SiCとGaNのパワー半導体の違い：耐圧・周波数・用途を比較
炭化ケイ素(SiC)と窒化ガリウム(GaN)は、どちらもシリコンよりバンドギャップが広く、電力変換でシリコンを上回ります。高い電界に耐え、速くスイッチングでき、損失も小さいです。使い分けの目安は電圧です。SiCは電気自動車のインバータなど、高電圧・大電力の用途に向きます。GaNは、比較的低い電圧で、スイッチング周波数がとても高い用途に強く、小型の急速充電器などに使われます。
| 項目 | SiC | GaN |
|---|---|---|
| バンドギャップ | 約3.3 eV(4H-SiC)。シリコンは1.12 eV | 約3.4 eV |
| 絶縁破壊電界 | シリコンの約10倍 | シリコンの約10倍 |
| 熱伝導率 | 高い。シリコンの約3倍で、冷却しやすい | シリコンと同程度で、SiCより低い |
| 代表的な素子 | 縦型のMOSFETとショットキーバリアダイオード | 2次元電子ガスをチャネルに使う、横型のHEMT |
| 代表的な耐圧 | 650 Vから3.3 kV程度、さらに高いものも | 650 V程度までが中心 |
| スイッチング周波数 | 高い(数十〜数百kHz) | とても高い(数百kHz〜MHz) |
| 基板とウェハ | SiCウェハは高価で、結晶成長も難しい | 多くはシリコンウェハ上に成長させる(GaN-on-Si)。安く、シリコンの工場で作れる。RF用にはGaN-on-SiCも使う |
| 設計上の課題 | ゲート酸化膜の信頼性と、高めのゲート駆動電圧 | ノーマリオンを避ける必要があり、ゲートが耐えられる電圧の幅が小さい |
| 主な用途 | 電気自動車の駆動用インバータ、車載充電器、太陽光発電のインバータ、産業用モータ駆動、鉄道 | 小型の急速充電器やアダプタ、データセンターの電源、5G基地局のRF増幅器 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。