信号発生部８１０を一対一対応するように設けた例を示す。
【0255】
第１４態様のように、複数の加熱ユニット８０４の周波数帯を揃えて、かつ、その揃えた周波数及び／または位相差を変えることで、電波の指向性を狙った方向に大きく変えることが可能となる。ここで、周波数および位相差の制御により指向性を大きく変えることができるアンテナの一例として、２給電パッチアンテナがある。
【0256】
ところで、電子レンジのように加熱室８０２が閉空間の場合における電波加熱は、間接波と直接波のそれぞれの電波分布によって被加熱物Ｍの加熱分布が決まる。間接波は周波数で決まる加熱室８０２内の共振パターンでの加熱であり、直接波は電波照射部８１４の指向性に依存する。よって、電波照射部８１４のアンテナの指向性を制御することで、直接波による加熱分布が制御可能となる。これにより、被加熱物Ｍの選択加熱および均一加熱が可能となる。
【0257】
図４１には、図３５の構成において、アンテナの指向性についてのシミュレーション結果を示している。図４１（ａ）はシミュレーションモデルを示し、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。図４１より、電波照射部８１４のアンテナの指向性が制御可能であることがわかる。
【0258】
図３４Ａ及び図３４Ｂに示すように、本開示の第１５態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、複数の電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力を制御する電力制御部８２４を備える、としてもよい。
【0259】
第１５態様によると、電波信号発生部８１０として低出力の半導体式電波発振器を用いて加熱室８０２に電波を放射することが可能になる。さらに、それぞれの加熱ユニット８０４に制御部８２０を設けることで、各電波照射部８１４の照射波電力を制御することができるので、加熱室８０２の電波分布を変えることが可能となる。さらに、各電波信号発生部８１０の周波数、位相差を制御することで電波分布の制御性はさらに向上する。このように、
加熱室８０２の電波分布の制御性を向上させることにより、被加熱物Ｍの均一加熱および選択加熱が可能となる。
加熱室８０２の電波分布の制御性を向上させることにより、被加熱物Ｍの均一加熱および選択加熱が可能となる。
【0260】
なお、第１５態様において、照射波の周波数および位相差を制御しない場合でも、加熱したい被加熱物Ｍもしくは被加熱物Ｍの部位に近い位置に半導体式電波発振器（電波信号発生部８１０）を設けて電波（照射波）を放射することで、選択的にその被加熱物Ｍを加熱することができる。
【0261】
すなわち、例えば、信号増幅回路３００と電波照射部８１４とを直結（近い距離に配置）した構成としてもよい。
【0262】
ワイドバンドギャップ型トランジスタの特長である小型化（放熱フィンの小型化）により、ケーブルを用いずに信号増幅部と電波照射部を直結することが可能となる。また、従来はデバイスを配置できなかった筐体の側面、背面、天面にデバイスを配置することが可能となる。さらに、コストの高いケーブルが不要になる。一般的に、製品の部品配置部の広さが決まっており、また製品の底面など部品は一か所にまとめて配置されており、従来は信号増幅部と電波照射部の距離が長い場合が多く、その際にコストの高いケーブルを用いて接続していた。デバイスを小型化することで従来はデバイスを配置できなかった筐体の側面、背面、天面にデバイスを配置し、電波照射部と直結することが可能となる。
【0263】
また、電波伝送用のケーブルを使用しないことで、信号増幅部８１２から電波照射部８１４までの電波損失を低減することができ、加熱室８０２に高効率に電波を照射することができる。その結果、被加熱物を短時間で加熱することが可能となる。また、製品の構成材料代が安くなるという利点があることは言うまでもない。
【0264】
本開示の第１６態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、複数の電波照射部８１４は、照射波Ｗａの周波数が互いに異なる電波照射部８１４を含み、少なくとも反射波の電力と位相を検知する電力検知部８１６を備える、としてもよい。
【0265】
第１６態様によると、例えば、電波信号発生部８１０として、低出力で互いに周波数の異なる半導体式発振器を配置し、被加熱物Ｍに対する反射波の特性を各周波数毎に計測するように構成される。これにより、周波数によって浸透深さ・波長の違いがあるためそれぞれの周波数によって異なる被加熱物Ｍの特性をセンシングすることが可能となる。
【0266】
なお、照射波の周波数が低いほど電波の浸透深さが長くなるので、被加熱物Ｍの内部まで浸透する。一方で、照射波の周波数が高いほど被加熱物表面の状態を検知できる。また、照射波周波数が高いほど波長が短くなるので検知の分解能が向上し、小さい被加熱物Ｍや小さな形状変化も検知できる。
