ロシアは資源大国であり、中国は資源と製造業の大国だ。その両国を米国とその同盟国が制裁する。その結果、米国も同盟国もロシアや中国以上に経済が悪化し、成長率が低下している。2024年の予測では、中国5％、ロシア3.8%であり、米国2.1%、英国・カナダ・フランスが1％、イタリア・日本が0.8%、ドイツは0.3%である。フォルクスワーゲンはドイツ工場閉鎖を検討するにまで至っている。中国との貿易抜きに自国経済は成り立たなくなっている。米国は7月に過去最大の中国との貿易額となっている。制裁を同盟国に呼びかけながら、実際には米国は貿易量を増やしている。ドイツは米国の画策でロシアのエネルギーを絶ったために製造業が壊滅状態になった。8月29日の英国Financial Timesは、「China’s international use of renminbi surges to record highs(中国の人民元国際使用が過去最高に急増) Closer ties with Russia bolster Beijing’s efforts to use its currency more in global trade(ロシアとの緊密な関係が、世界貿易における人民元使用の拡大を後押し)」を載せている。米国による制裁がむしろロシアと中国を緊密に結びつけ、BRICSは一層協調するようになっている。 ちょうど1ヶ月前の8月3日、米国の政策に大きな影響を持つ、米国戦略国際問題研究所(CSIS)は「De-risking Gallium Supply Chains: The National Security Case for Eroding China’s Critical Mineral Dominance(ガリウムのサプライチェーンの脱リスク：中国の重要鉱物の支配力を弱める国家安全保障上のケース)」と題する論考を載せた。執筆は、CSISのiDeas Lab副所長であるマシュー・P・フナイオレMatthew P. Funaioleと、CSISのチャイナ・パワー・プロジェクトのフェローであるブライアン・ハートBrian Hart、CSISのiDeas Labの中国分析担当リサーチアソシエイトであるエイダン・パワーズ＝リッグス Aidan Powers-Riggsによる。
数十年にわたる広範な産業政策により、中国はガリウムをほぼ完全に独占している。ガリウムは、米国の最先端軍事技術を支える高性能マイクロチップの生産に使用される重要な鉱物である。ガリウムの輸出を制限しようとする北京の最近の動きは、ワシントンとその同盟国が、重要鉱物のサプライチェーンのリスクを軽減する必要性を露呈している。ガリウムのサプライチェーンにおける顕著な脆弱性への対処を怠れば、米国とその同盟国にとって、国家安全保障上も経済上も深刻な問題を引き起こす可能性がある。
はじめに
2023年7月3日、中国商務部がガリウムの輸出に新たな制限を課す計画を発表し、これまで無名だったガリウムという鉱物が一躍脚光を浴びた[1]。これは主に、地政学的利益のために重要な鉱物を武器化する中国の能力と意欲を示すためのものである。
2022年現在、中国は世界の原料ガリウム供給量の98％を生産している[2]。この事実上の独占は、中国がアルミニウム生産の世界的リーダーとしての地位を確立した結果である。過去数十年にわたり、政府による多額の補助金と税制優遇措置が、中国国内の金属産業の急速な勃興に拍車をかけ、ほとんどの世界的メーカーを廃業に追い込み、中国は世界で唯一残されたガリウム生産国のひとつとなった。
多くの人々には比較的知られていないが、ガリウムは現代のエレクトロニクスのサプライチェーン、特に防衛産業において重要かつユニークな役割を果たしている。そのユニークな特性は、次世代ミサイル防衛やレーダーシステム、電子戦や通信機器などの高度な機能に不可欠な特殊半導体の製造を可能にしている。
ガリウム市場の混乱は、米国と同盟国の防衛産業に重大な課題をもたらし、数千億ドルの経済的損失をもたらす可能性がある。中国が原料ガリウムの供給を掌握していることは、米国とその同盟国にとって重大な脆弱性であり、北京はこれを悪用しようとしている。幸いなことに、米国とその同盟国は、中国の重要な鉱物独占へのエクスポージャーを抑えるために、明確な手段を講じることが出来る。
ガリウムの革命的特性
ガリウムの化学的・物理的特性は、高度な軍事機器などの高性能用途に適している。ガリウムは他の材料と組み合わせることで、ワイドバンドギャップ半導体として知られる特殊なクラスのチップを製造することが出来る[3]。これらのチップは、従来のシリコンチップよりも高い温度、電圧、周波数を扱うことが出来、小型化、高速化、高効率化を実現する。
ガリウム・チップは長い間、軍事技術の進歩を支えて来た。1970年代、米国国防高等研究計画局（DARPA）は、新世代半導体の材料としてガリウムを考案する上で主導的な役割を果たした。DARPAの支援を受け、研究者たちはガリウムヒ素（GaAs）と呼ばれる化合物を開発し、米国の全地球測位システム（GPS）、精密誘導兵器、レーダーの進歩を支えた[4]。GaAsは汎用性が高く、スマートフォンを含む現代の家電製品に広く使われている。
窒化ガリウム（GaN）と呼ばれるより高度な化合物の開発-同じくDARPAが育成-は、現在、新たな技術的ブレークスルーを可能にしている[5]。最も重要なことは、GaNが現代のレーダーに革命を起こし、新しいレーダー・モジュールが、より小さく、より速く、より多数の脅威を、ほぼ2倍の距離から追跡することを可能にしていることである。これらの最先端レーダーシステムの多くは、数千個のガリウム対応チップによって駆動されている。
