米国の GaN パワーデバイス市場 - デバイスタイプ別 (電力、RF 電力)、電圧範囲別 (<200 ボルト、200-600 ボルト、>600 ボルト)、アプリケーション別 (パワードライバー、電源およびインバーター、無線周波数)、エンドユーザー別 (通信、産業、自動車、再生可能エネルギー、消費者、防衛および航空宇宙、ヘルスケア)、地域別、競合、予測および機会、2019-2029 年予測

市場概要

米国の GaN パワーデバイス市場は、2023 年に 1 億 1,266 万米ドルと評価され、予測期間中に 6.65% の CAGR で成長し、2029 年には 1 億 6,727 万米ドルに達すると予想されています。

米国の GaN (窒化ガリウム) パワーデバイス市場は、さまざまな業界でエネルギー効率が高く高性能なパワーエレクトロニクスの需要が高まっているため、大幅な成長を遂げています。従来のシリコンベースのデバイスと比較して、より高い電圧、周波数、温度で動作できることで知られる GaN パワーデバイスは、電気自動車 (EV)、再生可能エネルギーシステム、通信、データセンターなどのアプリケーションでますます重要になっています。よりクリーンなエネルギーソリューションへの移行と電気自動車の普及により、エネルギー効率の向上、電力損失の低減、スイッチング速度の高速化を実現する GaN パワーデバイスの需要が高まっています。

自動車分野では、バッテリー効率の向上、走行距離の延長、よりコンパクトで軽量な電源システムの実現により、GaN デバイスが EV の性能向上に重要な役割を果たしています。米国政府がインセンティブや政策を通じて EV の普及を推進しているため、この分野での GaN パワーデバイスの需要は急増すると予想されています。さらに、再生可能エネルギー市場、特に太陽光や風力エネルギーは、GaN 技術を利用して電力変換と伝送を最適化し、エネルギー出力を高めて運用コストを削減しています。

通信およびデータセンターも、GaN パワーデバイス市場の成長に大きく貢献しています。5G ネットワークの台頭とデータトラフィックの増加により、GaN デバイスは高周波、高電力アプリケーションを可能にし、効率と放熱性を向上させる上で非常に重要です。これらの利点は、次世代の通信インフラストラクチャとデータ処理センターの増加する電力需要を管理する上で不可欠です。

さらに、スマートフォン、ラップトップ、充電器などの消費者向け電子機器の小型化の傾向が高まっているため、より小型で高速で効率的な電力コンポーネントを可能にする GaN パワーデバイスの需要がさらに高まっています。米国中の業界がより持続可能でエネルギー効率の高い技術の採用を求めているため、GaN パワーデバイスはこれらの目標を達成するための不可欠なコンポーネントになりつつあります。

主要な市場推進要因

電気自動車 (EV) の需要の増加

米国の GaN パワーデバイス市場の主な推進要因の 1 つは、電気自動車 (EV) の需要の増加です。より環境に優しいエネルギーソリューションと炭素排出量の削減が世界的に推進されているため、米国政府と自動車メーカーは EV の採用を積極的に推進しています。GaN パワーデバイスは、電力変換システムの効率を改善し、エネルギー損失を減らし、充電時間を短縮することで、EV のパフォーマンスを向上させる上で重要な役割を果たします。従来のシリコンベースのデバイスと比較して、GaNテクノロジーはより高い電圧と周波数で動作するため、EVバッテリーとパワートレインでのエネルギー転送と変換がより効率的になります。

GaNデバイスにより、よりコンパクトで軽量な電源システムの開発も可能になります。これは、スペースと重量が重要な要素となるEVにとって特に重要です。高い効率を維持しながら電源コンポーネントのサイズと重量を削減できるGaNテクノロジーの能力は、消費者にとって重要な考慮事項である電気自動車の走行距離の延長に直接貢献します。自動車メーカーが革新を続け、新しいEVモデルを導入するにつれて、GaNデバイスを含む高度なパワーエレクトロニクスの需要が大幅に増加すると予想されます。

さらに、政府のインセンティブ、税の還付、充電ステーションなどのEVインフラへの投資の増加により、GaNパワーデバイスの需要がさらに高まっています。大手自動車メーカーがEV生産に注力し、米国が輸送部門の電化に向けて動き出す中、GaN技術はEVの性能と効率の向上に役立ち、GaNパワーデバイス市場の重要な推進力となるでしょう。

