GaNパワーデバイス市場 サイズと展望 2024-2032

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市場動向

世界の GaN パワーデバイス市場の推進要因

GaNデバイスの価格低下

GaN パワーデバイスは、さまざまな業界で価格が下がるにつれて、使用が拡大すると予想されています。最近リリースされた GaN パワートランジスタとモジュールは、バンドギャップが広く、SiC と同様のパフォーマンスを大幅なコスト削減で提供します。このコスト削減は、SiC よりも入手しやすく安価なシリコン基板を使用して GaN パワーデバイスを開発できるため可能です。シリコンの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT) と比較すると、GaN オンシリコンデバイスは、シリコン MOSFET と少なくとも同等、場合によってはそれ以上のパフォーマンスを発揮すると予想されます。

ワイヤレス充電の利用拡大

ワイヤレス充電事業を展開する WiTricity Corp. は、GaN 電界効果トランジスタ (FET) を使用したワイヤレス充電のデモを行いました。シリコン MOSFET と比較すると、GAN FET のスイッチング速度により、共振ワイヤレス電力伝送の効率が向上します。シリコンベースのパワー MOSFET は近接しているため、高周波動作はスイッチング能力の上限に制限されます。GaN パワー デバイスはスイッチング能力が高いため、ワイヤレス充電アプリケーションで採用されています。共振伝送のキャリア周波数に関しては、GaN トランジスタの方が優れています。これにより、さまざまな民生用、医療用、産業用、自動車用アプリケーションで長距離の電力伝送が可能になります。GaN デバイスのコスト低下も、ワイヤレス充電アプリケーションでの需要を牽引するもう 1 つの要素です。

世界の GaN パワーデバイス市場の抑制

GaN材料の入手性が低い

入手しやすさの欠如が、GaN パワー デバイスの広範な商用化に対する主な障壁です。一部の GaN デバイスはすぐに入手できますが、選択肢は限られています。主に、600 ボルトを超えるオフライン電源を使用するガジェットは少数です。GaN パワー デバイスの広範な展開は、定義されたデバイス定格と機能がないことによっても制限されています。市場にはガジェットの実際のセカンド ソースが存在せず、これが GaN デバイスの広範な使用に対する主な障害となっています。

世界の GaN パワーデバイス市場の機会

HVDCとスマートグリッドに関する政府の取り組み

高電圧直流 (HVDC) 電力伝送システムとスマート グリッドは、GaN パワー デバイスが採用されている 2 つの分野です。これらの分野では、負荷分散、より柔軟なネットワーク トポロジ、リアルタイムのトラブルシューティング機能が向上しています。パワー デバイスは高電圧を制御できるため、高周波スイッチングがより効果的になります。モジュラー マルチレベル コンバータ (MMC) もパワー モジュールを採用しており、電力損失が低減されます。HVDC システムでは、GaN パワー デバイス モジュールを使用したコンバータが頻繁に採用されています。さらに、中国、日本、米国を含む多くの国の政府は、電気ネットワークをアップグレードするためにスマート グリッド テクノロジーに多額の投資を行っています。

分析

世界の GaN パワーデバイス市場は、デバイスと産業の垂直分野別に分割されています。

デバイス分析による

デバイスに基づいて、世界市場は GaN パワー ディスクリート デバイス、GaN パワー IC、および GaN パワー モジュールに分かれています。

GaNパワーモジュールセグメントは、市場への最大の貢献者であり、予測期間中に33.80％のCAGRで成長すると予想されています。 GaNパワーモジュールは、その比類のない耐久性と効率性により、世界中でますます人気が高まっています。 IGBTおよびMOSFETモジュールは、溶接機、圧延機、水ポンプなどの高電圧デバイスに電力を供給するために、多くの業界で広く使用されています。 GaNパワーモジュールは、価格が安く効率が高いため、同等のモジュールを徐々に置き換えています。 現在のビジネス環境では、手頃な価格と高電圧での制御のしやすさから、このパワーモジュールが好まれ、市場が拡大しています。

GaN パワー ディスクリート デバイスは、アクティブ (ダイオード) またはパッシブ (抵抗器、コンデンサ、インダクタ、コンデンサ) 回路コンポーネント (トランジスタまたは真空管) を 1 つだけ持つ電子部品です。コンパクトな設計で軽量、消費電力もわずかです。これらのデバイスは、トランジスタ アレイ、MOSFET、J-FET、バイポーラ トランジスタ、抵抗器内蔵トランジスタで構成されています。シリコン デバイスと比較すると、パワー GaN ディスクリート デバイスは、ゲート電荷と出力容量が低いため、スイッチング損失が大幅に少なく、効率が高く、非常に高速にスイッチングできます。たとえば、80V GaN FET パワー ステージの LMG5200 はフォーム ファクタがコンパクトで、高効率アプリケーションに適しています。

産業垂直分析による

産業分野に基づいて、世界市場は、民生用電子機器、IT および通信、自動車、航空宇宙および防衛、その他に分かれています。

IT および通信セグメントは最高の市場シェアを誇り、予測期間中に 36.10% の CAGR で成長すると予想されています。巨大なエネルギー バンド ギャップや高い飽和電子速度などの独自の特性により、GaN デバイスは通信における高出力および高速電子デバイスを動作させる必要があります。現在使用されているガリウム ヒ素 (GaA) デバイスと比較して、GaN 高電子移動度トランジスタ (HEMT) は、高出力およびブロードバンド アプリケーションでより優れた特性を備えています。通信における広帯域電力マイクロ波システムは、これらのデバイスの高電力密度と比較的高いインピーダンスにより、新たな展望を持っています。

