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オンセミは2025年10月30日（米国時間）、GaN-on-GaN技術を用いた縦型GaN（vGaN）パワー半導体を発表した。AIデータセンターやEVなどエネルギー集約型分野の需要増を受け、電力密度・効率・堅牢性で新たな基準を打ち立てるとし、700Vと1200Vのデバイスをアーリーアクセス顧客へ提供中だ。また、電流を表面ではなく垂直方向に流す設計により、高電圧動作と高速スイッチングを両立し、システムの小型・軽量化に寄与すると説明している。
縦型GaNの要点と狙い
縦型GaNは、一般的な横型GaNがシリコンやサファイアなど異種基板上で表面方向にキャリアを流すのに対し、GaN基板上で縦方向に電流を流すアーキテクチャを採る。これにより、面内電界の制約を受けにくく、高電圧をより小さなフットプリントで扱える点が特長である。構造起因の利点を生かし、電力変換の各段で密度と効率の同時向上を狙う設計思想が前面に出ている。
同社は、AIデータセンターやEVなどで電力需要が急増するなか、電力密度、効率、堅牢性の新たな基準を示すと位置づける。電流経路の最適化と高速スイッチングの両立により、機器の消費電力と発熱を抑え、システムの小型・軽量化を促進できると説明している。エネルギー効率が進歩の物差しになるという認識のもと、用途横断での導入を見据えた展開が進むとみられる。
今回の技術は米ニューヨーク州シラキュースの研究開発チームが担い、プロセス、デバイス構造、製造、システムにまたがる130件超の特許群に支えられるという。製造も同拠点で行うとしており、垂直構造の堅牢性と熱安定性を前提に高信頼な動作を目指すとしている。研究開発から製造までの一体運用により、立ち上げ速度と品質の両面で優位性を確保する狙いがうかがえる。
規模・性能でみる進化
発表によれば、モノリシックダイ上で1200V超の高電圧に対応しつつ、大電流の高速スイッチングを高効率で実現する設計とした。縦方向に電流を通すことでドリフト層設計の自由度が高まり、オン抵抗と耐圧のトレードオフを緩和しやすい点が利点とされる。高耐圧と高周波化の両立が、電力段の集約とレイアウト最適化を後押しする構図である。
高周波動作に適した特性により、電力変換段の損失を「約50%」低減できる可能性を示し、コンデンサーやインダクターなど受動部品の小型化も同程度見込めるとする。さらに、市販の横型GaNと比べてデバイスサイズを約3分の1にできるとし、実装面積の削減に直結する。こうした数値は、装置全体の容積と重量、冷却機構の簡素化に連鎖し、TCO低減の余地を広げていく。
応用面では、AI向けDC-DCやEVのインバータ、充電器、再生可能エネルギーや蓄電システム、産業用ドライブ、航空宇宙・防衛など高出力領域を想定する。電力密度、熱特性、信頼性が求められる用途で、冷却要件を抑えつつシステム全体コストの低減に寄与するとしている。高電圧・高スイッチング周波数を軸に、部品点数の削減と効率改善を同時に進める設計が広がっている。
事業的な位置づけと今後の見通し
提供状況については、700Vおよび1200Vのデバイスをアーリーアクセス顧客にサンプル出荷中と明らかにした。量産開始時期や製品型番などの詳細は現時点で発表されていないが、同社は「比類なき性能」を掲げ、顧客の評価を通じた適用拡大を図る構えとみられる。評価結果が良好であれば、高出力分野から順次採用が進む可能性がある。
同社は、縦型GaNが従来のGaN-on-SiやGaN-on-サファイアを凌駕しうると強調し、電圧耐量とスイッチング速度、信頼性、堅牢性の総合力で優位に立つとする。高周波化によるパッシブ低減と冷却要件の緩和は、電力装置のサイズ・重量・効率の最適化に直結する効果が大きい。結果としてシステム設計の自由度が高まり、用途拡大の呼び水になると考えられる。
エネルギー効率が競争力の通貨になるという同社の認識は、AIと電動化の波が強まる市場環境を踏まえたものだ。縦型GaNをポートフォリオに加えることで、用途ごとの最適解を提示する幅が広がり、電力密度と効率の指標更新が産業全体に波及していく可能性が高い。現時点で確認されている範囲では、同技術の成熟に合わせて応用の裾野が広がる展開が期待される。