米国と同盟国の軍隊は、GaN強化レーダーを最も重要なプラットフォームに迅速に組み込んでいる。2019年、レイセオンは米陸軍の下層防空ミサイルセンサー（LTAMDS）用の最初の6基のGaN対応アクティブ電子走査アレイ（AESA）レーダーを製造する3億8300万ドルの契約を獲得し、パトリオット・ミサイル防衛ユニットやその他のシステムに組み込まれることになった[6]。2023年6月にはポーランドがLTAMDSレーダー・システムの最初の海外売却を確保し、他の主要同盟国もこれに続く可能性が高い[7]。
一方、ノースロップ・グラマンは、F-35ライトニングII統合打撃戦闘機用の先進的なGaNバックAESAレーダーであるAN/APG-85を開発しており、米海兵隊は2019年からノースラップのAN/TPS-80地上レーダーシステムを配備している。2022年、米国防総省（DOD）はレイセオンに対し、海軍の新型アーレイ・バーク級フライトIII駆逐艦、空母、水陸両用艦を含む最大31隻の艦船にGaNを搭載したAN/SPY-6システムレーダーを装備する32億ドルの契約を発注した[8]。これらのアップグレードは、極超音速ミサイル、次世代ステルス機、無人システムなどの新たな脅威に対する米軍と同盟軍の防衛能力に大きな変化をもたらす態勢を整えている。
ガリウムベースのチップは、商業分野でもますます不可欠になっている。GaNの無線周波数技術への電力供給における価値は、効率的な高周波レシーバーを必要とする5G基地局ハードウェアにとって不可欠なものとなっている。GaNの密度と効率は、スマートフォン、ノートパソコン、電気自動車、データセンターなどの機器への迅速な電力供給を支援するパワーデバイスへの採用にも拍車をかけている。アップルのような家電業界大手は最近、次世代充電器にGaNを使い始めており、業界における広範なシフトを示唆している[9]。
ガリウムの重要性は今後さらに高まると予想される。チップ製造の継続的な進歩がムーアの法則の限界を押し上げる中、業界の専門家は、ガリウム化合物がシリコンベースのチップを超える潜在的な手段であると見ている[10]。[11] 防衛用途は、この増加のおよそ半分を占めると予想されており、米国と同盟国の軍事近代化努力におけるガリウムの戦略的価値が強調されている[12] 。2023年、GaNレーダーシステムの主要メーカーであるレイセオンのトップは、「GaNは、当社が生産するほぼすべての最先端防衛技術の基礎となっている」と指摘した[13]。
戦略的脆弱性
重要産業におけるガリウムの需要の高まりは、この鉱物の安定供給の確保に危機感を高めている。突然のガリウム供給ショックは、防衛メーカーやより広範な経済安全保障に影響を及ぼすだろう。米国地質調査所（USGS）の専門家による2022年の分析によると、ガリウムの供給が30％途絶えた場合、米国の経済生産高が6020億ドル（国内総生産（GDP）の2.1％）減少する可能性がある[14]。
工業生産への連鎖的な影響は、主要な防衛システムの製造に大きな後退をもたらす可能性がある。防衛メーカーがガリウムの世界的な最終用途に占める割合は小さいが、半導体やその他の主要な電子機器の供給不足や途絶は、防衛企業に長期的な課題をもたらす可能性がある[15]。彼らの商業活動が中断されれば、ガリウムベースのシステムに対する防衛産業のニーズの高まりに対応する能力が複雑になる可能性がある。
ワシントンもその同盟国も、こうしたリスクを何年も前から認識していた。USGSは2018年以降、重要鉱物リストの各反映にガリウムを含めており、重要鉱物の最新のレビューでは、供給リスクの観点からガリウムを50種類中1位にランク付けしている[16]。 欧州連合も同様にガリウムを「戦略的原材料」としており、近年は「中国への世界的な生産集中の高まり」を理由に、供給リスク評価をアップグレードしている[17]。 日本政府は、国家安全保障にとって重要な35種類の鉱物の1つとしてガリウムを挙げている[18]。
米中間の緊張の高まりは懸念をさらに高めた。2020年、トランプ政権は、（ガリウムを含む）米国の重要鉱物依存を国家非常事態と宣言した[19] 。2021年、バイデン政権は、100日間のサプライチェーンレビューを発表し、ガリウムを中国に依存している米国は、「半導体生産に遠大な影響を及ぼす」[20]混乱を招くリスクがあると警告した。
しかし、米国内外の重要鉱物に関する政府の政策は、リチウムやコバルトなど、新興のグリーン技術に必要な一部の投入物へのアクセスを確保することに大きく偏っている。例えば、バイデン政権の2022年インフレ削減法は、電気自動車に必要な一連の主要鉱物の国内生産者に10％の税額控除を提供しているが、ガリウムはその対象から外れている[22]。ガリウムのようなあまり知られていない鉱物に関心が向かないため、政府や業界のリーダーたちは、起こりうる崩壊の結果に対する備えが出来ていない。
中国政府が2023年8月に発表したガリウムの輸出規制は、ワシントンとその同盟国が、電池を作る鉱物だけでなく、他の戦略的に重要な資源にも目を向ける必要があることを明確にした。中国の国営メディアは、この新しい規則を、米国、日本、オランダが中国の先端半導体とチップ製造装置へのアクセスを制限するために実施した輸出規制への直接的な対応であるとしている[23]。
この規制がどのような効果をもたらすかは未知数であり、最終的には、中国が世界市場からどれだけのガリウムを差し控えるかによって決まるだろう。とはいえ、この動きは、中国が米国やその同盟国との技術競争を激化させる中で、重要鉱物の支配を道具として使おうという北京の意志を示している。
