¿Alguna vez te has preguntado por qué el cargador de tu teléfono es más pequeño que un adaptador de portátil de hace una década? La respuesta es un material de nueva generación llamado "GaN (nitruro de galio)". Hoy, como bazas para ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos (VE) y contener el enorme consumo de los centros de datos de IA, el GaN y el SiC (carburo de silicio) están transformando de raíz la industria mundial de los semiconductores. Las empresas japonesas se sitúan en primera línea de esa transformación.

Semiconductores de potencia: el "corazón invisible" que sostiene nuestra vida

Los semiconductores de potencia son dispositivos que se encargan de convertir y controlar la energía eléctrica. La carga de un teléfono inteligente, el control por inversor de un aire acondicionado, el accionamiento del motor de un VE, la conversión de energía de la generación solar: en todos los usos de la electricidad hay semiconductores de potencia trabajando.

Durante unos 60 años, el silicio (Si) ha sido el material dominante en los sustratos de los semiconductores de potencia. Pero la mejora de prestaciones por vía de la estructura del dispositivo se acerca a su límite. Para responder a exigencias sociales como la neutralidad de carbono, la expansión de los VE y el crecimiento explosivo de la demanda eléctrica de los centros de datos de IA, avanza con rapidez el cambio hacia nuevos materiales que superen al silicio.

Los protagonistas de ese cambio son el SiC (carburo de silicio) y el GaN (nitruro de galio).

SiC y GaN: ¿en qué superan al silicio?

En el "índice de Baliga", que expresa la idoneidad como material para semiconductores de potencia, si el Si equivale a 1, el SiC llega a unos 500 y el GaN a unos 930. Es decir, por sus propiedades físicas el GaN tiene un potencial aproximadamente el doble que el SiC y más de 900 veces el del Si.

Las ventajas comunes a ambos materiales son la alta tensión de ruptura, las bajas pérdidas, la conmutación rápida y la buena resistencia térmica. Al sustituir al silicio, permiten mejorar la eficiencia de los circuitos de alimentación, reducir el tamaño y el peso, y simplificar los sistemas de disipación de calor.

Ahora bien, el SiC y el GaN tienen un claro reparto de funciones.

El SiC destaca en el rango de alta tensión, por encima de los 600 V, y su adopción crece en los inversores de tracción de los VE, el accionamiento de motores ferroviarios, los equipos de conversión de la generación solar y la maquinaria industrial de gran tamaño. Desde que en 2017 Tesla adoptó el SiC en el inversor del Model 3, su introducción en el ámbito de los VE se aceleró de golpe.

El GaN, por su parte, brilla en el rango de tensión media, de decenas de voltios hasta 650 V. Como permite una conmutación rápida, se difunde con rapidez en los cargadores rápidos de teléfonos, los adaptadores de portátiles y las fuentes de alimentación de los servidores de los centros de datos.

La situación actual del mercado: hacia los 11.800 millones de dólares en 2035

En 2023, del mercado mundial de semiconductores de potencia (unos 3 billones de yenes), los dispositivos de SiC apenas representaban un 7% (unos 230.000 millones de yenes). El 92% restante seguía correspondiendo a dispositivos de silicio.

Sin embargo, según las previsiones de Fuji Keizai, hacia 2035 el conjunto del mercado de semiconductores de potencia crecerá hasta los 13,4 billones de yenes, y dentro de él la cuota del SiC se ampliará hasta cerca del 40% (5,33 billones de yenes). Además, un estudio de KD Market Insights prevé que el mercado conjunto de SiC y GaN pase de los 1.600 millones de dólares en 2025 a los 11.800 millones en 2035, con un crecimiento anual medio del 23,1%.

La primera línea del SiC: la gran competencia por las 8 pulgadas y la batalla de los fabricantes japoneses

En la evolución de los semiconductores de potencia de SiC, el gran tema es la "migración a las obleas de 8 pulgadas (200 mm)". Al pasar de las 6 pulgadas (150 mm) actuales a las 8 pulgadas, aumenta el número de chips que se obtienen de cada oblea, lo que mejora la productividad y reduce el coste.