【0267】
これにより、被加熱物Ｍの状態変化または被加熱物Ｍの物性値を検知することが可能となり、調理条件の変更および調理完了の判定をすることが可能となり、自動調理を実現することができる。
【0268】
なお、使用する周波数は１０［ＭＨｚ］～３００［ＴＨｚ］が有用である。
【0269】
ワイドバンドギャップ型トランジスタの特長である高い耐反射波特性を活かして、高出力でのセンシングが可能となる。従来は低い出力でセンシングを実施し、反射波の周波数特性を確認していた。これは、高い出力でセンシングをした場合、反射波電力が高い周波数において電波信号発生部８１０または信号増幅部８１２が焼損することを避けるためである。これに対し、本態様によると、ワイドバンドギャップ型トランジスタの特長である高い耐反射波特性を活かして、センシング時も高出力の電波を照射することにより、低出力のセンシング時よりも被加熱物をより加熱することが可能となり、短時間で被加熱物Ｍを加熱することができる。また、高出力のセンシングによりＳＮ比（信号雑音比）を大きくすることができ、小さな変化を検知することが可能となる。
【0270】
図３７に示すように、本開示の第１７態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、複数の電波照射部８１４は、照射波Ｗａの周波数が互いに異なる電波照射部８１４を含み、照射波Ｗａの周波数及び位相を制御する制御部８２０を備え、少なくとも１組の電波照射部８１４が互いに対向するように配置される、としてもよい。
【0271】
第１６態様によると、対向する位置から加熱室８０２に放射される照射波Ｗａの位相を制御することにより、加熱室８０２内壁で電波が反射し、放射方向及び位相が乱れる前の直接波同士の電界の重ね合わせを制御することが可能となる。
【0272】
例えば、位相差がπで加熱室８０２の中央を強く加熱ことが可能になり、位相差がゼロで中央周辺の加熱が可能となる。また、位相差がπ／２で、偏った電波分布になる。このように、位相を制御することにより加熱室内の電波分布を制御することで被加熱物Ｍの均一加熱および選択加熱が可能となる。
【0273】
なお、位相制御する電波の照射位置は、放射する周波数における１波長以上の教理を有する必要がある。
【0274】
図３８Ａ、３８Ｂに示すように、本開示の第１８態様に係る加熱機器８００は、上記第１１態様において、照射波Ｗａの周波数及び位相を制御する制御部８２０を備える。複数の電波照射部８１４は、照射波Ｗａの周波数帯が互いに等しく制御される。加熱室８０２は、少なくとも１辺が電波照射部８１４から放射される照射波Ｗａの半波長以下である、としてもよい。なお、図３８Ａには、複数の電波照射部８１４に対して電波信号発生部８１０を１つ設けた例を示し、図３８Ｂには、それぞれの電波照射部８１４に対して電波信号発生部８１０を一対一対応するように設けた例を示す。
【0275】
第１８態様によると、照射波Ｗａの周波数の１／４波長以下の寸法の加熱室８０２の方向には、電界分布を生じないので、照射波Ｗａの周波数および位相差により加熱室８０２内の電波分布を制御しやすくなる。なお、加熱室８０２内の電波分布は、照射波Ｗａの周波数と位相差の組み合わせで一義的に決定する。このように、加熱室８０２内の電波分布の制御性を向上させることにより、被加熱物Ｍの均一加熱および選択加熱が可能となる。
【0276】
なお、被加熱物Ｍがある場合、加熱室８０２内の電波分布が影響を受けるが、実用的な被加熱物Ｍの大きさ程度であれば、照射波Ｗａの周波数および位相差による加熱室内の電波分布の制御は可能である。
【0277】
－照射波電力の制御－
本開示の第１９態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、少なくとも反射波電力を検知する電力検知部８１６と、電力検知部８１６での検知結果に基づいて電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力及び周波数を制御する制御部８２０と、照射波Ｗａの電力及び周波数並びに電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶する記憶部８３２とを備える、としてもよい。
本開示の第１９態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、少なくとも反射波電力を検知する電力検知部８１６と、電力検知部８１６での検知結果に基づいて電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力及び周波数を制御する制御部８２０と、照射波Ｗａの電力及び周波数並びに電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶する記憶部８３２とを備える、としてもよい。