再生可能エネルギー部門の成長

米国の再生可能エネルギー部門の成長は、GaNパワーデバイス市場のもう1つの重要な推進力です。太陽光や風力などのクリーンエネルギー源への移行が進む中、エネルギーの生成、貯蔵、分配を最適化できる効率的な電力変換システムの需要が高まっています。GaNパワーデバイスは、より高い電圧、周波数、温度で動作できるため、再生可能エネルギーアプリケーションで使用されるパワーエレクトロニクスの効率を高める上で不可欠です。

たとえば、太陽光発電システムでは、GaNデバイスはインバーターに使用され、ソーラーパネルで生成されたDC電力を家庭、企業、グリッドで使用するためのAC電力に変換します。これらのデバイスは変換中の電力損失を削減し、より効率的なエネルギー生成と運用コストの削減につながります。 GaN ベースのインバータは効率が高く、サイズがコンパクトなため、限られたスペースでエネルギー出力を最大化することが不可欠な住宅用および商業用の太陽光発電設備に最適です。

風力エネルギー システムも、特に電力変換および伝送プロセスにおいて GaN 技術の恩恵を受けています。GaN デバイスは、エネルギー損失を減らし、信頼性を高めることで、風力タービンのパワー エレクトロニクスの全体的な効率を向上させます。これは、さまざまな風の条件で継続的な電力出力を維持するために不可欠です。米国政府が再生可能エネルギー プロジェクトへの投資を続け、炭素排出量を削減するための野心的な目標を設定しているため、再生可能エネルギー セクターにおける GaN パワー デバイスの需要は大幅に増加し、市場拡大を促進すると予想されます。

5G 通信の進歩

米国全土での 5G ネットワークの展開は、GaN パワー デバイス市場のもう 1 つの大きな推進力です。 GaN 技術は、通信インフラにおける高周波、高電力アプリケーションのサポートに不可欠であり、5G の重要な実現要因となっています。5G ネットワークの急速な拡大に伴い、低消費電力と低放熱を維持しながら、より高い周波数と帯域幅を処理できる効率的なパワー アンプと RF デバイスに対するニーズが高まっています。

GaN デバイスは、無線周波数信号を増幅し、長距離のデータ伝送を強化するために、5G 基地局とアンテナで広く使用されています。従来のシリコンベースのコンポーネントと比較して、GaN デバイスは高周波動作で優れたパフォーマンスを発揮します。これは、5G ネットワークに必要な高速データ レートと低遅延に不可欠です。GaN 技術は、高電圧で高い電力密度と効率を実現できるため、通信インフラのエネルギー消費を削減するのにも最適であり、サービス プロバイダーの運用コストの削減に貢献します。

米国全土で 5G の導入が加速する中、インターネット速度の高速化、IoT 接続、スマート デバイスの需要が高まっているため、高度な RF パワー デバイスのニーズは高まり続けます。 GaN パワー デバイスは、これらの需要を満たすのに十分対応できる立場にあり、次世代通信ネットワークに必要な電力、効率、信頼性を提供します。

データ センターの需要の高まり

米国におけるデータ センターの需要の高まりは、GaN パワー デバイス市場の大きな推進力となっています。データ生成、クラウド コンピューティング、IoT デバイスの急増により、データ センターは企業や業界にとって重要なインフラストラクチャになっています。GaN パワー デバイスは、データ センター内でエネルギー効率の高い電力管理を確保する上で重要な役割を果たします。データ センターでは、電力損失と発熱を最小限に抑えることが、運用コストの削減と最適なパフォーマンスの維持に不可欠です。

データ センターでは、大量の電力を消費するサーバー、ストレージ システム、ネットワーク機器をサポートするために高性能な電源が必要です。GaN パワー デバイスは、電力変換および管理システムの効率を高め、データ センターのエネルギー消費と冷却コストの削減に役立ちます。より高い周波数と電圧で動作できるため、より小型でコンパクトな電源を実現できます。これは、スペースが限られていることが多いデータセンターでは不可欠です。

