パワー半導体とは

パワー半導体（Power Semiconductor）は、電力の変換・制御・整流を行うために設計された半導体デバイスの総称です。ロジックIC（信号処理）と異なり、大電流・高電圧・高温環境下での動作を前提とし、電気自動車（EV）のインバーター、産業用モーター制御、スイッチング電源、太陽光発電のパワーコンディショナーなど、社会インフラの電力変換に不可欠な存在です。

主要なパワー半導体デバイスには、MOSFET（金属酸化膜電界効果トランジスタ）、IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、SBD（ショットキーバリアダイオード）があります。シリコン（Si）ベースのIGBTは長年EV・鉄道・産業機器の主力デバイスでしたが、炭化ケイ素（SiC）MOSFETの実用化により、スイッチング損失の大幅低減と高温動作が可能になりました。

SiC（炭化ケイ素）はシリコンの約10倍の絶縁破壊電界と高熱伝導率を持ち、高耐圧・高速スイッチング・高温動作を同時に実現します。テスラがModel 3のメインインバーターにSiC MOSFETを採用して以降、EV向けSiCデバイス需要が急増しています。Wolfspeed、STMicroelectronics、Infineon、Rohmが主要メーカーです。

GaN（窒化ガリウム）は高周波・高出力特性に優れ、スマートフォンの急速充電アダプター（GaN充電器）や5G基地局の電力増幅器、データセンターの電源モジュールへの採用が拡大しています。GaN Systems（Infineonが買収）、VisIC、EPC（Efficient Power Conversion）などが専業メーカーとして知られています。

パワー半導体の製造は、通常のCMOSロジックとは異なる専用プロセスが必要です。SiCウェハ（サブストレート）の製造コストが高く、エピタキシャル成長（MOCVD）の精度が歩留まりに直結します。製造装置では、Veeco（エピ装置）、Axcelis Technologies（イオン注入）、Applied Materials（成膜・エッチング）などが主要サプライヤーです。