【0278】
ここで、第１９態様において、大電力(例えば２５０［Ｗ］)と小電力(例えば５０［Ｗ］)のそれぞれで周波数掃引を用いたセンシングをし、その差分から琺瑯壁面での損失を推定する、としてもよい。これは、琺瑯はガラス層と母材金属との間にある抵抗（酸化）層に一定以上の電界が掛かると抵抗層に電流が生じ、母材金属に電流が流れ加熱室８０２内壁での電波損失が発生する。よって、大電力と小電力で反射波の周波数特性から被加熱物Ｍの加熱の際に用いる大電力での加熱時の各周波数での壁面損失を推定することができる。
【0279】
そして、照射波Ｗａの周波数設定から壁面損失の多い周波数を除外し、その他の高効率な周波数を選択して加熱することにより、被加熱物Ｍの高効率加熱が可能となる。さらに、壁面損失を推定し、被加熱物Ｍの電波吸収電力量を精緻に算出し、目標の電力量になったら調理条件変更または加熱を終了することで、被加熱物の適温加熱が可能となる。
【0280】
以下において、図１８のフローチャートを用いて具体的に説明する。
【0281】
ステップＳ１０において、加熱機器８００による加熱処理（電波信号ＳＤの照射）が開始されると、電力検知部８１６において電波信号ＳＤの反射波電力が検知される（ステップＳ１２）。電力検知部８１６での検知結果は、記憶部８３２に格納される。このとき、例えば、大電力と小電力のそれぞれで周波数掃引を用いたセンシングを行う。周波数掃引については、前述の図２２と同様であり、ここでは、ステップＳ３２１において、周波数制御部８２２が大電力と省電力で連続して照射波周波数を掃引する。それ以外の処理は、前述の図２２と同様であり、ここではその詳細説明を省略する。
【0282】
次のステップＳ１３では、周波数制御部８２２は、加熱条件を設定する。具体的には、周波数制御部８２２は、例えば、記憶部記憶部８３２に格納された反射波電力の検知結果を参照し、大電力と小電力の反射波電力の差が大きい周波数以外の周波数を照射波周波数として選択する。周波数制御部８２２では、照射波周波数の設定値を記憶部８３２に格納する。
【0283】
次のステップＳ１５では、周波数制御部８２２は、ステップＳ１３で求めた設定に基づいて電波信号ＳＤを制御し、処理は、ステップＳ１２に戻る。
【0284】
そして、電波照射部８１４により電波が照射されている間、ステップＳ１２からステップＳ１５の処理が繰り返される。これにより、電波照射部８１４により照射波Ｗａが照射されている間、継続して反射波電力に基づいて照射波周波数が制御される。
【0285】
また、第１９態様において、第１の周波数掃引（１回目の周波数掃引）を用いたセンシングで検知された反射率を記憶し、任意の時間加熱した後に、第２の周波数掃引（２回目の周波数掃引）を用いたセンシングを実施し、第１の周波数掃引と、第２の周波数掃引それぞれの反射率を比較し、その差が大きい周波数を除いて加熱を続ける、としてもよい。
【0286】
例えば、反射率の差がある周波数の加熱室８０２内の電波分布で加熱された被加熱物Ｍの一部分は局所的に誘電率が変化した可能性が高い。そこで、第１９態様のように第２の周波数掃引を用いたセンシングを実施することで、次の加熱では、第１の周波数掃引と第２の周波数掃引の反射率の差が大きい周波数を除き（その加熱室内の電波分布を避け ）加熱するといったことが可能になる。これにより、被加熱物Ｍの他の部分が加熱される可能性が高くなり、被加熱物Ｍの均一加熱が可能となる。
【0287】
以下において、図３９のフローチャートを用いて具体的に説明する。
【0288】
なお、照射波周波数の掃引は、反射率の周波数特性を確認する１つの方法であり、下限から上限へ連続的に照射波周波数を掃引することは必須ではなく、例えば、ランダムに照射波周波数を変えて各照射波周波数の反射率を求め、反射率の小さな周波数を選択する場合でも同様の効果がある。
【0289】
－演算部を用いた制御－
本開示の第２０態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、照射波電力と反射波電力を検知する電力検知部８１６と、電力検知部８１６での検知結果に基づいて電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力及び周波数を制御する制御部８２０と、照射波Ｗａの電力及び周波数並びに電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶する記憶部８３２とを備える、としてもよい。
本開示の第２０態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、照射波電力と反射波電力を検知する電力検知部８１６と、電力検知部８１６での検知結果に基づいて電波照射部８１４から照射される照射波Ｗａの電力及び周波数を制御する制御部８２０と、照射波Ｗａの電力及び周波数並びに電力検知部８１６で検知された反射波電力を記憶する記憶部８３２とを備える、としてもよい。
