GaNって何？　窒化ガリウム（GaN）半導体の説明

GaNオン・シリコンとは：窒化ガリウム技術を理解する

窒化ガリウム（GaN）は、非常に硬く、機械的に安定したIII/V族2元化合物の直接バンドギャップ半導体です。より高い絶縁破壊強度、より速いスイッチング速度、より高い熱伝導率、より低いオン抵抗によって、GaNに基づくパワー・デバイスは、シリコン・ベースのデバイスよりも非常に優れています。窒化ガリウム結晶は、サファイア、炭化ケイ素（SiC）、シリコン（Si）などのさまざまな基板上で成長させることができます。シリコン上にGaNのエピタキシャル層を成長させることによって、既存のシリコン製造インフラを使って、コストのかかる特殊な生産工場の必要性をなくし、すぐに利用できる大口径シリコン・ウエハーを低コストで活用できます。

窒化ガリウムは、どのように機能するのでしょうか？

窒化ガリウム（GaN）は、特に高効率パワー・トランジスタや集積回路において、半導体の世界で革命的な存在となっています。しかし、この窒化ガリウム技術は、どのように機能するのでしょうか？

• 2DEGの生成： GaN結晶の上に窒化アルミニウム・ガリウム（AlGaN）の薄い層を成長させることによって、界面に歪みが生じ、補償的な2次元電子ガス（2DEG）が誘発されます。この2DEGは、電界が印加されたときに電子を効率的に伝導するために使われます。
• 高効率な伝導： この2DEGは、界面の非常に狭い領域に電子が閉じ込められるため、非常に伝導性があります。この閉じ込めによって、電子の移動度は、歪みのないGaNの約1000 cm2/V·sから、2DEG領域では1500～2000 cm2/V·sに増加します。
• 優れた性能： 窒化ガリウムの高い伝導性によって、同等のシリコン・ソリューションよりも高い破壊強度、より速いスイッチング速度、より高い熱伝導性、より低いオン抵抗を特徴とするトランジスタと集積回路が形成できます。

GaN技術の進化

1. LEDイノベーション

   1990年代初頭、GaNベースのLED（発光ダイオード）は、その効率性と明るさによって照明業界に革命をもたらしました。この画期的な進歩によって、エネルギー効率の高い照明ソリューションが開発され、今では、わたしたちの日常生活のいたるところに存在しています。

2. RFおよびマイクロ波の用途

   GaNの高周波機能によって、無線周波数（RF）およびマイクロ波の用途での使用に最適です。高電力密度、高周波で動作する能力は、無線通信システムの進歩に不可欠です。

3. パワー・エレクトロニクス革命

   近年、GaNは、パワー・エレクトロニクスのゲーム・チェンジャとして登場しました。低オン抵抗や高速スイッチングなどの優れた特性によって、より小型で高効率なパワー・コンバータやモーター駆動回路の開発が可能になりました。これは、民生用電子機器から再生可能エネルギーまで、さまざまな業界に大きな影響を与えます。

GaNの多様なアプリケーション

自動車のエレクトロニクス

GaN技術は、自動車用電子機器の性能、効率、信頼性を大幅に向上させ、より先進的で高効率な車両の開発に貢献します。

高度なコンピューティング

GaN技術は、従来のシリコン・ベースのパワー・エレクトロニクスと比べて、より高い効率、より高い電力密度、サイズと重さの削減を実現することで、機械学習や人工知能などの高度なコンピューティング用途向けのデータセンターの電力変換を改善します。これによって、エネルギー消費が削減され、冷却要件が軽減され、データセンター運営の全体的なコストが削減できます。

ロボットとドローン

GaNベースのモーター駆動は、より高い周波数で動作できるため、ロボットの動作をよりスムーズかつ正確に制御できます。GaN技術によって、より高効率で小型、かつ信頼性の高いモーター駆動が実現でき、ロボット・システムやドローン・システムの性能が向上します。

再生可能エネルギー

GaNベースのパワー・エレクトロニクスは、より高い周波数で動作できるため、太陽エネルギーをより効率的に電気に変換できます。この結果、太陽光発電設備のエネルギー収量が向上し、システム・コストを削減できます。

民生用電子機器

GaN技術は、従来のシリコン・ベースのソリューションと比べて、より高い効率、より小型・軽量、より高速な充電能力を提供することで、民生用電子機器の電力変換を改善します。

EPCが窒化ガリウム・メーカーの中で際立っている理由

Efficient Power Conversion（EPC）は、比類のない専門知識と製品性能を提供し、窒化ガリウム（GaN）のイノベーションで業界をリードしています。最高の窒化ガリウム・メーカーを探しているなら、 EPCが、世界の他の主要なGaNサプライヤと、どのように差異化しているかをご覧ください：

GaN技術の先駆者

• EPCは、エンハンスメント・モードGaNトランジスタ（eGaN® FET）を製品化した最初の企業であり、現代のパワー・エレクトロニクスのベンチマークを確立しました
• 2007年に設立したEPCは、高効率、高電力密度の用途向けの先進的なGaNデバイスを開発してきました

包括的な製品ポートフォリオ

• EPCは、15 V～350 Vの範囲で、業界で最も幅広いGaNのトランジスタと集積回路を提供している企業の1つです
• アプリケーション：AI（人工知能）サーバー、Lidar（光による検出と距離の測定）、 ロボット、自動車、民生用電子機器など、 EPCは、多様な業界に合わせたソリューションを提供しています

最高クラスの性能

• EPCのGaNデバイスは、高速スイッチング、低損失、高信頼性で知られています
• EPCのデバイスは、MHzのスイッチング周波数を可能にし、シリコンMOSFETや競合するGaN技術よりも優れています

専用の設計サポート

• EPCは、デバイスの選択とシミュレーションのためのGaN Power Bench™など、比類のない設計ツールを提供しています
• GaN First Time Right™設計プロセスは、設計者に段階的な構成を提供し、GaN FETとICの可能性を最大限に引き出しながら、製品の市場投入までの時間を短縮します
• 技術者は、GaNのエキスパートに聞く機能を通じて、評価基板、 アプリケーション・ノート、直接サポートにアクセスできるので、設計プロセスを効率化できます

費用対効果を重視

• GaNメーカーの中には、ニッチなアプリケーションを優先するところもありますが、EPCは、性能を犠牲にすることなく手頃な価格の実現を重視し、主流の市場と新興市場でのGaNの採用を確実にしています
• EPCのクロスリファレンス・ツールに部品番号を入力して、350 Vまでの競合他社のMOSFET／GaNデバイスを検索して置き換えれば、性能と価格を比較できます

実証された信頼性

• EPCは、自動車、航空宇宙、医療環境などの厳しい条件下での長期信頼性に関して、デバイスの厳格なテストを実施しています
• 信頼性データは、透明性を持って共有されており、EPCは、他の窒化ガリウム・メーカーよりも先行しています