SiCはウエハー品質が課題、GaNは統合がトレンドに：Yole Developpement

パワーエレクトロニクスは、GaN（窒化ガリウム）とSiC（炭化ケイ素）の採用によって、興味深い道を歩んできた。フランスの市場調査会社であるYole Developpement（以下、Yole）は、これらのワイドバンドギャップ材料の概観を発表した。

[Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times]

　パワーエレクトロニクスは、GaN（窒化ガリウム）とSiC（炭化ケイ素）の採用によって、興味深い道を歩んできた。フランスの市場調査会社であるYole Développement（以下、Yole）は、これらのワイドバンドギャップ材料の概観を発表した。

　市場では依然としてSi（シリコン）の採用が圧倒的に多いが、GaNパワーデバイスとSiCパワーデバイスは、一部のアプリケーションでは既により効率的なソリューションになっている。開発の観点から言えば、SiCの研究は、大口径のSiCウエハーの品質とパワーモジュールの開発を中心に行われている。GaNは主に、GaNデバイスの統合（SiP［System in Package］またはSoC［System on Chip］）に関する研究が進められている。

SiCは6インチウエハーの高品質化が課題

　Yoleで技術および市場アナリストを務めるEzgi Dogmus氏は、SiC回路の処理に使用されるウエハーのサイズについて次のように説明している。「ここ数年で4インチから6インチへの移行が進んだ。現在も、6インチウエハーを生産するデバイスメーカーはさらに増えている。だが、現時点ではまだ、高品質の6インチウエハーの生産は難しい。基板の成長だけでなく準備の面でも課題が多く、次世代プロセスの歩留まりに直接影響する。歩留まりを最大化して製品コストの効率化を図るために、デバイスメーカーは徹頭徹尾、良質の材料をそろえて生産を開始することが望ましい」（Dogmus氏）

SiCパワーデバイスの用途と市場シェア 出典：Yole Développement（クリックで拡大）

　Dogmus氏は続けて、「CreeやII-VI、SiCrystalなどのSiCウエハーの主要企業の他、中国企業も多額の投資を行っている。この分野にはさまざまな企業が関与している。基板サプライヤーであるWolfspeed（CreeのSiC事業）やSiCrystalと、デバイスメーカーであるInfineon Technologies（以下、Infineon）やST Microelectronics（ST）との間で複数年にわたる供給契約が締結されている」と述べている。

　ON Semiconductor（以下、ON Semi）も、量産市場に対応できることを示すために、SiCウエハーメーカーと長期契約を結んでいる。これらの取引のほとんどは、2018年から2019年の間に締結されたものだ。

　Dogmus氏は、「STは、Teslaとパートナーシップを結んでメインインバーターに搭載するSiCパワー半導体を提供していることからも分かるように、現在のSiC市場で最大のシェアを誇っている。同市場ではこの他、InfineonとON Semiも産業および車載アプリケーションをターゲットに参入している」と述べている。

　同氏は、「ON Semiは、内部SiC基板も開発している。また、SiC素材の供給でGT Advanced Technologies（GTAT）と契約を結んでいる。SiCパワー半導体市場では、高品質であることの他、サプライチェーンに垂直統合し、材料の全体的な管理を行うことも不可欠である」と述べている。

GaNはSiP／SiCとしての統合がトレンド

　一方のGaNパワーデバイス業界では、TSMC、X-Fab、Episil Technologiesといった“老舗”ファウンドリーとの協業がトレンドとなっている。

　GaNパワーデバイスは、主に急速充電器向けに家電市場で販売されている。Yoleの技術／市場アナリストであるAhmed Ben Slimane氏は「SiPやSoCとしてGaNを統合するというトレンドがある。これらは現在、急速充電器向けに提供されている主なソリューションだ」と述べている。

GaNパワーデバイスは今後、自動車やデータセンターなどでも採用が進むと予測されている 出典：Yole Développement（クリックで拡大）

　「急速充電器の主な要件は電力密度と効率だ。そのため設計者は、フォームファクターをかなり小型化し、パワー当たりの価格（price per power）を低減しなくてはならない」（同氏）

　GaN基板には、GaN on SiliconとGaN on Sapphireの2つがある。GaN on Siliconは主に6インチウエハー（8インチの場合もある）で開発されている。

　Ben Slimane氏は「もちろん今後も、ディスクリートのGaNパワーデバイスは開発されるだろう。ただディスクリートは、データセンターや基地局向け電源など、より高電力を必要とするアプリケーションに向けた製品となりそうだ」と述べた。

　RFの分野では、数年前にHuaweiが4G（第4世代移動通信）／LTE基地局にGaNパワーデバイスを採用している。「来たる5G（第5世代移動通信）では3GHz帯以上が使われることになり、GaNパワーデバイスに、より多くのチャンスをもたらすことになる。高い周波数帯において、GaNパワーデバイスは従来のLDMOSよりも電力密度が優れているからだ」（Dogmus氏）

2020年6月にYoleが発表したGaNパワーデバイス市場の予測。民生機器が圧倒的多数を占めるが、自動車と通信／テレコムでも増えるとみられている 出典：Yole Développement（クリックで拡大）

【翻訳：滝本麻貴、編集：EE Times Japan】