中国がガリウムを支配するようになった経緯
中国がガリウムのサプライチェーンを支配するようになったのは、間接的なものである。ガリウムは、リチウム、ニッケル、コバルトといった他の主要鉱物とは異なり、地球から直接回収されることはない。その代わり、ガリウムはアルミニウムの主要鉱石であるボーキサイトを加工する際の副産物として産出される[24]。
産業大国として台頭してきた中国は、アルミニウム産業の爆発的成長を牽引して来た。政府の大規模な補助金と税制優遇措置に助けられ、中国は2000年から2022年の間にアルミニウム生産量を10倍に増加させた（420万トンから4,020万トンへ）[25]。
中国国内には豊富なボーキサイトの埋蔵量があるが、ボーキサイト採掘には高い環境コストと低い利益率が伴うため、国内需要を満たすためにボーキサイト鉱石の輸入に徐々にシフトしている。中国アルミニウム総公司（Chalco）を筆頭とする中国の大手企業は、国内のアルミニウム加工用にボーキサイト原鉱を供給するため、ギニア、オーストラリア、インドネシアといった海外にますます目を向けるようになっている。
中国はアルミニウムで主導的地位を占めているため、世界のガリウム生産において圧倒的なシェアを確立している。さらに、中国政府は、国内のアルミニウムメーカーにガリウム抽出能力を設けることを義務付けるなど、生産拡大のための戦略的政策を実施して来た。その結果は明らかで、2005年から2015年にかけて、中国の低純度ガリウム生産量は22トンから444トンに爆発的に増加した[27]。
中国の産業における急速な台頭は、世界市場に供給過剰をもたらし、2010年代の大半を通じてガリウム価格の激しい変動を引き起こした。その結果、英国、ドイツ、ハンガリー、カザフスタンの大手サプライヤーが苦境に陥り、生産停止を余儀なくされた。1970年代から1980年代にかけて国内採掘能力の大半をオフショア化し始めた米国は、最後に残った精製ガリウム生産施設の1つが2020年に閉鎖された[28]。
バリューチェーンを登る
原料ガリウム生産の主導権を握ることで、中国は競争相手に対して優位に立つことが出来るが、長期的な優位性は技術革新の最先端で勝ち取るものだと、中国の指導者たちは理解している。これを達成するため、北京は中国企業が米国とその同盟国を追い抜き、ガリウムベースの半導体生産で世界のリーダーになることを積極的に支援している。
2021年に発表された中国最高の国家経済青写真である第14次5カ年計画では、ワイドバンドギャップ半導体、すなわちGaNと炭化ケイ素と呼ばれる別の化合物を重要な重点分野と位置付けている[29]。この呼びかけを受けて、中国の強力な科学技術省は「第3世代半導体とフロンティア電子材料・デバイス」の開発を奨励する特別プロジェクトを立ち上げた[30]。
ガリウム系半導体の開発を前進させることは、中国が技術的自給自足を推進するためのまたとない機会を提供する可能性がある[31]。半世紀以上の歴史を持つシリコン系チップに比べ、GaN半導体はまだ成熟途上にあり、新たな市場が出現しつつある。中国がGaN半導体の開発の初期段階でブレークスルーを起こすことが出来れば、電気自動車用の先進バッテリーの生産で主導権を握ることに成功したのと同様の方法で、先行者利益を確保出来る可能性がある[32]。
第三世代半導体を専門とする中国の専門家は、ガリウムベースのチップを開発するための北京の努力は、技術的に米国、欧州、日本を飛び越えることを目的としていることを示唆している。ある国家が支援する業界団体によると、中国はGaNを使って「車線を変更して自動車を追い越す歴史的なチャンスをつかむべきだ」[33]。ある国家重点研究所の著名な研究者も同様に、「半導体産業がシリコンからガリウムに移行するにつれて、中国は主導的な立場に立つ準備をしている」と主張している[34]。
中国は2008年、GaAsとGaNチップを使用するLED製造の世界的リーダーになるため、大規模な補助金計画を展開し、ガリウム系半導体に照準を合わせ始めた。しかし、2014年までには、供給過剰と品質問題が新興企業の利益を阻害したため、中国は業界への投資を縮小せざるを得なくなった[36]。
こうしたフラストレーションにもめげず、中国の指導者たちは外国のガリウム半導体技術を獲得するキャンペーンへとシフトした。過去10年間、人民解放軍（PLA）に関連するものを含む中国の個人、企業、団体は、米国や他の先進経済国の企業のGaAsとGaN技術をターゲットに、企業スパイと戦略的買収の組織的キャンペーンに従事して来た。
これらの努力は中国の軍事近代化にとって配当となっており、北京の軍民融合戦略、つまり国の安全保障と開発目標を融合させるための大々的な推進を例証している[37]。 中国の大手軍事レーダーメーカーである中国電子科技集団公司（CETC）のトップは2018年、「（米国の）F-22やF-35が使用するものに匹敵する性能を持つ」最先端のレーダー技術を開発したと主張した[38]。
2021年、CETCは、ステルス航空機や巡航ミサイルを容易に探知出来ると主張する、次世代GaN基盤レーダーシステム「Lingdong（灵动）」ファミリーを発表した[39]。その後、2023年、中国の学者が、GaN技術を使用する可能性が高い先進的な海軍レーダーシステムの計画を概説する論文を発表した[40]。伝えられるところによると、新システムは、オーストラリアやグアムなど、中国から遠く離れた標的を探知する中国の能力を向上させる。
