【ITニュース解説】Wide Bandgap Semiconductors Market is expected to reach USD 12.5 billion in 2035

ワイドバンドギャップ半導体市場は、2035年までに125億ドル規模に達すると予測され、2025年から2035年にかけて年平均28.6%で成長する見込みだ。これは、現代社会のあらゆる電子機器や、社会を支えるインフラが大きく変化していくことを示唆している。

そもそも半導体とは、電気を通す導体と電気を通さない絶縁体の中間の性質を持つ物質だ。トランジスタやダイオードといった電子部品の材料として、現代のあらゆる情報機器やシステムに不可欠な存在である。現在、最も普及している半導体はシリコン（Si）を材料としたものだが、ワイドバンドギャップ半導体は、このシリコン半導体の限界を超えるために開発された新しい世代の半導体材料を指す。

「バンドギャップ」とは、半導体の中で電子が自由に動くために必要なエネルギーの障壁のようなものだと考えると良い。このバンドギャップが広い（ワイド）半導体は、より高い電圧や高温の環境に耐えられ、電気をより効率的に流すことができるという特性を持つ。具体的には、シリコン半導体と比較して、同じ電力容量であればより小型化でき、発熱を抑えながら高速に動作させることが可能になる。これは、電力の損失を大幅に減らし、エネルギー効率を高める上で極めて有利な特性だ。

ワイドバンドギャップ半導体の中でも、特に注目されているのが「炭化ケイ素（SiC）」と「窒化ガリウム（GaN）」の二種類である。これらはそれぞれ異なる得意分野を持ち、様々なアプリケーションで次世代のキーテクノロジーとして期待されている。

まず炭化ケイ素（SiC）は、非常に高い電圧に耐える能力と優れた耐熱性が特徴だ。そのため、主に大電力を扱うシステムでの利用が先行している。例えば、電気自動車（EV）のインバーターや充電器、新幹線などの鉄道車両、太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーシステムの電力変換装置、産業用モーターの制御装置などが挙げられる。EVでは、SiC半導体を使うことでバッテリーからの電力を効率良くモーターに伝え、航続距離の延長や充電時間の短縮に貢献する。電力変換効率の向上は、発熱を抑え、冷却システムを小型化できるため、車両全体の軽量化やスペースの有効活用にも繋がる。再生可能エネルギー分野では、発電された電力を効率よく送電網に供給するパワーコンディショナーに採用され、システム全体の効率向上に貢献している。

次に窒化ガリウム（GaN）は、SiCと比較してさらに高速なスイッチング（電気のオン・オフ切り替え）が可能で、高周波での動作に優れている。そのため、高速通信や高効率な電源といった分野で強みを発揮する。具体的には、第5世代移動通信システム（5G）の基地局、データセンターのサーバー用電源、そして私たちが日常的に使うスマートフォンの急速充電器などが主な応用分野だ。GaN半導体は、従来のシリコン半導体を使った充電器に比べて、劇的に小型化・軽量化され、それでいて高効率で高速な充電を実現する。データセンターでは、サーバーの電力効率を向上させることで、膨大な電力消費を抑え、運用コスト削減や環境負荷低減に寄与する。5G基地局では、高速・大容量のデータ通信を安定して供給するために、GaN半導体の高速スイッチング特性が不可欠となっている。

このようなワイドバンドギャップ半導体市場の急成長は、いくつかの強力なトレンドによって後押しされている。最も大きな要因の一つは、電気自動車（EV）の普及拡大だ。各国が脱炭素社会を目指す中で、EVへのシフトは加速しており、これに伴い、高効率な電力変換を可能にするSiC半導体の需要が爆発的に増加している。また、再生可能エネルギーの導入目標も世界的に高まっており、太陽光や風力発電といったシステムの効率を最大化するためにもSiCが重要な役割を果たす。さらに、データセンターの拡大や5G通信網の構築は、GaN半導体の需要を押し上げる要因となっている。これらの技術は、膨大なデータを処理し、リアルタイムでの情報伝達を可能にする現代社会の基盤であり、より高性能で電力効率の高い半導体が求められている。

システムエンジニアを目指す皆さんにとって、このワイドバンドギャップ半導体の進化は、今後のシステム開発において非常に重要な視点となる。例えば、EV充電インフラを設計する際、SiC半導体を活用した高効率な電力変換器の導入は前提となるかもしれない。また、データセンターのインフラを構築する際には、GaN半導体を用いた電源ユニットが、電力効率と冷却設計の鍵を握るだろう。単にソフトウェアを開発するだけでなく、その基盤となるハードウェアの特性を理解し、それを最大限に活かしたシステム全体の設計ができるSEが、これからの時代にはますます求められる。高効率な半導体は、システムの消費電力を抑え、冷却設計を簡素化し、結果としてシステム全体のコスト削減や性能向上に直結するため、設計段階からこれらの特性を考慮することが重要だ。

もちろん、ワイドバンドギャップ半導体の普及には課題も存在する。最大の障壁は、従来のシリコン半導体と比較して製造コストが高いことだ。また、SiCやGaNの材料特性を最大限に引き出すための製造プロセスは複雑で、まだ技術的な成熟度が発展途上な部分もある。特にSiCの場合、基板の供給が需要に追いついていない状況も報告されている。しかし、これらの課題は技術開発や量産化が進むにつれて徐々に解決されていくと見られている。各企業は研究開発投資を積極的に行い、製造プロセスの改善やコストダウンに注力している。

将来的には、これらのワイドバンドギャップ半導体がさらに幅広い分野で利用されるようになるだろう。航空宇宙や防衛分野のような、極限環境での信頼性が求められるアプリケーションでも、その優れた耐熱性や高電力特性が活用される見込みだ。また、IoT（モノのインターネット）デバイスの進化に伴い、より小型で低消費電力な電源が求められる場面でも、GaN半導体がその性能を発揮するだろう。

この市場の成長は、単に特定の技術の進歩に留まらない。それは、より持続可能でエネルギー効率の高い社会を実現するための重要な一歩であり、私たちの生活や産業のあり方を根本から変える可能性を秘めている。システムエンジニアとして、これらの最新技術の動向を常に把握し、どのように社会課題の解決や新しい価値創造に繋げていくかを考えることは、これからのキャリアにおいて非常に価値のある経験となるだろう。ワイドバンドギャップ半導体は、単なる部品ではなく、未来のシステムを形作る基盤となる技術なのである。