さらに、データセンターが持続可能性とエネルギー効率に重点を置くようになるにつれて、GaN パワー デバイスの採用が増加すると予想されます。これらのデバイスは、データセンターが厳格なエネルギー効率基準を満たし、企業の持続可能性の目標に沿って環境フットプリントを削減するのに役立ちます。データセンターでの効率的で信頼性の高い電源ソリューションの需要の高まりは、GaN パワー デバイス市場の主要な推進力です。

主要な市場の課題

高い製造コスト

米国の GaN パワー デバイス市場が直面している主要な課題の 1 つは、GaN 技術に関連する高い製造コストです。材料としての窒化ガリウムは、製造に必要な複雑なプロセスのため、従来のシリコンベースのパワー デバイスと比較して製造コストが高くなります。GaN ウェーハの製造はより技術的に要求が厳しく、高性能デバイスに必要な精度を維持するために高度に専門化された機器とプロセスが必要です。このコスト要因は、市場参入を希望する中小企業や新興企業にとって大きな障害となる可能性があります。

さらに、GaN 技術はシリコンに比べて市場で比較的新しいため、規模の経済はまだ十分に実現されていません。多くのメーカーがまだ製造プロセスの改良中であるため、GaN デバイスを市場に投入するための全体的なコストが増加しています。コスト効率が優先される家電製品や自動車などの業界で価格競争をしている企業にとって、GaN パワーデバイスの高い製造コストは採用を制限する可能性があります。この課題を克服するには、製造技術の進歩と、時間の経過とともに製造コストを削減するための研究開発 (R&D) への投資の増加が必要になる可能性があります。

限られたサプライ チェーンと材料の入手可能性

GaN パワー デバイスのサプライ チェーンはまだ発展途上であり、これは米国市場にとってもう 1 つの課題となります。高品質の GaN 基板とウェハの入手性は限られており、生産のボトルネックとなることがよくあります。基板技術は、ベース材料としてシリコンカーバイド (SiC) を使用するなど進歩していますが、これらの改善はまだ初期段階にあります。その結果、GaN パワーデバイスメーカーは材料の安定した供給を確保するのが難しく、生産スケジュールが遅れ、価格が上昇する可能性があります。

さらに、GaN 材料を専門とするサプライヤーの数が限られているため、グローバルサプライチェーンの主要企業数社への依存が生じています。地政学的緊張や不足などの混乱は、米国市場での GaN パワーデバイスの入手性に大きな影響を与える可能性があります。この堅牢なサプライチェーンの欠如は、新規参入者が GaN 技術に投資することを妨げ、市場の成長をさらに制限する可能性もあります。材料サプライチェーンの拡大と国内生産の促進は、将来的にこれらの課題を軽減するのに役立つ可能性があります。

技術的な複雑さと設計上の課題

GaN パワーデバイスは、従来のシリコンベースのデバイスに比べてパフォーマンス上の利点が数多くありますが、既存のシステムへの統合は技術的に複雑になる可能性があります。エンジニアと設計者は、高いスイッチング速度や熱管理要件など、GaN テクノロジの特定の特性に適応する必要があります。これらの要因により、過熱や電磁干渉 (EMI) などの問題に遭遇することなく、GaN の利点を最大限に活用する電力システムを設計することが困難になる可能性があります。

自動車や通信などの業界の多くの企業は、GaN パワーデバイスをシステムに正常に実装するための技術的な専門知識や設計能力が不足している可能性があります。GaN テクノロジに対する知識不足により、企業は既存の電力システムを再構成したり、GaN をサポートするまったく新しいアーキテクチャを開発したりすることに投資することをためらう可能性があるため、GaN の採用が遅れる可能性があります。技術が成熟し、エンジニアのトレーニングや GaN 対応設計ツールの進化にリソースが投入されるにつれて、この課題は徐々に軽減される可能性がありますが、現時点では、より広範な市場での採用にとって大きなハードルとなっています。

シリコンおよび SiC 技術との競争

GaN パワーデバイスの利点にもかかわらず、確立されたシリコンおよび新興のシリコンカーバイド (SiC) 技術との競争は、米国の GaN パワーデバイス市場にとって課題となっています。シリコンは、数十年にわたる最適化、成熟したサプライチェーン、大幅に低いコストの恩恵を受け、パワーエレクトロニクスの主要材料であり続けています。多くの業界、特に民生用電子機器や自動車部門では、手頃な価格と実績のあるパフォーマンスのため、シリコンに依存し続けています。