5Gを含むGaNの商用アプリケーションにおける勢いの高まりも、中国企業をガリウムベースのチップにおける世界的リーダーへと押し上げる一因となっている。米国、欧州、日本の企業が技術的な優位を保っている一方で、中国の数社がその差を縮め始めている。何十億ドルもの政府投資と、税制、土地、調達に関する数々の優遇政策に後押しされ、いくつかの中国企業は世界の舞台で競争力を持ちつつある[41]。
ガリウム系チップの大手メーカーであるイノサイエンス社は、世界最大級の2つのGaN製造施設を運営し、米国、欧州、韓国に事務所を構えて海外に進出している[42]。SKグループやASMLといった韓国や欧州の大手企業からの資本や提携の恩恵を受けているほか、中国の軍事航空宇宙大手である中国航空工業集団公司（AVIC）のベンチャーキャピタル部門であるAVICトラストからも投資を受けている。
SuzhouNanowin、HiWafer、Sanan ICといった他の中国GaN企業も、その動向を注視している。蘇州ナノウィンの幹部は最近、同社がGaN基板生産の世界市場シェアの30％を獲得することを目指していると自慢した[43]。
中国のGaN半導体関連の特許取得活動も急速に加速しており、GaN技術開発の深化を反映している[44]。 2019年から2020年にかけて、中国の組織（通信大手のファーウェイを含む）が特許出願者全体の40％以上を占め、米国（23％）、日本（10％）、欧州（3％）を上回った[45]。 2019年までにファーウェイだけでGaN技術に関する特許を2000件出願している。
前途
より高性能で強力な化合物半導体の開発競争で中国企業に後れを取れば、軍事力と経済競争力に不可欠な次世代技術の開発で米国は後手に回ることになる。北京は、ガリウムベースのチップの国内エコシステムの繁栄に積極的な役割を果たし、すでに中国の軍事開発に利益をもたらしている。
さらに、中国がガリウムの原料供給を独占し続け、同時にガリウムベースのチップ生産で最先端を達成すれば、この分野における世界のサプライチェーン・ショックからほぼ免れることが出来る。中国の最近のガリウム輸出規制は、北京が中国企業への反撃を抑えつつ、他国に痛みを与えることが出来るという自信の高まりを示唆している。
2023年5月の会合で、米国と他の主要7カ国（G7）は共同で、中国のような経済的競争相手からの「脱リスク」を呼びかけた[46]。脱リスクは政策界で急速に流行語となったが、中国からの脱リスクの実際的な方法についてのコンセンサスはほとんどない。
ガリウムは、ワシントンとその同盟国が、中国への依存度を下げることによって自国のサプライチェーンを保護するための具体的な措置を取ることが出来る明確な分野を示している。いかなる国も天然資源において完全に自立することは出来ず、中国は重要な鉱物市場において重要なプレーヤーであり続けるだろう。しかし、自国に的を絞った投資を行い、同盟国と戦略的に協力することで、米国は中国への依存度を下げ、重要なサプライチェーンが混乱するリスクを回避することが出来る。
そのために、米国は単独で、あるいは同盟国やパートナーとともに、いくつかの手段を講じることが出来る：
１. 米国内でのガリウム抽出・精製能力への投資。米国政府は、ボーキサイトを採掘し、ガリウムを抽出する国内能力を再確立するために投資すべきである。投資、税制優遇措置、その他の手段に基づく的を絞った官民協定は、企業がガリウム生産施設を設立し、維持するために必要な条件を提供することが出来る。現在、米国には、ルイジアナ州を拠点とする、ボーキサイトをアルミニウムに加工する現役の工場が1つある[47]。適切なインセンティブが与えられれば、この工場はガリウム抽出に必要な設備を設置することが出来る。
国防総省は、国防生産法に基づく権限を使って、この取り組みを支援することが出来る。中国によるガリウムに対する新たな規制の発表を受けて、国防総省のスポークスマンは、国防総省は「マイクロエレクトロニクスと宇宙のサプライチェーンのために重要な鉱物の国内採掘と加工を増やす」[48]措置をとっていると述べた。
ワシントンはすでに、重要鉱物の採掘に投資できることを示している。2022年、バイデン政権は超党派インフラ法に基づき、リチウム、グラファイト、その他の材料を採掘・加工し、電池製造能力を拡大するための施設を12の州で建設・拡大するために28億ドルを授与した[50]。これらは称賛に値する投資ではあるが、重要鉱物への注目の多くは電池製造に集中しており、ガリウムのような他の重要鉱物への資源投入は少ない。
2.同盟国やパートナーと協力し、海外でのガリウム抽出・精製能力を拡大する。ドイツは2018年まで原料ガリウムの主要生産国であったが、その後生産を停止した。オーストラリアはボーキサイト鉱石の世界有数の輸出国である。米国は、これらの国々の政府が、ガリウム生産の規模を拡大するために必要な条件を整えるのを支援するために、新たなパートナーシップを構築するか、既存の枠組みを基礎とすべきである。これには、最近発表された豪・米気候・重要鉱物・クリーンエネルギー変革協定に類似した協定を含むことが出来る。この協定では、米国は豪州の鉱物サプライヤーに直接投資し、豪州のサプライヤーを国防生産法上の国内サプライヤーとみなすことに合意した[51]。
３.ガリウムのリサイクルを促進する。新たな採掘・精製能力のオンライン化は長期的なプロセスである。ガリウムのリサイクルを促進することは、短期・中期的にサプライチェーンの問題を軽減する手段となりうる。相当量のガリウムは、製造プロセスの様々な段階でリサイクルすることが出来る。米国とそのパートナーは、既存のリサイクル能力の構築に投資すべきである。