【0290】
－時間ドメインでの電波センシング－
本開示の第２１態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、反射波電力と反射波位相を検知する電力検知部８１６を備える、としてもよい。
本開示の第２１態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様または上記第１１態様において、反射波電力と反射波位相を検知する電力検知部８１６を備える、としてもよい。
【0291】
加熱室８０２内に被加熱物Ｍが有る場合、加熱室８０２内に放射された電波の一部は被加熱物Ｍの表面で反射し、残りの一部は被加熱物Ｍの裏面で反射する。よって、反射位置が異なるので電波照射部８１４に戻ってくる２種類の電波は反射位相が異なる。この反射位相の差から被加熱物Ｍの厚みを推定することが可能となる。また、加熱中の反射位相の経時的な変化から厚みの変化を推定することが可能となる。
【0292】
そして、被加熱物Ｍの厚みを推定することにより、最適な加熱時間を推定することが可能となる。また、加熱途中の被加熱物Ｍの厚みの変化し始めを検知することで、最適なタイミングで加熱条件の変更が可能となる。以上より、自動調理を実現することができる。
【0293】
従来は、予め加熱条件の変更時間および終了時間を決めて調理するか、熱電対により加熱室内の温度を測定して加熱条件の変更および終了をしていた。そのため、被加熱物の重量、容器、初期温度が想定と異なっていた場合に、加熱の過不足が生じやすく高品位な仕上がりの自動調理は実現できていなかった。しかし、第２１態様の構成にすることで、高品位な仕上がりの自動調理が可能となる。
【0294】
なお、被加熱物情報、例えば重量、温度、被加熱物の種類等の情報がわかれば、被加熱物Ｍの状態変化検知の精度はさらに向上することは言うまでもない。
【0295】
－加熱機器の構成（５）－
図４０に示すように、本開示の第２４態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。加熱室８０２には、電波信号を伝搬するための周期構造体８１７が設けられている。
図４０に示すように、本開示の第２４態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。加熱室８０２には、電波信号を伝搬するための周期構造体８１７が設けられている。
【0296】
上記の態様によると、電波の波長に適した周機構造体に電波を伝送させることができる。すなわち、電波を空間に放射することなく周機構造体に電波を伝送させることができ、周期構造上に置かれた被加熱物Ｍの表面に対し、電波を集中させることで可能となる。このように、電波を被加熱物Ｍの表面に集中させることにより、従来の電波加熱では実現できなかった被加熱物Ｍの表面を焼くことが可能となる。
【0297】
なお、周波数で周期構造の寸法が決まるので、マグネトロンより半導体発振の方が効率的に給電できる。また、複数給電で周波数及び位相差を制御することで周期構造上の電波分布を制御することが可能である。
【0298】
－加熱機器の構成（６）－
本開示の第２５態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。加熱機器８００は、さらに、電波照射部８１４を駆動する駆動手段を備える。
本開示の第２５態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。加熱機器８００は、さらに、電波照射部８１４を駆動する駆動手段を備える。
【0299】
本態様では、現行のマグネトロン式電子レンジのように回転アンテナなどの駆動部を搭載している。これにより、周波数、位相差制御に加え、回転アンテナなど駆動部により加熱室内の電波分布を変えることが可能となる。したがって、多様な加熱室内の電波分布を用いて被加熱物を加熱することにより、均一加熱が可能となる。
【0300】
－加熱機器の構成（７）－
本開示の第２６態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。電波照射部８１４は、真空菅式の第１照射部と半導体式の第２照射部とを備える。
本開示の第２６態様に係る加熱機器８００は、被加熱物Ｍを収容するための加熱室８０２と、誘導加熱現象が生じる周波数帯の電波信号Ｗ１を発生させる電波信号発生部８１０と、ワイドバンドギャップ半導体からなるトランジスタセルユニットを用いて電波信号発生部８１０で生成された電波信号Ｗ１を増幅する信号増幅部８１２と、信号増幅部８１２で増幅された電波信号を加熱室８０２内に照射する電波照射部８１４とを備える。電波照射部８１４は、真空菅式の第１照射部と半導体式の第２照射部とを備える。
