半導体材料とは？――シリコン・SiC・GaN・GaAsの違い

代表的な半導体材料であるSi、SiC、GaN、GaAsについて、得意な用途、物性、製造上の違いを比較する。

客観的事実この記事のタイプ：事実・解説

公開 2026/8/28 確認 2026/8/28 読了 8分入門執筆: 知識図書館編集部

この記事の結論

半導体材料にはそれぞれ得意分野があります。最も広く使われるのはシリコンですが、電力変換、高周波、発光などではSiC、GaN、GaAsが選ばれます。

Siは地殻中に豊富で、大口径かつ高品質な単結晶ウェハを量産できます。さらに、表面を酸化すると安定したSiO₂を作れることが、MOSFETやICの発展に大きく寄与しました。

長年蓄積された製造装置、設計資産、品質管理、供給網も大きな強みです。単純な物性値だけで材料の優劣は決まりません。

SiCはシリコンと炭素からなる化合物半導体です。Siより禁制帯が広いワイドバンドギャップ半導体で、高い電界に耐えられます。薄い層で高耐圧を実現しやすく、オン抵抗や電力損失を下げられる場合があります。

一方、結晶成長やウェハ加工が難しく、欠陥、コスト、ゲート酸化膜界面などの管理が重要です。

GaNもワイドバンドギャップ半導体です。高い破壊電界と高速な電子輸送を生かし、高周波動作や高速スイッチングに向きます。電源を小型化しやすく、通信分野でも利用されます。

GaNはSi、SiC、サファイアなど別材料の基板上へ成長させる場合が多く、格子や熱膨張の違いによる応力・欠陥の制御が課題になります。

GaAsは電子が高速に移動しやすく、高周波デバイスに適します。また、電子と正孔の再結合で光を出しやすい直接遷移型であるため、発光・受光デバイスにも使われます。

Siに比べてウェハが高価で割れやすく、大規模なデジタルICの主流にはなっていませんが、用途を絞ると大きな強みがあります。

材料選定では耐圧、動作周波数、温度、損失、放熱だけでなく、ウェハ径、欠陥密度、加工性、信頼性、コスト、供給能力まで考えます。同じ材料でも結晶構造やデバイス構造によって性能は異なります。