４.防衛産業用のガリウムの最低1年分の備蓄を維持する。米国政府は、DODの国防兵站局(DLA)が監督する国家安全保障に不可欠な主要物質を含む国家防衛備蓄を長年維持して来た。DLAはガリウムを "関心のある材料 "としてリストアップしているが、同局の公開報告書によれば、過去10年間に備蓄のためにガリウムを購入したことはない[52]。
米国の防衛産業は現在、ガリウムを大量に使用しているわけではないので、比較的少量の備蓄で十分である。しかしながら、純粋な金属形態では、ガリウムの貯蔵寿命は約1年であり、備蓄は十分に維持される必要があることを示唆している[53]。議会と協議の上、DLAは、民間企業や外国のパートナーと協力して、米国の防衛ニーズが少なくとも1年間カバーされるように、ガリウムを国防備蓄に加えるべきである。
５.米国のガリウム生産と消費のデータ収集と透明性を強化する。中国がガリウムの輸出規制を決定する以前は、ガリウムという鉱物とその供給に対する中国の影響力について、政策界ではほとんど議論されていなかった。米国や他の主要国は、低純度ガリウムとGaAsウエハーの貿易に関するデータのみを公表しており、精製ガリウムやGaNウエハーなど、サプライチェーンにおける他の重要なステップに関する数値は省略されている。世界的にも米国内においてもデータの透明性を高めることは、政策立案者、国防当局者、民間セクター関係者が市場の状態と米国の脆弱性をよりよく評価する能力を向上させるのに役立つであろう。
はじめに
2023年7月3日、中国商務部がガリウムの輸出に新たな制限を課す計画を発表し、これまで無名だったガリウムという鉱物が一躍脚光を浴びた[1]。これは主に、地政学的利益のために重要な鉱物を武器化する中国の能力と意欲を示すためのものである。
2022年現在、中国は世界の原料ガリウム供給量の98％を生産している[2]。この事実上の独占は、中国がアルミニウム生産の世界的リーダーとしての地位を確立した結果である。過去数十年にわたり、政府による多額の補助金と税制優遇措置が、中国国内の金属産業の急速な勃興に拍車をかけ、ほとんどの世界的メーカーを廃業に追い込み、中国は世界で唯一残されたガリウム生産国のひとつとなった。
多くの人々には比較的知られていないが、ガリウムは現代のエレクトロニクスのサプライチェーン、特に防衛産業において重要かつユニークな役割を果たしている。そのユニークな特性は、次世代ミサイル防衛やレーダーシステム、電子戦や通信機器などの高度な機能に不可欠な特殊半導体の製造を可能にしている。
ガリウム市場の混乱は、米国と同盟国の防衛産業に重大な課題をもたらし、数千億ドルの経済的損失をもたらす可能性がある。中国が原料ガリウムの供給を掌握していることは、米国とその同盟国にとって重大な脆弱性であり、北京はこれを悪用しようとしている。幸いなことに、米国とその同盟国は、中国の重要な鉱物独占へのエクスポージャーを抑えるために、明確な手段を講じることが出来る。
ガリウムの革命的特性
ガリウムの化学的・物理的特性は、高度な軍事機器などの高性能用途に適している。ガリウムは他の材料と組み合わせることで、ワイドバンドギャップ半導体として知られる特殊なクラスのチップを製造することが出来る[3]。これらのチップは、従来のシリコンチップよりも高い温度、電圧、周波数を扱うことが出来、小型化、高速化、高効率化を実現する。
ガリウム・チップは長い間、軍事技術の進歩を支えて来た。1970年代、米国国防高等研究計画局（DARPA）は、新世代半導体の材料としてガリウムを考案する上で主導的な役割を果たした。DARPAの支援を受け、研究者たちはガリウムヒ素（GaAs）と呼ばれる化合物を開発し、米国の全地球測位システム（GPS）、精密誘導兵器、レーダーの進歩を支えた[4]。GaAsは汎用性が高く、スマートフォンを含む現代の家電製品に広く使われている。
窒化ガリウム（GaN）と呼ばれるより高度な化合物の開発-同じくDARPAが育成-は、現在、新たな技術的ブレークスルーを可能にしている[5]。最も重要なことは、GaNが現代のレーダーに革命を起こし、新しいレーダー・モジュールが、より小さく、より速く、より多数の脅威を、ほぼ2倍の距離から追跡することを可能にしていることである。これらの最先端レーダーシステムの多くは、数千個のガリウム対応チップによって駆動されている。
米国と同盟国の軍隊は、GaN強化レーダーを最も重要なプラットフォームに迅速に組み込んでいる。2019年、レイセオンは米陸軍の下層防空ミサイルセンサー（LTAMDS）用の最初の6基のGaN対応アクティブ電子走査アレイ（AESA）レーダーを製造する3億8300万ドルの契約を獲得し、パトリオット・ミサイル防衛ユニットやその他のシステムに組み込まれることになった[6]。2023年6月にはポーランドがLTAMDSレーダー・システムの最初の海外売却を確保し、他の主要同盟国もこれに続く可能性が高い[7]。
一方、ノースロップ・グラマンは、F-35ライトニングII統合打撃戦闘機用の先進的なGaNバックAESAレーダーであるAN/APG-85を開発しており、米海兵隊は2019年からノースラップのAN/TPS-80地上レーダーシステムを配備している。2022年、米国防総省（DOD）はレイセオンに対し、海軍の新型アーレイ・バーク級フライトIII駆逐艦、空母、水陸両用艦を含む最大31隻の艦船にGaNを搭載したAN/SPY-6システムレーダーを装備する32億ドルの契約を発注した[8]。これらのアップグレードは、極超音速ミサイル、次世代ステルス機、無人システムなどの新たな脅威に対する米軍と同盟軍の防衛能力に大きな変化をもたらす態勢を整えている。