【0301】
真空管式電波発振器であるマグネトロンと、半導体式電波発振器を別々の伝送経路で加熱室８０２内に放射させる。半導体式電波発振器は、センシングまたは周波数制御が必要となる加熱に用いることができる。真空管式電波発振器は、安価で大電力の電波を放射可能なので、時短が求められる加熱に用いることができる。これにより、半導体式電波発振器の利点である均一加熱と、真空管式電波発振器の大出力加熱による利点である時短加熱の切替が可能となる。
【0302】
なお、半導体式電波発振器の最大出力は５０［Ｗ］～３５０［Ｗ］、真空管式電波発振器の最大出力は５００［Ｗ］～２０００［Ｗ］が一般的である。
【0303】
また、本態様の加熱機器８００は、特に熱風対流加熱・輻射ヒータ加熱・スチーム加熱など他の熱源で主に加熱し、電波は補助的に用いる加熱の場合に有用である。
【0304】
また、ワイドバンドギャップ型トランジスタの特長である高い耐反射波特性を活かすことで、真空管式電波発振器であるマグネトロンの高出力の電波が半導体式電波発振器に伝播してきた場合においても、電波信号発生部または信号増幅部が焼損することを避けることができる。これにより、電波照射部の構成および真空管式電波発振器の出力制御を簡素化することが可能となる。
【0305】
本開示の第２７態様に係る加熱機器８００は、第２６態様において、真空管式の第１照射部に外部信号として半導体式の第２照射部の電波を注入する、としてもよい。
【0306】
本態様によると、真空管式電波発振器であるマグネトロンの共振部に、半導体式電波発振器から周波数を固定した低出力電波を注入してから、真空管式電波発振器を発振させることで、真空管式電波発振器から放射される電波の周波数を半導体式電波発振器から注入した周波数に同期することが可能となる。これにより、低コストで周波数制御可能な大出力の加熱が可能となり、均一加熱と時短加熱の両立が可能となる。
【0307】
また、前述のとおり、加熱機器８００が、電波照射部８１４に加えて、輻射加熱源、熱風対流加熱源、スチーム加熱源など電波加熱源以外の熱源、例えば、ヒータを熱源とする加熱手段を備えるようにしてもよい。
【0308】
すなわち、本開示の第２８態様に係る加熱機器８００は、上記第１態様から第２７態様において、電波照射部８１４に加えて、ヒータを熱源とする加熱手段を備える、としてもよい。
【0309】
≪他の用途例≫
上記の実施形態では、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置４００を加熱機器８００に適用した例について説明したが、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置４００の用途は、これに限定されない。
上記の実施形態では、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置４００を加熱機器８００に適用した例について説明したが、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電波発生装置４００の用途は、これに限定されない。
【0310】
例えば、本開示の電波発生装置４００を加熱機器８００以外の調理器、例えば、解凍機に適用してもよい。この場合、例えば、電波発生装置４００からは加熱機器８００よりも低い周波数（例えば、４０ＭＨｚ程度）の照射波が解凍室や解凍容器内に照射される。
【0311】
また、例えば、ものづくり装置・設備のような産業機器に本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。具体的には、ある物質とある物質とを混ぜ合わせて熱を加えて化学反応をさせる化学プロセスにおいて、ヒータ等の加熱源に代えて、本開示に係る電波発生装置４００から照射されるマイクロ波を用いて、加熱するようにしてもよい。
【0312】
また、例えば、冷蔵庫のウレタン発泡プロセスにおいて、本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。従来は、冷蔵庫がそのまま入るような炉を用意し、その炉に冷蔵庫を浸すことでウレタン発泡をさせることが行われている。これに対し、本開示の電波発生装置４００を用いて、発熱させたい箇所を特定し、その特定の場所にマイクロ波（照射波）を照射することで、冷蔵庫がそのまま入るような炉を用意することなく、冷蔵庫のウレタン発泡プロセスを実行することができる。さらに、電気代を削減することができる。
【0313】
また、例えば、医療現場、例えば、癌等の温熱治療において、本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。具体的には、例えば、癌細胞に対して電波発生装置４００から出力される照射波を当てて温めることで癌細胞を取り除くようにしてもよい。また、肩こりや腰痛に用いられる温熱治療器に、本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。さらに、加熱以外の医療機器、例えば、マンモグラフィー装置に電波発生装置４００を適用してもよい。
