2017年版 ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望 ~SiC、GaN、その他~

本調査レポートでは、Siの次世代材料として注目を集めているワイドバンドギャップ半導体単結晶について各材料の市場における立ち位置を改めて見直し、課題や今後の展望を詳らかにする。また、単結晶プレーヤーを中心に、企業、研究機関、大学などへのヒアリングを経て各材料のターゲット用途を把握し、今後の方向性とその進捗を俯瞰した。

発刊日: 2017/09/22 体裁: A4 / 153頁
資料コード: C59104900 PDFサイズ: 2.3MB
カテゴリ: 環境・エネルギー、自動車、機械、エレクトロニクス

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調査資料詳細データ

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調査概要
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調査目的:ワイドバンドギャップ半導体単結晶メーカーや事業化に向けた取り組みをしている企業や研究機関の現在動向と今後の事業施策を調査し、更にデバイス化メーカーなどの周辺調査を加えることで、ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と今後の動向を把握することを目的とする。
調査対象:ワイドバンドギャップ半導体単結晶である炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、ダイヤモンド
調査方法:直接面談取材による
調査期間:2017年4月~2017年9月

資料ポイント
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  • ポテンシャル性能を伸ばすことで有効活用されるアプリケーションに早期導入を。
  • Cree,Ⅱ-Ⅵの二強体制が続き、メインサイズは6インチで採用が進むSiCの市民権はいつ与えられるのか。
  • パワーか高周波かそれともLED・LDか、SiCを追いつつSiに追われるGaNの進むべき分野はどこか。
  • 酸化ガリウムとは?からαとβの結晶構造の違いと優位性の分析。各社の課題に対するアプローチを掲載。
  • 殺菌用途の深紫外LEDで頭角を現すAlN。ホモとヘテロで欠陥密度104の違い、ポテンシャルひきだせるか。
  • その真価を見出せるかダイヤモンド。10ミリ角メインながらも多結晶でのデバイス化も視野に入る

 

資料概要
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第1章 ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望
第2章 材料別単結晶市場の現状と展望
第3章 ワイドバンドギャップ半導体単結晶関連プレーヤー動向

リサーチ内容

■掲載内容

調査結果のポイント

1.市場動向
2.ワイドバンドギャップ半導体単結晶プレーヤーの取り組み
3.展望と課題

第1章 ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望

車載採用は技術と安定供給のハードルを超えた証に
その可否だけでなく、時期もポイント

WBG半導体単結晶のパイオニアたるSiCは『次』世代から卒業、100億円規模が目前に
【表.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板種類別市場規模推移と予測
(面積、金額、2014~2023年予測)】
【図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別市場規模推移と予測
(金額、2014~2023年予測)】
【図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別市場規模推移と予測
(面積、2014~2023年予測)】
【図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別金額シェア推移と予測
(2014~2023年予測)】
【図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別面積シェア推移と予測
(2014~2023年予測)】
【表.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別面積単価推移と予測
(2014~2023年予測)】
【表.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別面積単価推移と予測
(WBG全体を1とした場合、2014~2023年予測)】
“造る”と“活かす”、この2つが成長エンジン
三者三様の高性能化ではなく三位一体の取り組みを
【図.WBG単結晶の市場成長エンジンイメージ(欠かせない要素)】

第2章 材料別単結晶市場の現状と展望

SiC単結晶市場の現状と展望
  次世代ワイドバンドギャップ半導体単結晶の先駆者
  そのポテンシャルの高さと一定レベルの製法確立により市場化進む
  【表.SiC単結晶の物性特徴と適応応用製品、SiC採用メリット】
  MPは過去の欠陥、低コストに向け昇華法以外の製法や別アプローチも出口を探る
  【図.SiC単結晶インゴットのSiC多結晶ウエハーへの貼り合わせ工程イメージ】
  単結晶ウエハーの欠陥をキャンセル可能なエピ成長でMOSFETの実用化が大きく進展
  一方、品質基準の統一はいまだに課題
  【表.SiC単結晶ウエハー、エピタキシャルウエハーの品質動向】
  合言葉の「1インチ1万円」は程遠いものの、計画上の必達時期は刻一刻と近づく
  【図.「1インチ1万円」を実現するための方策案と解決案】
  4インチは4円/mm2台になり目標射程圏へ
  6インチでの到達は時期尚早、市場投入可能なのは2トップのみでプラス1は内製メイン
  【表.SiC単結晶ウエハー価格動向】
  【表.SiC単結晶ウエハーの面積単価動向】
  既に8インチが出てくるも、当分の主戦場は6インチ
  様々なアプローチでそこに集う
  【表.SiC単結晶主要メーカーのウエハー口径動向(ロードマップ含む)】
  ひとつのM&Aでサプライチェーンの大変革も
  市場確立期だからこそ多様な可能性を探る
  量産自動車への搭載は実現するも全ての視線集まる“真の車載化”は先
  ただ、「どの車種のどのグレードに搭載させるか」が重要項目として検討されているという声も
  【表.8インチ大口径化の課題(発生工程と要因)】
  SiCデバイス市場は2020年以降急成長局面に、SiCウエハーも続く
  【図.SiC単結晶ウエハー市場進展イメージ(デバイス含む)】
  本命となる車載アプリケーションへの道筋が明確になり現実味のある見通し立つ
  【図.SiC単結晶市場規模予測と推移(金額ベース、2012~2023年予測)】
  【図.SiC単結晶用途分野別市場規模推移と予測(金額ベース、2012~2023年予測)】
  【表.SiC単結晶ポリタイプ×用途分野大別市場規模推移と予測
  (金額ベース、2012~2023年予測)】
  【表.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野口径別市場規模推移と予測
  (枚数、面積、2012~2023年予測)】
  【表.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野口径別面積シェア推移と予測
  (2012~2023年予測)】
  【表.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野口径別枚数シェア推移と予測
  (2012~2023年予測)】
  【図.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野別口径別枚数シェア推移と予測
  (2012~2023年予測)】
  【図.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野面積市場規模推移と予測
  (2012~2023年予測)】