一方、SiC は、電気自動車や再生可能エネルギーシステムなどの高出力アプリケーションでも強力な候補として浮上しています。SiC は、高い熱伝導率やより高速なスイッチング速度など、GaN と同様のパフォーマンス上の利点を提供するため、多くの市場で直接的な競合相手となっています。 SiC 技術は GaN よりも成熟しており、市場で広く受け入れられていることを考えると、GaN は業界に切り替えを納得させるのに苦戦を強いられるでしょう。この競争に打ち勝つには、GaN メーカーが自社デバイスの特定のパフォーマンス上の利点を強調し、GaN が SiC より優れている分野で革新を続ける必要があります。

規制と標準化の障壁

GaN パワーデバイスに関する確立された規制の枠組みと業界標準がないことも、米国市場にとってのもう 1 つの課題です。GaN 技術はまだ比較的新しいため、GaN ベースのシステムに固有の安全性、パフォーマンス、信頼性の標準に関するガイダンスは限られています。これにより、メーカーとエンドユーザーの両方に不確実性が生じます。さまざまな動作条件下で GaN デバイスがどのように機能するか、または規制機関によってどのように評価されるかがわからない可能性があるためです。

明確な標準がないと、安全性と信頼性が重要な自動車や航空宇宙などの分野で GaN パワーデバイスの採用が遅れる可能性もあります。標準化されたテスト手順や認証プロセスがなければ、企業は将来の規制に準拠できないことを恐れて、GaN をシステムに統合することをためらう可能性があります。さらに、標準が世界的に調和されていないため、メーカーはさまざまな地域で異なる規制要件に直面する可能性があり、生産と流通の規模拡大がさらに複雑になります。この障壁を減らし、より広範な市場での採用を促進するには、GaN 技術の包括的な標準を確立する取り組みが不可欠です。

主要な市場動向

電気自動車 (EV) における GaN パワー デバイスの需要増加

米国の GaN パワー デバイス市場で最も顕著な傾向の 1 つは、電気自動車 (EV) でのこれらのコンポーネントの採用が増えていることです。米国政府がよりクリーンなエネルギーと炭素排出量の削減を推進する中、自動車メーカーはますます電動パワートレインへとシフトしています。 GaN パワーデバイスは、従来のシリコンベースのコンポーネントと比較して、効率が高く、スイッチング速度が速く、電力損失が少ないことで知られており、EV の性能と航続距離の向上に不可欠です。

GaN デバイスにより、オンボード充電器、DC-DC コンバータ、トラクションインバータなど、より小型で軽量で効率的なパワートレインコンポーネントの開発が可能になります。これは、重量の軽減、熱管理の改善、バッテリー航続距離の延長につながります。これらは、EV の普及を促進する重要な要素です。さらに、GaN テクノロジーはより高い周波数で動作できるため、充電時間が短縮されます。これは、EV 充電インフラに関する消費者の懸念を軽減する重要な要素です。

米国政府は、財政的インセンティブ、税額控除、インフラ開発を通じて EV の普及を支援する取り組みを行っており、GaN パワーデバイスの需要がさらに高まると予想されます。自動車メーカーがエネルギー効率の高いパワートレイン ソリューションを優先し続ける中、GaN パワー テクノロジーは好ましい選択肢になりつつあり、この市場の企業に大きな成長の機会を提供しています。

再生可能エネルギー システムにおける GaN パワー デバイスの採用拡大

米国では、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源への移行により、GaN パワー デバイスの需要が高まっています。これらのデバイスは、従来のシリコン ベースのコンポーネントと比較して、優れた効率、高い動作周波数、優れた熱管理機能を備えているため、インバーターやコンバーターなどの電力変換システムでますます使用されています。

GaN テクノロジーにより、より効率的な電力変換が可能になり、エネルギー損失が削減され、再生可能エネルギー システム全体の出力が向上します。これは、電力変換効率を最大化することが直接的にエネルギー出力の増加と運用コストの削減につながる太陽光および風力エネルギー システムで特に重要です。さらに、GaN デバイスは高電圧、高電力のアプリケーションをより効率的に処理できるため、大規模な再生可能エネルギー設備に最適です。