El primero en lograr la producción en masa de SiC de 8 pulgadas en el mundo fue el estadounidense Wolfspeed, pero grandes fabricantes europeos y estadounidenses como Infineon, STMicroelectronics, onsemi y Bosch también han emprendido, uno tras otro, la construcción de nuevas fábricas compatibles con las 8 pulgadas.

Los actores japoneses se mueven con energía. Rohm avanza en la transición de 6 a 8 pulgadas en su fábrica de Chikugo (Fukuoka) y ha puesto en marcha una línea de 8 pulgadas en su Segunda Fábrica de Miyazaki. La compañía, pionera que en 2010 produjo en masa el primer MOSFET de SiC del mundo, desarrolla en paralelo la quinta generación de MOSFET de SiC y también semiconductores de potencia de GaN. Cabe destacar que el MOSFET de SiC de Rohm fue adoptado en el inversor de tracción del nuevo BEV "bZ5" de Toyota para el mercado chino.

Mitsubishi Electric ha invertido unos 100.000 millones de yenes en una nueva nave para obleas de SiC en Kumamoto y ha construido un sistema de producción en masa compatible con las 8 pulgadas, adelantando el inicio de producción, previsto inicialmente para abril de 2026, a noviembre de 2025. Fuji Electric, por su parte, prevé introducir una línea de SiC en su fábrica de Goshogawara (Aomori) y producir SiC de 8 pulgadas en su fábrica de Matsumoto en 2027, en un contexto de inversiones muy activas entre los fabricantes nacionales.

Al mismo tiempo, los fabricantes chinos aprietan con inversiones de gran escala. Ganan fuerza con rapidez, tanto en inversiones apoyadas por subsidios como en el terreno técnico (producción en masa de SiC de estructura de trinchera), y la competencia global de precios se intensifica.

El salto del GaN: los centros de datos de IA como nuevo motor de crecimiento

El mayor viento de cola para los semiconductores de potencia de GaN es la explosión de la demanda eléctrica de los centros de datos de IA.

El consumo de un rack de servidores de IA supera hoy los 250 kW, y se prevé que alcance los 500 kW en 2026 y 1 MW (megavatio) en 2029. Según las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), hacia 2030 los centros de datos podrían representar hasta el 7% del consumo eléctrico mundial, una magnitud comparable al consumo de todo un país como India.

Para convertir con eficiencia esa enorme energía, la conmutación rápida y las bajas pérdidas del GaN despliegan toda su potencia. Se avanza en el desarrollo de fuentes de alimentación con GaN que elevan la eficiencia de los servidores hasta el 97,5%, e Infineon propone, en sus fuentes de alimentación (PSU) de nueva generación de 8 kW y 12 kW, una arquitectura híbrida que combina los tres materiales: Si, SiC y GaN.

Renesas Electronics entró de lleno en el negocio del GaN al adquirir en 2024 la estadounidense Transphorm, y en julio de 2025 inició la producción en masa de su GaN FET de cuarta generación plus con 650 V de tensión de ruptura. Con los servidores de IA y los sistemas de carga de VE como principales objetivos, prevé también migrar a las obleas de 8 pulgadas en 2027.

Rohm despliega sus dispositivos de GaN bajo la serie "EcoGaN", que ya ha sido adoptada en las fuentes de alimentación para servidores de IA de una filial de Murata. Además, apunta a la producción en masa de dispositivos de potencia de GaN de 8 pulgadas en 2027, reforzando su ofensiva tanto en SiC como en GaN.

GaN vertical: la baza del "post-SiC"

Los dispositivos de GaN hoy extendidos son en su mayoría de estructura "lateral", con una fina película de GaN formada sobre un sustrato de silicio. Esta es adecuada para usos de tensión media, por debajo de los 650 V, pero se quedaba corta para aplicaciones de alta tensión superiores a 1.000 V, como los inversores de los VE.

Ahí es donde entra el "GaN vertical". Formando el dispositivo sobre un sustrato autónomo de GaN y haciendo circular la corriente en sentido vertical, se logran la alta tensión y la alta corriente que resultaban difíciles con la estructura lateral. En el congreso internacional IEDM 2024, celebrado en diciembre de 2024, se presentaron numerosos resultados de investigación sobre GaN vertical, incluidos dispositivos con prestaciones que superan al SiC.