【0314】
また、例えば、非接触給電装置に本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。具体的には、例えば、マイクロセンサやマイクロアクチュエータに対して非接触で電力を供給する場合に、本開示の電波発生装置４００を用いて電力を伝送するようにしてもよい。
【0315】
さらに、自宅用の給電設備に本開示の電波発生装置４００を適用してもよい。例えば、宅内に本開示の電波発生装置４００を設置し、宅内の電化製品や端末機器等に非接触で電力を供給できるようにしてもよい。また、ドローン（飛翔体）のように屋外にある設備や機器に対して電波発生装置４００を用いて非接触の給電をするようにしてもよい。
【0316】
また、農業分野において、例えば、植物の促成栽培機に電波発生装置４００を適用してもよい。
【0317】
また、電波発生装置４００を自動車用の加熱源として用いてもよい。これにより、従来技術に対して１桁程度の消費エネルギーを削減できる。より具体的には、電波発生装置４００を用いたマイクロ波加熱により自動車の排ガス処理技術に適用することができる。
【0318】
≪材料についての特徴≫
以下では、本開示のワイドバンドギャップ半導体に用いる材料の特徴について説明する。
以下では、本開示のワイドバンドギャップ半導体に用いる材料の特徴について説明する。
【0319】
ワイドバンドギャップ半導体として酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用いた場合に、酸化アニール処理を施してもよい。
【0320】
酸化ガリウムに酸化アニール処理を施すことにより、（１）膜質が変化し、膜質を強化することができる、（２）結晶性が変化し、結晶性が回復する、（３）酸素欠損が埋まり、酸素欠損が減少する、（４）キャリア密度が変化する、という作用が得られる。
【0321】
このように、酸化ガリウムに酸化アニール処理を施すことで、酸化ガリウム物性値を可変することが可能となるため、半導体としての性能を向上できる。なお、ここでの物性値とは、例えば、熱伝導性や絶縁性、電子伝導性等を指す。より詳しくは、熱伝導率を向上させることで放熱性がよくなったり、抵抗値を変化させることで表面に絶縁層を形成することが可能となる。
【0322】
なおまた、これはチャネル層だけでなく、電子供給層である絶縁層の表面や、相関絶縁膜の表面処理にも用いることが可能である。この絶縁層の絶縁耐圧を制御することで半導体としての性能向上が実現できる。
【0323】
なおまた、より具体的には、α相Ｇａ２Ｏ３において、サファイア基板を取り除いた後のチップ側の表面処理として用いることができる。これにより、表面の酸素欠損を埋めることができるので、結晶性がよくなり絶縁性の向上が実現できる。
【0324】
酸化ガリウム層の結晶構造の違いによる電子物性の制御をしてもよい。具体的には、（１）結晶構造が互いに異なるＧａ２Ｏ３を使い分ける方法、（２）結晶構造が互いに異なるＧａ２Ｏ３を組み合わせて用いる方法、（３）α相Ｇａ２Ｏ３を用いる方法、がある。
【0325】
結晶構造の違いにより、安定度や物性が異なるので、結晶構造が互いに異なるＧａ２Ｏ３を使い分けることによって必要な物性値を得ることができる。
【0326】
また、結晶構造が互いに異なるＧａ２Ｏ３を組み合わせることによって物性値の補完ができ、半導体としての性能向上が実現できる。例えば、α相のＧａ２Ｏ３は他の結晶相のものと比較して、より大きなバンドギャップを有する。したがって、耐圧にすぐれたデバイスが構成できる。また、例えばε相のＧａ２Ｏ３は誘電率が高いなど、他にも熱伝導性、電子伝導性などの物性値も結晶相ごとに特徴を有する。したがって、結晶構造が互いに異なるＧａ２Ｏ３の組み合わせによって様々な物性値の補完ができる。
なお、結晶構造の異なるＧａ２Ｏ３を組み合わせる際には、格子定数の近いものを近接させることで、歪が防止できる。なおまた、結晶構造の異なるＧａ２Ｏ３を積層させる場合には、ナノシート化し、レイヤーバイレイヤーの構造にすることで、結晶構造を精度よく設計できる。
なお、結晶構造の異なるＧａ２Ｏ３を組み合わせる際には、格子定数の近いものを近接させることで、歪が防止できる。なおまた、結晶構造の異なるＧａ２Ｏ３を積層させる場合には、ナノシート化し、レイヤーバイレイヤーの構造にすることで、結晶構造を精度よく設計できる。
【0327】
また、ワイドバンドギャップ半導体の製造過程において、ミスト気相成長法を適用してもよい。例えば、シリコンや酸化ガリウムのように融液から単結晶ウェハを生成できる半導体材料であれば、ミスト気相成長法が採用でき、比較的容易に大口径ウェハが低コストで生産できる。