米国では、再生可能エネルギーの採用を促進する政府の政策とインセンティブに支えられ、よりクリーンなエネルギー グリッドへの移行が進んでおり、この分野での GaN パワー デバイスの需要は大幅に増加すると予想されています。より効率的なエネルギー変換および配電システムに対する継続的なニーズにより、再生可能エネルギーの将来における GaN の役割はさらに強固なものとなるでしょう。

通信およびデータ センターにおける GaN パワー デバイスの使用拡大

5G とクラウド コンピューティングの急速な拡大に伴うデータ処理および通信ネットワークの需要増加により、通信およびデータ センターにおける GaN パワー デバイスの大きな成長機会が生まれています。GaN テクノロジーは、次世代の無線通信およびデータ伝送をサポートするために必要な高周波機能と電力効率を提供します。

米国全土での 5G インフラストラクチャの展開に伴い、通信ネットワークでは、増加するデータ トラフィックと帯域幅を処理するために、より高性能で電力効率の高いコンポーネントが必要になります。 GaN パワーデバイスは、シリコンベースの代替品よりも高い周波数と高い電力密度で動作できるため、これらのアプリケーションに最適です。このため、GaN パワーデバイスは、厳しい条件下で動作する必要があるパワーアンプ、基地局、その他の重要なネットワーク機器での使用に最適です。

同様に、データセンターでは、電力効率を改善し、エネルギー消費を削減するために GaN デバイスを採用するケースが増えています。データセンターは、クラウドコンピューティング、人工知能、IoT アプリケーションからの需要の高まりに対応するために拡大し続けており、GaN ベースのパワーコンポーネントは、電力変換および冷却システムでのエネルギー損失を削減することで、運用コストを最小限に抑えるのに役立っています。

民生用電子機器の小型化が GaN パワーデバイスの需要を牽引

民生用電子機器の小型化の傾向は、米国の GaN パワーデバイス市場のもう 1 つの重要な推進力です。 GaN 技術により、より小型で効率的な電源部品の製造が可能になります。これは、スマートフォン、ラップトップ、充電器のメーカーが、性能を犠牲にすることなくデバイスのサイズを縮小することを目指しているため、不可欠です。

GaN 電源デバイスの主な利点の 1 つは、より高い周波数と効率で動作できることです。これにより、インダクタやコンデンサなどの受動部品が小型化されます。これにより、メーカーはより小型で軽量、かつ高速充電可能なデバイスを設計できます。これは、消費者がよりコンパクトでポータブルな電子製品を求めるにつれて、ますます重要になっています。たとえば、GaN 充電器は、大幅に小型化されたフォーム ファクターで高電力を供給できるため、従来のシリコン ベースの充電器に代わる人気のある選択肢となっています。

米国では、より小型で強力な消費者向け電子機器の需要が高まり続けているため、GaN 電源デバイスの市場は拡大すると予想されています。 GaN 技術で革新を起こす企業は、よりコンパクトでエネルギー効率の高い電子機器に対する消費者の嗜好の高まりから恩恵を受ける立場にあります。

セグメント別インサイト

インサイト

RF パワー セグメントは、高周波、高電力アプリケーションでの優れたパフォーマンスにより、2023 年に米国の GaN パワー デバイス市場で優位に立っています。GaN 技術は、特に高効率、電力密度、動作周波数を必要とする RF アプリケーションにおいて、従来のシリコンベースのデバイスに比べていくつかの重要な利点を提供します。これらの利点により、通信、防衛、航空宇宙などの分野で GaN パワー デバイスが広く採用され、市場の成長に大きく貢献しています。

RF パワー セグメントが優位に立っている主な理由の 1 つは、米国全土で 5G ネットワークが継続的に展開されていることです。GaN RF パワー アンプとトランジスタは、より高い周波数での動作、より高速なデータ伝送、より長距離でのより信頼性の高い通信を可能にするため、5G インフラストラクチャに不可欠なコンポーネントです。 GaN は、エネルギー損失を最小限に抑えながら高電力を処理できるため、モバイル データと帯域幅の需要の高まりに対応する必要がある 5G 基地局に最適です。5G が拡大し続けるにつれて、GaN RF パワー デバイスの需要は高まるばかりです。

