日本企業已開始推進新材料純電動汽車(EV)用半導體的量產。如果在用于電力控制的功率半導體中使用氮化鎵(GaN)作為原材料，EV的續航能力將變長。為了在EV上采用氮化鎵半導體，日本住友化學等正在加速半導體基板的大型化和低成本化。

在功率半導體中，與傳統的硅造相比，電力損失較少、電力利用效率更高的半導體被認為是新一代產品。除氮化鎵之外，還使用碳化硅(SiC)等。氮化鎵和碳化硅在EV用途上形成競爭。預計將用于車載充電器和逆變器，需要應對大電流和高電壓。

氮化鎵的電力損失很少。有估算稱從EV的充電時間來看，如果說硅為90分鐘，那么碳化硅為20分鐘，氮化鎵則為5分鐘。但在面向EV領域，目前由于成本低等原因，碳化硅已有被采用的案例，處于領先。

三菱化學的氮化鎵事業開發部部長藤戶健史表示，“能否爭取到EV用途，將成為氮化鎵普及的關鍵”。為此，有必要開發大口徑的基板。

氮化鎵半導體通過在基板上使氮化鎵晶體生長而制造。隨著電路板尺寸的加大，可以用一塊電路板制造更多半導體，從而降低生產成本。

日本企業正在致力于開發大型氮化鎵基板。住友化學構建了直徑50毫米、100毫米的量產體制。最早將于年內啟動被認為用于汽車最低需要的150毫米大小的樣品評估，力爭在2028年度內實現量產。

住友化學擁有使結晶快速、厚實生長的技術。以在激光二極管等領域積累的量產技術為優勢，“致力于面向功率半導體的150毫米、200毫米基板的開發”。住友化學尖端無機產品事業部SICOXS特命的齋藤俊也表示。

三菱化學將制造成本降至十分之一

三菱化學集團已開始對100毫米基板進行樣品評估。預計2025年內開始150毫米評估。將通過大型設備一次性大量制造，借此提高生產效率。預計生產成本與傳統方法相比最多可降至10分之1左右。力爭2030年度在功率半導體領域實現100億日元左右的營業收入。

氮化鎵半導體根據電流的流動方向大致分為兩種。目前正在推進實用化的是在硅基板等之上形成氮化鎵晶體、使電流橫向流動的“水平型”。但是這種結構很難應對EV要求的大電流和高電壓。

日本企業希望在垂直型的半導體領域搶先推進開發，掌握主導權。豐田合成推進從籽晶到基板、固體電路組合元件的一條龍開發。為了使氮化鎵晶體生長，使用成為基礎的籽晶。豐田合成在愛知縣的基地增建生長爐，到2025年3月將籽晶的產能最多提高至目前的10倍。

豐田合成將與三菱化學集團等針對從籽晶到基板的量產開展合作。負責氮化鎵事業的守山實希表示，“即使在材料開發中發現問題，也可以通過固體電路組合元件進行彌補，通過一條龍體制，可以提高開發效率”。

以獨特方法致力于基板的大型化的是信越化學工業。不采用氮化鎵，而是使用氮化鋁等材料的基板，在上面制作氮化鎵晶體。到9月為止成功進行了300毫米的開發，設想使用對象為水平型，但也正在開發面向垂直型的200毫米基板的制造技術。

要普及氮化鎵半導體，在使基板大口徑化的同時，研磨等基板加工技術也很重要。因為氮化鎵是堅硬的材料，據稱研磨所需時間達到碳化硅的3～4倍。需要在整個過程降低成本。

全球3400億日元的市場

有觀點認為氮化鎵的物質特性可以彌補價格的過高。在制造具有相同特性的半導體之際，“氮化鎵只需碳化硅的約三分之一面積即可制造，因此有客戶表示，即使在基板上存在3倍的價格差距也可以接受”。三菱化學氮化鎵事業開發部部長藤戶健史表示，打算彰顯以較小面積發揮性能的優勢。

氮化鎵一直被用于藍色發光二極管(LED)等。之后在功率半導體領域，以水平型為中心，搭載于智能手機充電器等。英國調查公司Omdia預測稱，到2030年，全球氮化鎵固體電路組合元件市場將超過23億美元，相比2023年增至11倍以上。

日本以外的競爭企業也在推進開發，在氮化鎵基板領域，中國企業也在崛起。此外，大企業收購新興企業的動向也在加強。企業合作也在全世界范圍內推進，信越化學工業正在與OKI進行合作。

日本企業能否提高在世界上的地位，關鍵在于能否開拓數量值得期待的EV市場。在面向EV的功率半導體中，氮化鎵被選中，日本企業將在基板和固體電路組合元件方面掌握主導權。為了這個目標，需要在大口徑和高品質方面保持世界領先地位，迅速向汽車和電池廠商提出解決方案。