GaN技術の将来展望

GaNの話 – Renee Yawger 10 09, 2025

人工知能（AI）、ロボット、そして宇宙システムが、パワー・エレクトロニクスの可能性を再定義する中、窒化ガリウム（GaN）技術は変革を牽引し続けています。英Electronic Product Design & Test（EPDT）誌との最近のインタビューで、EPCのCEO（最高経営責任者）で共同創立者であるDr. Alex Lidow（アレックス・リドウ）は、GaNが半導体業界をどのように変革しているのか、そして急速に進化するこの技術の今後について、自身の見解を語りました。

AIとロボット：GaNの最大の成長エンジン

現在、GaNの採用を牽引する2つの大きな要因は、AI（人工知能）サーバーとロボットです。どちらも爆発的な成長を遂げており、小型で高効率、そして高周波の電力変換に大きく依存しています。

AI分野において、GaNは48 Vから負荷へのパワー供給段という初期の地盤をはるかに超えて、その用途を拡大しています。現在、技術者は交流入力からGPUやCPUに電力を供給する低電圧レールに至るまで、電力経路全体を扱うGaNベースのシステムを設計しています。AI需要は急増しており、各AIサーバーにおけるGaNの搭載量は急速に増加しています。

サーバーのハードウエアの世代が進むにつれて、電力密度の向上、スイッチング速度の高速化、効率要件の厳格化が求められます ―― これらの分野では、GaNがシリコンよりも優れた性能を発揮します。この結果、パワー段の小型化、動作温度の低下、そしてシステム全体のコスト削減が実現し、これらはすべて、今日のAIデータセンターにとって極めて重要です。

ロボットにおいても、GaNの利点は明らかです。人型ロボットから倉庫の自動化や手術システムに至るまで、小型軽量化は、性能とバッテリー寿命の向上に直接つながります。人型ロボットは、約40個のモーターを搭載できますが、GaNを使うことで、それぞれのモーター駆動装置をより小型・軽量、そして、より高精度にすることができます。

人型ロボットとサービス・ロボットは、最も技術的要求が厳しく、急速に進歩するアプリケーションであり、投資と技術開発が最も急速に進んでいます。これらの最先端の設計は、時間の経過と共に、ドローン、電動自転車、電動工具などのより小型でより低コストのプラットフォームへと波及していくでしょう。

宇宙：信頼性の究極のテスト

AIやロボットに加え、宇宙システムは、GaNの最も魅力的な利用事例の1つであり続けています。衛星には、数10年にわたり過酷な放射線環境に耐えられる極めて高効率で軽量な電力システムが求められます。軌道上では、1キログラム当たりのワット数が価値を決定づけます。

GaNの材料特性は、シリコンよりも本質的に丈夫です。強力なガリウム-窒素結合とゲート酸化膜がないことによって、GaNデバイスは、CMOSやMOSFETの技術の許容範囲をはるかに超える放射線レベルに耐えることができます。EPCの宇宙品質のGaN FETとICは、100メガラド（rad）を超える放射線量でテストしていますが、劣化は発生していません。一方、一般的なシリコン・デバイスは約30キロラドで故障します。

衛星メーカーにとって、これはシールド要件の低減、冗長性戦略の簡素化、ペイロード（積載量）の増加を意味し、すべて打ち上げコストと運用コストの削減につながります。

低電圧用途への拡大

EPCの最新デバイスは、GaNの性能を低電圧領域へと押し広げ、現在では15 Vまでカバーしています。40 V～15 Vの範囲はトランジスタ市場で最大の領域であり、バッテリー駆動デバイスからPOL（負荷点）コンバータまで、あらゆる機器に電力を供給しています。この電圧範囲では、性能が成功を左右します。GaNの優れた効率と高周波スイッチングによって、設計者はシステム・サイズを大幅に小型化すると同時に、熱特性を改善できます。

GaNデバイスが、より低電圧で利用しやすくなるにつれて、USB-PD充電器からAIエッジ・システム、高精度モーター駆動まで、あらゆるもののシリコンMOSFETをGaNデバイスに置き換えられるようになり、産業市場と民生機器市場の両方で採用が加速しています。