GaNパワー半導体とは？ SiCとの住み分け／性能比較／設計時の注意点を解説：知っておきたいGaNパワー半導体（2/2 ページ）

今回はGaNパワー半導体の基本特性やSi、SiCとの性能比較、用途ごとの住み分け、設計時の注意点について説明します。

[リョーサン]

3. GaNとSiCの住み分け

　　GaNパワーデバイスは高速なスイッチング特性に特徴があるため、スイッチング電源などの小型・高周波用途で有利な特性となります。

　横軸は動作周波数、縦軸は電力容量です。Siは従来使用されている半導体であり、幅広い領域で使われています。次世代半導体であるSiCとGaNはそれぞれの優位性に応じて使い分けられており、より高電力ではSiC、より高周波数ではGaNが使用されています。

GaNとSiCの住み分け（引用：NEDO「パワーエレクトロニクス分野の技術戦略策定に向けて」）

4. GaNパワー半導体設計における注意事項

　GaNを使用した設計については注意するべきポイントがあります。

　パワーMOSFETのように動作しますが、SiからGaNへの置き換えだけでは、GaNの特性を生かした小型・高性能な設計にはなりません。電源・インバーターの小型・高性能化を実現するためには「スイッチング周波数を上げる」もしくは「低損失にする」必要があります。

　GaNは高速スイッチングと低損失が可能なデバイスなので小型・高性能を実現できる可能性は十分あります。しかしながら高周波スイッチングや小型化設計は、ノイズや不安定動作とのトレードオフの関係にあるため、設計については注意が必要です。

　具体的には、基板設計時のレイアウトやパターンニングが非常に重要であり、寄生インダクタンスを最小限に抑え、電圧ループと電流ループを分ける設計が必要です。その他特性を生かした小型高効率な設計を行うには、最適な周波数設定、周辺部品（インダクター・トランス、コンデンサー）の最適化、機構・放熱構造の小型化など組み合わせる必要があります。

GaNパワー半導体設計の注意点と対策

5. まとめ

　GaNパワー半導体の基本特性から、SiやSiCとの性能比較、用途ごとの住み分け、設計時の注意点までを網羅的に紹介しました。AIやデータセンターにおける電力効率の向上といった課題に対しても、次世代パワー半導体であるGaNの活用が進んでおり、その応用範囲は今後さらに拡大していくことが期待されます。

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