ガリウムベースのチップは、商業分野でもますます不可欠になっている。GaNの無線周波数技術への電力供給における価値は、効率的な高周波レシーバーを必要とする5G基地局ハードウェアにとって不可欠なものとなっている。GaNの密度と効率は、スマートフォン、ノートパソコン、電気自動車、データセンターなどの機器への迅速な電力供給を支援するパワーデバイスへの採用にも拍車をかけている。アップルのような家電業界大手は最近、次世代充電器にGaNを使い始めており、業界における広範なシフトを示唆している[9]。
ガリウムの重要性は今後さらに高まると予想される。チップ製造の継続的な進歩がムーアの法則の限界を押し上げる中、業界の専門家は、ガリウム化合物がシリコンベースのチップを超える潜在的な手段であると見ている[10]。[11] 防衛用途は、この増加のおよそ半分を占めると予想されており、米国と同盟国の軍事近代化努力におけるガリウムの戦略的価値が強調されている[12] 。2023年、GaNレーダーシステムの主要メーカーであるレイセオンのトップは、「GaNは、当社が生産するほぼすべての最先端防衛技術の基礎となっている」と指摘した[13]。
戦略的脆弱性
重要産業におけるガリウムの需要の高まりは、この鉱物の安定供給の確保に危機感を高めている。突然のガリウム供給ショックは、防衛メーカーやより広範な経済安全保障に影響を及ぼすだろう。米国地質調査所（USGS）の専門家による2022年の分析によると、ガリウムの供給が30％途絶えた場合、米国の経済生産高が6020億ドル（国内総生産（GDP）の2.1％）減少する可能性がある[14]。
工業生産への連鎖的な影響は、主要な防衛システムの製造に大きな後退をもたらす可能性がある。防衛メーカーがガリウムの世界的な最終用途に占める割合は小さいが、半導体やその他の主要な電子機器の供給不足や途絶は、防衛企業に長期的な課題をもたらす可能性がある[15]。彼らの商業活動が中断されれば、ガリウムベースのシステムに対する防衛産業のニーズの高まりに対応する能力が複雑になる可能性がある。
ワシントンもその同盟国も、こうしたリスクを何年も前から認識していた。USGSは2018年以降、重要鉱物リストの各反映にガリウムを含めており、重要鉱物の最新のレビューでは、供給リスクの観点からガリウムを50種類中1位にランク付けしている[16]。 欧州連合も同様にガリウムを「戦略的原材料」としており、近年は「中国への世界的な生産集中の高まり」を理由に、供給リスク評価をアップグレードしている[17]。 日本政府は、国家安全保障にとって重要な35種類の鉱物の1つとしてガリウムを挙げている[18]。
米中間の緊張の高まりは懸念をさらに高めた。2020年、トランプ政権は、（ガリウムを含む）米国の重要鉱物依存を国家非常事態と宣言した[19] 。2021年、バイデン政権は、100日間のサプライチェーンレビューを発表し、ガリウムを中国に依存している米国は、「半導体生産に遠大な影響を及ぼす」[20]混乱を招くリスクがあると警告した。
しかし、米国内外の重要鉱物に関する政府の政策は、リチウムやコバルトなど、新興のグリーン技術に必要な一部の投入物へのアクセスを確保することに大きく偏っている。例えば、バイデン政権の2022年インフレ削減法は、電気自動車に必要な一連の主要鉱物の国内生産者に10％の税額控除を提供しているが、ガリウムはその対象から外れている[22]。ガリウムのようなあまり知られていない鉱物に関心が向かないため、政府や業界のリーダーたちは、起こりうる崩壊の結果に対する備えが出来ていない。
中国政府が2023年8月に発表したガリウムの輸出規制は、ワシントンとその同盟国が、電池を作る鉱物だけでなく、他の戦略的に重要な資源にも目を向ける必要があることを明確にした。中国の国営メディアは、この新しい規則を、米国、日本、オランダが中国の先端半導体とチップ製造装置へのアクセスを制限するために実施した輸出規制への直接的な対応であるとしている[23]。
この規制がどのような効果をもたらすかは未知数であり、最終的には、中国が世界市場からどれだけのガリウムを差し控えるかによって決まるだろう。とはいえ、この動きは、中国が米国やその同盟国との技術競争を激化させる中で、重要鉱物の支配を道具として使おうという北京の意志を示している。
中国がガリウムを支配するようになった経緯
中国がガリウムのサプライチェーンを支配するようになったのは、間接的なものである。ガリウムは、リチウム、ニッケル、コバルトといった他の主要鉱物とは異なり、地球から直接回収されることはない。その代わり、ガリウムはアルミニウムの主要鉱石であるボーキサイトを加工する際の副産物として産出される[24]。
産業大国として台頭してきた中国は、アルミニウム産業の爆発的成長を牽引して来た。政府の大規模な補助金と税制優遇措置に助けられ、中国は2000年から2022年の間にアルミニウム生産量を10倍に増加させた（420万トンから4,020万トンへ）[25]。
中国国内には豊富なボーキサイトの埋蔵量があるが、ボーキサイト採掘には高い環境コストと低い利益率が伴うため、国内需要を満たすためにボーキサイト鉱石の輸入に徐々にシフトしている。中国アルミニウム総公司（Chalco）を筆頭とする中国の大手企業は、国内のアルミニウム加工用にボーキサイト原鉱を供給するため、ギニア、オーストラリア、インドネシアといった海外にますます目を向けるようになっている。
中国はアルミニウムで主導的地位を占めているため、世界のガリウム生産において圧倒的なシェアを確立している。さらに、中国政府は、国内のアルミニウムメーカーにガリウム抽出能力を設けることを義務付けるなど、生産拡大のための戦略的政策を実施して来た。その結果は明らかで、2005年から2015年にかけて、中国の低純度ガリウム生産量は22トンから444トンに爆発的に増加した[27]。
