パワー半導体とは１ワット以上の電力を扱う半導体のことで、モーターを駆動させたり、交流電力を直流に変えたり、あるいはその逆の変換を行ったりする。シリコン半導体の進化とともに取り扱える電圧は１０００ボルト以上になり、産業機械や電車、バスなど大きな動力のモーターを動かすことができる。

　ＯＭＤＩＡの調査によると、パワー半導体の売り上げ世界上位10社の内、三菱電機、東芝、富士電機、ルネサスエレクトロニクス、ロームと５社を日本メーカーが占めている。日本メーカーは、自社およびグループ内に産業機械などの顧客がいる強みを生かして、産業用パワー半導体で優位を保っている。

　最近、パワー半導体が期待されているのは、電気自動車（ＥＶ）市場である。これまでの産業用のパワー半導体市場の年率の伸びは３～４％程度だった。しかし、ＥＶで市場規模が一気に拡大する。ＥＶ用のパワー半導体市場は大きなモーターを動かすためのインバーター回路だけではない（図）。ブレーキを踏むと回生回路を通してバッテリーを充電するが、そのための充電回路や、ヘッドランプのＬＥＤ化に必要なドライブ回路、始動発動機などで大量にパワー半導体が使われる。

　また、シリコン半導体では電流を増やすためにＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と呼ばれるトランジスタが使われるようになった。このＩＧＢＴは日本メーカーが強い領域である。

次世代材料への期待

　これまでのシリコン半導体に加えて、新たにＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）などの化合物半導体も注目されている。ＳｉＣ半導体は絶縁耐圧（最大電界強度）がシリコンの10倍もあり、パワー半導体に向いている。また、青色ＬＥＤに使われたＧａＮも絶縁耐圧がシリコンよりも高いためにパワー半導体として開発が進んでいる。自動車用途ではＥＶの充電回路にＳｉＣが、産業用電源にはＧａＮが使われている。

　ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）は、日本でも三菱電機、ローム、富士電機、デンソーなどが手掛けているが、最大の泣き所は結晶のコストがシリコンの10倍以上高いことだ。このため、ＳｉＣの技術開発はいかに安く作るかに焦点が移っている。

　パワー半導体トップの独インフィニオンテクノロジーズは、ＳｉＣ１枚のウエハーを２枚に分割して使う技術ベンチャーのシルテクトラ社を買収し、コストダウンを狙っている。日本メーカーでは、ロームがＳｉＣ結晶メーカーの独サイクリスタル社を買収し、自社生産しているほか、スイスのＳＴマイクロエレトロニクスにもＳｉＣウエハーを供給し、生産量を増やし価格を下げようとしている。

　半導体の歴史はコストダウンの歴史でもある。パワー半導体でも同様に低コスト化が進めば、さらなる普及が期待できる。

（津田建二・国際技術ジャーナリスト）