GaN パワー デバイスは、急速に普及しつつある破壊的技術であるワイヤレス充電への道を切り開きます。スマートフォンの急速充電も、GaN パワー デバイスの使用によって可能になります。さらに、ワイヤレス充電は、充電時間の短縮、太陽光発電モジュール コンバータのコンバータ効率の向上、太陽光発電モジュールの小型化にも貢献します。ラップトップ、スマートフォン、太陽光発電モジュール チャージャーは、ワイヤレス充電用の GaN パワー デバイスの利用の主な推進力です。

電気自動車やハイブリッド自動車には、GaN パワーデバイスが採用されています。自動車業界での使用を目的とした GaN パワーデバイスには、横型と縦型の 2 種類があります。Si パワー MOSFET と比較すると、横型 GaN パワーデバイスは、600 ボルトという高いブロッキング電圧、改善されたパフォーマンス特性、低い内部抵抗、高速共振を備えているため、最も人気があります。自動車の電動化における将来の用途では、GaN パワーデバイスに大きな期待が寄せられています。関連する材料とガジェットの技術は、過去 10 年間で急速に進歩したと言われています。GaN パワーデバイスは、電力変換損失の低減という観点から、EV/HEV ユニットでより普及すると予想されています。

地域分析

北米が世界市場を支配

世界の GaN パワーデバイス市場は、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、LAMEA の 4 つの地域に分かれています。

北米は、世界の GaN パワー デバイス市場の最大のシェアを占めており、予測期間中に 34.60% の CAGR で成長すると予想されています。北米は、米国やカナダなどの国の存在により、GaN パワー デバイスの市場リーダーです。これらの国では、政府が GaN パワー デバイスを広く使用する EV や HEV の使用を奨励することで、汚染対策への関与を強めています。この地域の GaN パワー デバイス市場の成長を牽引するもう 1 つの要因は、米国の最大の防衛費です。

ヨーロッパは予測期間中に36.20%のCAGRで成長し、8億4,255万米ドルを生み出すと予想されています。ドイツはヨーロッパ諸国の中で最大の市場シェアを占めています。GaNパワーデバイスは、デジタル電子機器の増加、最新の電気自動車の採用の増加、高度な仮想システムにより、ヨーロッパで拡大するさまざまなチャンスがあります。ヨーロッパ諸国の市場は、最先端の電気自動車の必要性により、今後数年間で急速に拡大すると予想されています。中小企業の買収、低消費電力製品の採用の増加、および子会社の形での政府の積極的な行動はすべて、市場全体の成長に貢献しています。

アジア太平洋地域は、高電圧電力用の大規模発電所の存在、パワーモジュールの需要増加、人口増加により、GaNパワーデバイス市場シェアの成長率が最も高い地域です。さらに、GaNトランジスタを使用したパワーエレクトロニクスシステムは、全電気エネルギーの約70％を処理すると予測されています。これらのデバイスは、自動車、再生可能エネルギー施設、電力網インフラストラクチャなど、多くの産業分野で広く使用されています。さまざまな業界の組織は、電力管理にとって電力機器がいかに重要であるかを理解しています。自動スイッチングデバイスとパワーモジュールの強い需要も、市場の拡大を促進すると予想されます。

LAMEA における GaN パワー デバイス市場の需要拡大は、この地域の堅牢なパワー IC に対する需要の高まりによって促進されると予想されています。GaN パワー モジュールは、その優れた効率性により、この地域で高い需要があります。冷蔵庫、テレビ、洗濯機などの電子製品にパワー エレクトロニクスが採用されるきっかけとなった最先端技術への欲求の高まりも、ラテン アメリカが世界のプレーヤーの間で認知されるきっかけとなっています。LAMEA GaN パワー デバイスの市場は、複数の電子産業分野での電力管理デバイスの需要の高まりと電気自動車の増加により拡大しています。

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GaNパワーデバイス市場のトップ競合他社

List of key global GaN power device market manufacturers profiled

• Efficient Power Conversion Corporation Inc
• Fujitsu Limited
• Gan Systems Inc.
• Infineon Technologies Ag
• On Semiconductor Corporation
• Panasonic Corporation
• Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd
• Texas Instruments Inc.
• Toshiba Corporation
• Visic Technologies Ltd.

最近の動向

• 2024 年 2 月 - TI は、GaN 本来の利点を生かし、パワー コンバータの電気効率と熱効率を向上させる新しい LMG2100/3100 GaN FET を発表しました。電圧/電流サポートがそれぞれ 80 V、35 A と 90 V、97 A の 100 V GaN パワー ステージは、ハーフ ブリッジ設計とシングル FET 設計で利用できます。対応するオン抵抗は 4.4 mΩ と 1.7 mΩ で、同様に小さくなっています。体積電力密度が 1.5 kW/in3 であるため、設計者は設計のサイズと電力損失を大幅に削減できます。
• 2024 年 7 月 - QROMIS は、GaN 半導体事業の調査を実施した Frost & Sullivan 社から 2024 Global Enabling Technology Leadership Award を受賞しました。電力および無線周波数 (RF) エレクトロニクス、発光ダイオード (LED)、高度なディスプレイは、高度な半導体技術の大手サプライヤーである QROMIS が多国籍企業のデジタル変革の加速、生産性の向上、効率の改善を支援できる市場のほんの一部です。