【0328】
なおまた、ミスト気相成長法は、α相Ｇａ２Ｏ３の成長に用いることができる。このときのＧａ原料としては、例えば、ガリウムアセチルアセトナトなどが利用できる。
【0329】
なおまた、基板の格子定数と水酸化ガリウム組成をコントロールし、堆積時の格子歪みを小さく制御することで、バンドギャップが拡大でき、半導体としての性能が向上する。
【0330】
ワイドバンドギャップ半導体の製造過程において、サファイア基板を除去し、熱伝導性の高い基板と密着させて素子の放熱を行うようにしてもよい。
【0331】
例えば、このミスト気相成長法によってサファイア基板上にα相Ｇａ２Ｏ３を成長させ、その後サファイア基板を除去すれば、熱伝導性の改善が期待できる。さらに、サファイア基板を除去したところに、熱伝導性の高い部材や基板を熱的に接触させることができれば、高い放熱性が実現できる。
【0332】
また、半導体デバイス２００，５００において、ソース電極１１１と及びドレイン電極１１３と、酸化ガリウム層１０３との界面のオーミックコンタクトを形成してもよい。このとき、例えば、酸化ガリウム層１０３にＳｎ、Ｓｉなどのドナー不純物をドーピングする。これにより、酸化ガリウム層１０３のキャリア濃度が制御され、ｎ＋層が形成され、酸化ガリウム層１０３とのコンタクト抵抗を下げることができる。
【0333】
また、半導体デバイス２００，５００において、高移動度なチャネル層を形成するようにしてもよい。より詳しくは、半導体同士や半導体と絶縁体の接合等で伝導帯に障壁を作り、電圧やドーピングの調整により、フェルミ準位が伝導帯より上に来る状態にする。これにより、絶縁層とチャネル層界面に二次元電子ガス層が発生し、電子は水平方向へは移動できるが、垂直方向へは移動しづらいという状態が生まれる。したがって、電子の移動度が向上し、半導体としての性能が向上する。
【0334】
なお、伝導帯に障壁を作る方法の一つとして、酸化ガリウムナノシートを形成してもよい。そうすることで、上記と同様に二次元電子ガス層が形成され、電子の移動度が向上する。
【0335】
また、半導体デバイス２００，５００の基板（チップ）を、高周波性能に影響を与えないパッケージで覆うようにしてもよい。半導体のパッケージは、一般的にセラミックや樹脂で構成されるが、半導体を高周波デバイスとして用いる際にはその高周波特性に影響を及ぼすことも多い。そのため、例えば内部を中空構造にしたり、高周波特性に悪影響を及ぼさない素材や寸法を選択することで、高効率な高周波デバイスが構成できる。
【0336】
半導体デバイス２００，５００において、パッケージ素材の絶伝導性を制御して、熱伝導率の高い材料で半導体デバイス２００，５００のパッケージを構成してもよい。これにより、チップで発生した熱が効率的に外部に伝達するので、半導体としての性能・品質が向上する。
【0337】
例えば、パッケージにＡｌＮウィスカーのような高熱伝導材料を用いることで、チップで発生する熱が効率的に外部に伝達されるので、半導体としての性能・品質が向上する。
なお、逆にGa2O3は高い温度でも正常動作が可能なため、熱伝導率が低く、耐熱温度の高い材料でパッケージを構成し、その固設方法を採用すれば冷却構造をなくすことも考えられる。
なお、逆にGa2O3は高い温度でも正常動作が可能なため、熱伝導率が低く、耐熱温度の高い材料でパッケージを構成し、その固設方法を採用すれば冷却構造をなくすことも考えられる。
【0338】
また、半導体デバイス２００，５００において、酸化ガリウムのバンドギャップを拡大してもよい。
【0339】
－誘電率の違いについて－
図４４には、ワイドバンドギャップ半導体に適用することが可能なβ－Ｇａ２Ｏ３及びα－Ｇａ２Ｏ３の結晶成長方法について、その特徴と、手法の概要を示している。
図４４には、ワイドバンドギャップ半導体に適用することが可能なβ－Ｇａ２Ｏ３及びα－Ｇａ２Ｏ３の結晶成長方法について、その特徴と、手法の概要を示している。
【0340】
結晶相が異なると、同一元素から成る材料であってもその特性が異なることは周知であるが、酸化ガリウムであれば例えば結晶層が異なると誘電率に差異が生じる。そこで例えば、低誘電率のＧａ２Ｏ３を用いてトランジスタセルを構成すれば、その寄生容量を減らすことができる。その結果、特に高周波領域における高性能化が実現できる。一方で、高誘電率のＧａ２Ｏ３を用いてＩＰＤを構成すれば、内蔵する部品のインダクタンスや静電容量が大きくなり、結果としてその小型化や高性能化が期待できる。なお、誘電率の異なる結晶相としては、Ｇａ２Ｏ３に特有の６つの結晶相である、α相、β相、γ相、δ相、ε相、及び２次元結晶性を有するナノシート構造がある。
【0341】