中国の産業における急速な台頭は、世界市場に供給過剰をもたらし、2010年代の大半を通じてガリウム価格の激しい変動を引き起こした。その結果、英国、ドイツ、ハンガリー、カザフスタンの大手サプライヤーが苦境に陥り、生産停止を余儀なくされた。1970年代から1980年代にかけて国内採掘能力の大半をオフショア化し始めた米国は、最後に残った精製ガリウム生産施設の1つが2020年に閉鎖された[28]。
バリューチェーンを登る
原料ガリウム生産の主導権を握ることで、中国は競争相手に対して優位に立つことが出来るが、長期的な優位性は技術革新の最先端で勝ち取るものだと、中国の指導者たちは理解している。これを達成するため、北京は中国企業が米国とその同盟国を追い抜き、ガリウムベースの半導体生産で世界のリーダーになることを積極的に支援している。
2021年に発表された中国最高の国家経済青写真である第14次5カ年計画では、ワイドバンドギャップ半導体、すなわちGaNと炭化ケイ素と呼ばれる別の化合物を重要な重点分野と位置付けている[29]。この呼びかけを受けて、中国の強力な科学技術省は「第3世代半導体とフロンティア電子材料・デバイス」の開発を奨励する特別プロジェクトを立ち上げた[30]。
ガリウム系半導体の開発を前進させることは、中国が技術的自給自足を推進するためのまたとない機会を提供する可能性がある[31]。半世紀以上の歴史を持つシリコン系チップに比べ、GaN半導体はまだ成熟途上にあり、新たな市場が出現しつつある。中国がGaN半導体の開発の初期段階でブレークスルーを起こすことが出来れば、電気自動車用の先進バッテリーの生産で主導権を握ることに成功したのと同様の方法で、先行者利益を確保出来る可能性がある[32]。
第三世代半導体を専門とする中国の専門家は、ガリウムベースのチップを開発するための北京の努力は、技術的に米国、欧州、日本を飛び越えることを目的としていることを示唆している。ある国家が支援する業界団体によると、中国はGaNを使って「車線を変更して自動車を追い越す歴史的なチャンスをつかむべきだ」[33]。ある国家重点研究所の著名な研究者も同様に、「半導体産業がシリコンからガリウムに移行するにつれて、中国は主導的な立場に立つ準備をしている」と主張している[34]。
中国は2008年、GaAsとGaNチップを使用するLED製造の世界的リーダーになるため、大規模な補助金計画を展開し、ガリウム系半導体に照準を合わせ始めた。しかし、2014年までには、供給過剰と品質問題が新興企業の利益を阻害したため、中国は業界への投資を縮小せざるを得なくなった[36]。
こうしたフラストレーションにもめげず、中国の指導者たちは外国のガリウム半導体技術を獲得するキャンペーンへとシフトした。過去10年間、人民解放軍（PLA）に関連するものを含む中国の個人、企業、団体は、米国や他の先進経済国の企業のGaAsとGaN技術をターゲットに、企業スパイと戦略的買収の組織的キャンペーンに従事して来た。
これらの努力は中国の軍事近代化にとって配当となっており、北京の軍民融合戦略、つまり国の安全保障と開発目標を融合させるための大々的な推進を例証している[37]。 中国の大手軍事レーダーメーカーである中国電子科技集団公司（CETC）のトップは2018年、「（米国の）F-22やF-35が使用するものに匹敵する性能を持つ」最先端のレーダー技術を開発したと主張した[38]。
2021年、CETCは、ステルス航空機や巡航ミサイルを容易に探知出来ると主張する、次世代GaN基盤レーダーシステム「Lingdong（灵动）」ファミリーを発表した[39]。その後、2023年、中国の学者が、GaN技術を使用する可能性が高い先進的な海軍レーダーシステムの計画を概説する論文を発表した[40]。伝えられるところによると、新システムは、オーストラリアやグアムなど、中国から遠く離れた標的を探知する中国の能力を向上させる。
5Gを含むGaNの商用アプリケーションにおける勢いの高まりも、中国企業をガリウムベースのチップにおける世界的リーダーへと押し上げる一因となっている。米国、欧州、日本の企業が技術的な優位を保っている一方で、中国の数社がその差を縮め始めている。何十億ドルもの政府投資と、税制、土地、調達に関する数々の優遇政策に後押しされ、いくつかの中国企業は世界の舞台で競争力を持ちつつある[41]。
ガリウム系チップの大手メーカーであるイノサイエンス社は、世界最大級の2つのGaN製造施設を運営し、米国、欧州、韓国に事務所を構えて海外に進出している[42]。SKグループやASMLといった韓国や欧州の大手企業からの資本や提携の恩恵を受けているほか、中国の軍事航空宇宙大手である中国航空工業集団公司（AVIC）のベンチャーキャピタル部門であるAVICトラストからも投資を受けている。
SuzhouNanowin、HiWafer、Sanan ICといった他の中国GaN企業も、その動向を注視している。蘇州ナノウィンの幹部は最近、同社がGaN基板生産の世界市場シェアの30％を獲得することを目指していると自慢した[43]。
中国のGaN半導体関連の特許取得活動も急速に加速しており、GaN技術開発の深化を反映している[44]。 2019年から2020年にかけて、中国の組織（通信大手のファーウェイを含む）が特許出願者全体の40％以上を占め、米国（23％）、日本（10％）、欧州（3％）を上回った[45]。 2019年までにファーウェイだけでGaN技術に関する特許を2000件出願している。