通信、GaN RF パワー デバイスは、防衛および航空宇宙アプリケーションでも広く使用されています。米国軍は、過酷な条件下で動作し、より高い出力電力を提供し、高周波アプリケーションで優れた効率を提供する能力があるため、レーダー システム、電子戦、衛星通信に GaN 技術を採用しています。これらの重要な分野での GaN の堅牢なパフォーマンスにより、RF パワー セグメントへのさらなる投資と採用が促進されました。

GaN RF パワー デバイスは、現代の通信および防衛システムでますます重要になっている、よりコンパクトで軽量な設計を可能にします。より小型の部品で高出力を実現できる能力は、小型化とよりエネルギー効率の高いシステムへのトレンドと一致しており、米国の GaN パワー デバイス市場における RF パワー セグメントのリーダーシップをさらに強化します。

地域別インサイト

北東部は、通信、防衛、航空宇宙、半導体製造など、GaN テクノロジーの需要を促進する主要産業で強力な存在感を示しているため、2023 年に米国の GaN パワー デバイス市場を支配しました。大手テクノロジー企業、研究機関、確立された産業基盤の本拠地であるこの地域は、GaN パワー デバイスの革新と採用の中心地となっています。

北東部の優位性の背後にある主な要因の 1 つは、特にニューヨークやボストンなどの都市中心部に通信およびネットワーク インフラストラクチャが集中していることです。北東部での 5G 技術の急速な展開により、5G 基地局、スモール セル、および高効率で高周波のコンポーネントを必要とするその他のインフラストラクチャにとって重要な GaN パワー デバイスに対する需要が大幅に増加しました。GaN パワー デバイスは、高度な無線通信に必要なパフォーマンスを提供する点で優れているため、この地域で特に顕著な 5G 移行に不可欠です。

北東部は、GaN 技術を早期に導入した防衛請負業者と航空宇宙企業の拠点です。GaN パワー デバイスは、レーダー、電子戦、衛星通信などの軍事用途で広く使用されており、これらすべてが GaN の高電力密度、効率、および高周波での動作能力の恩恵を受けています。主要な防衛施設と航空宇宙企業の本社がこの地域にあるため、高度な防衛技術をサポートするために GaN デバイスの需要が着実に増加しています。

もう 1 つの要因は、北東部に半導体研究開発機関が多数存在していることです。有力な大学や研究センターが次世代の GaN パワーデバイスの開発に携わり、イノベーションと商業化を加速しています。この産学連携により、GaN 技術の成長と複数の分野での広範な採用に好ましい環境が促進されます。

最近の動向

• 2024 年 4 月、高性能の GaN-on-SiC (GaN-on-SiC) エピタキシャル ウェーハを専門とする欧州の半導体メーカーである SweGaN AB は、通信および防衛向け GaN RF およびマイクロ波半導体の世界的リーダーである韓国の RFHIC Corporation との戦略的提携を発表しました。この契約には RFHIC からの非公開の株式投資が含まれており、両社の連携における極めて重要な一歩となります。両社は共同研究開発と将来の製品開発に注力し、重要な通信および防衛アプリケーション向けの GaN テクノロジーの進歩を目指します。
• 2023 年 10 月、IQE plc は、電気自動車 (EV) インバーター向けの高性能窒化ガリウム (GaN) パワー製品の開発に向けて、VisIC Technologies との戦略的パートナーシップを発表しました。このコラボレーションは、EV の効率と信頼性を高め、持続可能な輸送におけるイノベーションを推進することを目的としています。GaN テクノロジーは、パワー エレクトロニクスに革命をもたらす可能性を秘めており、IQE の GaN に関する専門知識と VisIC の革新的な D3GaN (ダイレクト ドライブ d モード GaN) テクノロジーを組み合わせることで、EV パフォーマンスの限界を押し広げます。両社は協力して、最先端のパワーエレクトロニクスソリューションを提供することで、電気自動車業界の未来を形作ることを目指しています。

主要市場プレーヤー

• International Rectifier Corporation
• Infineon Technologies Ag
• Texas InstrumentsIncorporated
• On Semiconductor Corporation
• Qorvo, Inc.
• Transphorm, Inc.
• Wolfspeed, Inc.
• NXP Semiconductors NV
• Amphenol Corporation
• Analog Devices Inc