なお、酸化ガリウムはミストＣＶＤ法やナノシート塗布などのウェットプロセスにより異なる結晶相を接合することができる。そこで、例えば誘電率の異なる層を接合し、それぞれの誘電率に適した機能性を付与すれば、同一基板上に配線レスの高集積な回路を構成することが可能（作用の代わり）となる。その結果、デバイスの高性能化・小型化・省資源化などが実現できる。
【0342】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、めっき銅を配線金属としてダマシン配線を形成するときに、バリアメタル上に堆積される銅の薄膜のことをいう。電解めっき時に、ウェーハ端に配置される電極から、ウェーハ中央まで電圧降下を伴うことなく電子を運ぶ役割とめっき銅成長のシード（種）層の役割を兼ねる。スパッタ粒子の指向性をより高めたロングスロースパッタリング法やＩＭＰ（Ion Metal Plasma）法で堆積されるが、基板温度が高くなると凝集を起こしやすいため成膜中の温度制御が重要となる。シード層が凝集した状態や厚さが不足した状態で電界めっきを行うと、ボイドの発生を伴い、エレクトロマイグレーション耐性が落ちてデバイスの信頼性を損なうことになる。ＣＶＤを用いたシード形成方法の開発も進んでいるが、まだ実用化にいたっていない。
【0343】
【0344】
前述のとおり、バンドギャップの大きい、例えば酸化ガリウムのような材料を用いることで高い耐圧が確保でき、チップ間距離を短くすることによるデバイスの小型化や低コスト化・省資源化などの効果が得られる。さらに、例えば、図４５に示すようにチップの加工精度を向上させ、エッチング等によって構成される溝の底部をエッジ形状にすることで、例えば図４６に示すような電界強度分布の広がりが抑制でき、結果として半導体としての性能向上やさらなる小型化が実現できる。
【0345】
なお、この溝形成の加工方法としては、ウェットエッチングやドライエッチングなどがある。例えば、ＨＦなどを用いるウェットエッチングの場合はいわゆる溶解による溝加工である。そのため、溝底部は等方性の形状となる、いわゆる等方性エッチング（図４５（ａ）参照）であり、所定の断面をエッジ形状にすることは困難となる。
【0346】
一方で、例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳＦ４、ＳＦ６等を用いたドライエッチングであれば、いわゆる切削のような溝加工である。そのため、異方性の形状が実現できる、いわゆる異方性エッチング（図４５（ｂ）参照）であり、エッジ形状が実現できるので、チップの加工精度が向上できる。
【0347】
以上をまとめると、ワイドバンドギャップ半導体として酸化ガリウム材料を用いることで、耐圧を高くとることができる。これにより、チップ間距離を小さくできる。一方で、チップ間距離を小さくすると電界分布の重なりが生じるので、電界分布を狭くする必要が生じる。したがって、チップの加工精度を向上する必要がある。そうすると、加工精度が高いドライエッチングを好適に用いることができ、ドライエッチングを用いることでエッジ形状の作製に優れている。例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳＦ４、ＳＦ６ を反応種に用いることでドライエッチングが可能である。なお、用途によっては、ＨＦでのウェットエッチングを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0348】
本発明による電波発生装置は、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、従来と比較してより大きな出力を取り出したり、同じ出力を得るためのデバイスサイズを小さくすることができる。また、従来技術と比較して耐熱が高くできる。これにより、電波発生装置の適用範囲が広がるというメリットがあり、極めて有用である。
【符号の説明】
【0349】
４００ 電波発生装置
４０２ 発振器（信号発生部）
４０８ 多段増幅器（信号増幅部）
８００ 加熱機器
８０２ 加熱室
８１０ 信号発生部
８１２ 信号増幅部
８１４ 電波照射部
Ｍ 被加熱物
４０２ 発振器（信号発生部）
４０８ 多段増幅器（信号増幅部）
８００ 加熱機器
８０２ 加熱室
８１０ 信号発生部
８１２ 信号増幅部
８１４ 電波照射部
Ｍ 被加熱物
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図25D】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34A】
【図34B】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38A】
【図38B】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42A】
【図42B】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