前途
より高性能で強力な化合物半導体の開発競争で中国企業に後れを取れば、軍事力と経済競争力に不可欠な次世代技術の開発で米国は後手に回ることになる。北京は、ガリウムベースのチップの国内エコシステムの繁栄に積極的な役割を果たし、すでに中国の軍事開発に利益をもたらしている。
さらに、中国がガリウムの原料供給を独占し続け、同時にガリウムベースのチップ生産で最先端を達成すれば、この分野における世界のサプライチェーン・ショックからほぼ免れることが出来る。中国の最近のガリウム輸出規制は、北京が中国企業への反撃を抑えつつ、他国に痛みを与えることが出来るという自信の高まりを示唆している。
2023年5月の会合で、米国と他の主要7カ国（G7）は共同で、中国のような経済的競争相手からの「脱リスク」を呼びかけた[46]。脱リスクは政策界で急速に流行語となったが、中国からの脱リスクの実際的な方法についてのコンセンサスはほとんどない。
ガリウムは、ワシントンとその同盟国が、中国への依存度を下げることによって自国のサプライチェーンを保護するための具体的な措置を取ることが出来る明確な分野を示している。いかなる国も天然資源において完全に自立することは出来ず、中国は重要な鉱物市場において重要なプレーヤーであり続けるだろう。しかし、自国に的を絞った投資を行い、同盟国と戦略的に協力することで、米国は中国への依存度を下げ、重要なサプライチェーンが混乱するリスクを回避することが出来る。
そのために、米国は単独で、あるいは同盟国やパートナーとともに、いくつかの手段を講じることが出来る：
１. 米国内でのガリウム抽出・精製能力への投資。米国政府は、ボーキサイトを採掘し、ガリウムを抽出する国内能力を再確立するために投資すべきである。投資、税制優遇措置、その他の手段に基づく的を絞った官民協定は、企業がガリウム生産施設を設立し、維持するために必要な条件を提供することが出来る。現在、米国には、ルイジアナ州を拠点とする、ボーキサイトをアルミニウムに加工する現役の工場が1つある[47]。適切なインセンティブが与えられれば、この工場はガリウム抽出に必要な設備を設置することが出来る。
国防総省は、国防生産法に基づく権限を使って、この取り組みを支援することが出来る。中国によるガリウムに対する新たな規制の発表を受けて、国防総省のスポークスマンは、国防総省は「マイクロエレクトロニクスと宇宙のサプライチェーンのために重要な鉱物の国内採掘と加工を増やす」[48]措置をとっていると述べた。
ワシントンはすでに、重要鉱物の採掘に投資できることを示している。2022年、バイデン政権は超党派インフラ法に基づき、リチウム、グラファイト、その他の材料を採掘・加工し、電池製造能力を拡大するための施設を12の州で建設・拡大するために28億ドルを授与した[50]。これらは称賛に値する投資ではあるが、重要鉱物への注目の多くは電池製造に集中しており、ガリウムのような他の重要鉱物への資源投入は少ない。
2.同盟国やパートナーと協力し、海外でのガリウム抽出・精製能力を拡大する。ドイツは2018年まで原料ガリウムの主要生産国であったが、その後生産を停止した。オーストラリアはボーキサイト鉱石の世界有数の輸出国である。米国は、これらの国々の政府が、ガリウム生産の規模を拡大するために必要な条件を整えるのを支援するために、新たなパートナーシップを構築するか、既存の枠組みを基礎とすべきである。これには、最近発表された豪・米気候・重要鉱物・クリーンエネルギー変革協定に類似した協定を含むことが出来る。この協定では、米国は豪州の鉱物サプライヤーに直接投資し、豪州のサプライヤーを国防生産法上の国内サプライヤーとみなすことに合意した[51]。
３.ガリウムのリサイクルを促進する。新たな採掘・精製能力のオンライン化は長期的なプロセスである。ガリウムのリサイクルを促進することは、短期・中期的にサプライチェーンの問題を軽減する手段となりうる。相当量のガリウムは、製造プロセスの様々な段階でリサイクルすることが出来る。米国とそのパートナーは、既存のリサイクル能力の構築に投資すべきである。
４.防衛産業用のガリウムの最低1年分の備蓄を維持する。米国政府は、DODの国防兵站局(DLA)が監督する国家安全保障に不可欠な主要物質を含む国家防衛備蓄を長年維持して来た。DLAはガリウムを "関心のある材料 "としてリストアップしているが、同局の公開報告書によれば、過去10年間に備蓄のためにガリウムを購入したことはない[52]。
米国の防衛産業は現在、ガリウムを大量に使用しているわけではないので、比較的少量の備蓄で十分である。しかしながら、純粋な金属形態では、ガリウムの貯蔵寿命は約1年であり、備蓄は十分に維持される必要があることを示唆している[53]。議会と協議の上、DLAは、民間企業や外国のパートナーと協力して、米国の防衛ニーズが少なくとも1年間カバーされるように、ガリウムを国防備蓄に加えるべきである。
５.米国のガリウム生産と消費のデータ収集と透明性を強化する。中国がガリウムの輸出規制を決定する以前は、ガリウムという鉱物とその供給に対する中国の影響力について、政策界ではほとんど議論されていなかった。米国や他の主要国は、低純度ガリウムとGaAsウエハーの貿易に関するデータのみを公表しており、精製ガリウムやGaNウエハーなど、サプライチェーンにおける他の重要なステップに関する数値は省略されている。世界的にも米国内においてもデータの透明性を高めることは、政策立案者、国防当局者、民間セクター関係者が市場の状態と米国の脆弱性をよりよく評価する能力を向上させるのに役立つであろう。
フジバカマ