Japón lidera este campo en el mundo. Panasonic Holdings ha desarrollado un transistor de GaN vertical de tipo normalmente cerrado con una velocidad de conmutación más del doble que la convencional. Los Laboratorios Centrales de Investigación de Toyota y la Universidad de Nagoya han establecido la tecnología de base de un MOSFET vertical de alta fiabilidad y altas prestaciones que aprovecha el plano m del cristal de GaN. Fuji Electric desarrolla desde 2014, como proyecto nacional, MOSFET de GaN verticales.

La clave para poner en práctica el GaN vertical está en el suministro de sustratos de GaN de alta calidad. Mitsubishi Chemical desarrolla una tecnología de producción en masa a bajo coste de sustratos de GaN de gran diámetro por el método amonotermal, con el objetivo de reducir el coste de fabricación a la décima parte del actual.

Y más allá: el óxido de galio, la "tercera flecha"

Mirando más allá del SiC y el GaN, se desarrollan también materiales de la generación siguiente con un potencial aún mayor. El primero de ellos es el óxido de galio (Ga₂O₃).

Su índice de Baliga alcanza 6.726 en el tipo α y 3.444 en el tipo β, superando por órdenes de magnitud al SiC (500) y al GaN (930). FLOSFIA, una empresa emergente surgida de la Universidad de Kioto, completó en diciembre de 2025 la demostración de una tecnología de fabricación de obleas de 4 pulgadas. Su equipo de crecimiento de cristales por un método propio de mist-dry requiere menos de una décima parte de la inversión de los equipos convencionales para SiC, y al usar sustratos de zafiro, económicos, podría reducir el coste del sustrato hasta la cincuentava parte del SiC.

Novel Crystal Technology desarrolla el Ga₂O₃ de tipo β y acelera su comercialización con una participación de capital de Mitsubishi Electric.

No obstante, al óxido de galio le quedan retos técnicos, como la dificultad de obtener un semiconductor de tipo P y su baja conductividad térmica, y su producción en masa a gran escala se sitúa a partir del ejercicio de 2026.

El estancamiento del mercado de VE y el giro estratégico del SiC

Hay que prestar atención al efecto que la desaceleración del crecimiento del mercado de VE en Europa y Estados Unidos tiene sobre el sector del SiC. Ante el débil ritmo de ventas de VE, se han sucedido las empresas que revisan a la baja sus previsiones de demanda de SiC y reconsideran grandes inversiones. La caída de la demanda de obleas de SiC está provocando también un descenso de precios, y se agudiza la competencia, en particular con la ofensiva de precios bajos de los fabricantes chinos.

Sin embargo, a medio y largo plazo la tendencia a la electrificación de los VE es irreversible, y se prevé una ampliación de la adopción de SiC en el conjunto de los xEV, incluidos los híbridos enchufables. Además, el crecimiento de otros campos de aplicación distintos de los VE, como los centros de datos de IA, las energías renovables y la maquinaria industrial, impulsa la diversificación del mercado del SiC.

La "capacidad integral en materiales" que se exige a las empresas japonesas

El mercado del SiC y el GaN, sostenido por tres grandes demandas (VE, centros de datos de IA y energías renovables), prevé un crecimiento explosivo en la próxima década. Y empieza a resquebrajarse el reparto de funciones entre SiC y GaN, abriéndose una nueva fase en la que compiten en algunos rangos de tensión.

Japón cuenta con la historia de haber logrado, en 2010, la primera producción en masa del mundo de un MOSFET de SiC por parte de Rohm, y de haber alumbrado un Premio Nobel con la investigación del LED azul de GaN. El campo de los semiconductores de potencia se llama a veces "el último bastión de la industria japonesa de semiconductores", y son muchas las empresas con una capacidad integral que abarca desde la tecnología de materiales al diseño de dispositivos y el desarrollo de módulos.

¿Cómo responderán los semiconductores de potencia de nueva generación a los retos energéticos de la neutralidad de carbono y de la era de la IA? Japón intenta plantar cara al mundo con un sistema de desarrollo de integración vertical, desde el material hasta el dispositivo y la aplicación, pero ¿cómo avanza en tu país el desarrollo y la adopción de los semiconductores de potencia de nueva generación? Cuéntanos las iniciativas de tu país en materia de infraestructura de carga de VE, energías renovables o medidas de ahorro energético en los centros de datos.

Referencias