GaN (窒化ガリウム) 半導体デバイスは、ワイドバンドギャップ材料である窒化ガリウムから作られた電子部品です。GaN は、シリコンと比較して、ブレークダウン電圧が高く、熱伝導率が高く、スイッチング速度が速いなど、優れた電気特性を備えています。これらの特性により、GaN デバイスは効率性が高く、より高い電圧、周波数、温度で動作することができます。
GaN 半導体デバイスは、さまざまな分野で使用されています。民生用電子機器では、効率性とコンパクトなサイズのため、電源充電器やアダプタに使用されています。通信分野では、高周波および高電力アプリケーション向けの 5G インフラストラクチャおよび衛星通信システムに不可欠です。GaN デバイスは、自動車業界では電気自動車のパワートレインや充電システムに、再生可能エネルギー業界では太陽光インバータや風力タービンでの効率的な電力変換に使用されています。さらに、産業システム、軍事および航空宇宙のレーダー、電子戦システムにも応用されています。
エネルギー効率の高いパワーエレクトロニクスの需要の高まりが、GaN半導体デバイス市場を牽引しています。米国エネルギー省によると、GaNベースのパワーデバイスは、シリコンの代替品と比較してエネルギー損失を最大50％削減できます。欧州委員会は、パワーエレクトロニクスにおけるGaNの採用が2020年から2023年の間に35％増加したと報告しました。この傾向は、民生用電子機器や自動車を含むさまざまなアプリケーションでのより高い効率の必要性によって促進されています。2024年2月、インフィニオンテクノロジーズは、GaN生産能力を拡大するために10億ドルの投資を発表しました。同様に、テキサス・インスツルメンツは、電気自動車市場をターゲットにした GaN ベースの電源管理 IC の新製品ラインを 2024 年 4 月に発表しました。
5G インフラの拡大により、GaN RF デバイスの需要が高まっています。世界モバイル サプライヤー協会は、2023 年に導入される 5G 基地局の 60% で GaN ベースの RF パワー アンプが使用されていると報告しました。米国連邦通信委員会は、2021 年から 2023 年にかけて、ワイヤレス インフラ向けの GaN RF デバイスの出荷が 40% 増加すると指摘しました。この成長は、高周波アプリケーションにおける GaN の優れたパフォーマンスによって推進されています。2024 年 3 月、Qorvo は 5G mmWave アプリケーション向けの GaN-on-SiC RF ソリューションの新シリーズを発表しました。NXP セミコンダクターズは、2024 年 5 月に大手通信機器メーカーと提携し、次世代の GaN ベースの 5G 大規模 MIMO システムを開発しました。
GaN デバイスを既存のシリコン ベース システムに統合することは、複雑でコストがかかる場合があります。材料特性とパフォーマンス特性の大きな違いにより、大幅な再設計と適応の作業が必要になります。この複雑さにより実装の時間とコストが増加し、企業が GaN テクノロジにシームレスに移行することが困難になります。
GaN は、別のワイド バンド ギャップ材料であるシリコン カーバイド (SiC) との激しい競争に直面しています。SiC デバイスは、高出力アプリケーションですでに定着しており、高い熱伝導率や堅牢性などの利点があります。この競争により、特に SiC が確固たる地位を築いている市場では、GaN デバイスの成長の可能性が制限される可能性があります。
GaN デバイスは、その優れたパフォーマンスにもかかわらず、市場では比較的新しいため、採用には慎重な姿勢が見られます。広範な検証と実証済みの信頼性がなければ、潜在的なユーザーは躊躇する可能性があり、業界が GaN デバイスの性能をテストして信頼するのに時間が必要なため、市場浸透が鈍化する原因となります。
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パワー半導体の採用の増加が GaN 半導体デバイス市場を牽引するか?
パワー半導体は、GaN 半導体デバイス市場の主要なセグメントとして浮上しています。米国エネルギー省によると、2023 年には GaN ベースのパワーデバイスが GaN 半導体市場全体の 45% を占めました。欧州パワーエレクトロニクス協会は、2021 年から 2024 年にかけて GaN パワー半導体の採用が前年比 38% 増加すると報告しました。この優位性は、さまざまなアプリケーションでの高効率電力変換の需要の高まりによって推進されています。2024 年 2 月、インフィニオン テクノロジーズは、過去 2 年間で GaN パワー半導体の収益が 2 倍になったと発表しました。テキサス・インスツルメンツは、2024年4月にデータセンターや産業用アプリケーションをターゲットにした650V GaNパワーステージの新製品ラインを発表しました。
結論として、GaN 半導体デバイス市場は今後数年間で大幅な成長が見込まれます。エネルギー効率の高いパワーエレクトロニクスの需要の増加、通信インフラにおける GaN ベースの RF デバイスの普及、自動車アプリケーションにおける GaN の採用拡大などの要因が市場を牽引しています。さらに、GaN 製造プロセスにおける継続的な技術の進歩と革新により、市場の成長がさらに促進されると予想されます。市場調査では、市場規模と機会の堅調な拡大が見込まれており、バリューチェーン全体の業界参加者に有利な見通しが示されています。
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