GaN単結晶市場の現状と展望
  青紫色レーザー需要がベース市場を支える
  ディスクレスの動きはあるものの、一定レベルの需要は維持
  【図.プレイステーション3、4の全世界販売台数推移と見込(2010~2017年見込)】
  【図.ブルーレイディスクレコーダーとプレーヤーの世界出荷台数推移と見込
  (2010~2017年見込)】
  プロジェクターやレーザー加工などへの適用可能性は広がる中、大本命は照明に
  中村教授唱える“第二世代LED”のブレークが成長エンジン
  【図.GaN単結晶の用途一覧イメージ】
  ニューカマーの欠陥密度は107/cm2とLEDグレードが精一杯であるが、
  104/cm2を視野に入れた取り組みも本格化
  【表.GaN単結晶ウエハー市場参入メーカーの主な動向(または概要)】
  製品化にむけて開発を加速するリコー
  低オン抵抗GaN on GaNの研究進む
  市場は2013年を境に再び拡大へ
  当面低い成長率だが、開発進む各種アプリからのヒットがあれば状況一変も
  【図.GaN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2009~2023年予測)】
  【表.ウエハー口径別GaN単結晶市場規模推移と予測
  (金額、数量、2009~2023年予測)】
  【表.口径別GaN単結晶市場予測(枚数、面積、2009~2023年予測)】
  【図.口径別GaN単結晶市場規模推移と予測(面積ベース、2009~2023年予測)】

酸化ガリウム単結晶市場の現状と展望
  SiCやGaNに比べ桁違いのパフォーマンス
  製法や取り扱いについても素性よし
  【表.各種半導体材料の材料特性と酸化ガリウムのデバイス応用に向けた素性の良さ】
  国際ワークショップもスタート、デバイス化に向けた開発も加速
  【表.酸化ガリウムのデバイス化基盤技術の確立に向けての必要事項と目標】
  限られた強力プレーヤーから先行ライバル凌駕を見据えたアプローチが進む
  【図.酸化ガリウム関連プレーヤーの動向】
  重要課題の「熱伝導率の低さ」と「p型化」に解あり
  一方、根本課題の解決にはプレーヤーの増加が必須
  【表.酸化ガリウムの重要課題に対する主要プレーヤー対応策】
  劈開性はワイルドカード、デメリットだけでなくメリットも
  向こう5年はSiCやGaNを越える高成長期に
  ひとつの因子でさらなる膨大も
  【図.酸化ガリウム単結晶市場規模推移と予測(金額、数量2016~2023年予測)】
  【表.酸化ガリウム単結晶ウエハー量産時期及び価格動向予測】
  【表.ウエハー口径用途分野別酸化ガリウム市場規模推移と予測
  (金額、枚数、2016~2023年予測)】
  【表.口径別酸化ガリウム単結晶市場予測(枚数、面積、2016~2023年予測)】
  【図.口径別酸化ガリウム単結晶市場規模推移と予測
  (面積ベース、2016~2023年予測)】
  【図.酸化ガリウム単結晶口径別枚数シェア推移と予測(2016~2023年予測)】
  【図.酸化ガリウム単結晶口径別面積シェア推移と予測(2016~2023年予測)】

AlN単結晶市場の現状と展望
  次世代ワイドバンドギャップ半導体単結晶中最高の6.2eV
  古くより研究開発が進められる
  【表.AlNの基本物性】
  【表.過去のNEDOプロジェクトにおけるAlN単結晶関連開発課題】
  当面のアプリケーション主体は殺菌
  M&Aや協業など様々なアプローチがここに向かう
  【図.波長とエネルギーの関係図】
  【図.主要深紫外LED関連プレーヤー相関図】
  スタンレー電気は殺菌用途深紫外LEDメーカーとして
  世界最高出力品を用いたアプリケーションを開発
  社会貢献度の高いデバイスとして注目度は高く
  多くの可能性を見込まれサンプル要求は増加中
  先ずは2インチでAlN基板デバイス内での立ち位置確立へ
  【図.AlN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2016~2023年予測)】

ダイヤモンド単結晶市場の現状と展望
  卓抜した特性を有し、可能性はマックス
  絶縁破壊電界と熱伝導率の高さが電子デバイスとしてのダイヤモンドを輝かせる
  単結晶製法の市場レベルの確立が先決、デバイス化にバトンを
  ギフテッドゆえに多様な道も
  しかし、SiCやGaNのデバイス化が進むにつれその価値は顕在化
  角形状から2インチウエハーへ、その進化に合わせ市場は穏やかに、かつ着実に成長
  【図.ダイヤモンド単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2013~2023年予測)】
  【図.サイズ群別出荷枚数シェア推移と予測(枚数、2013~2023年予測)】

第3章 ワイドバンドギャップ半導体単結晶関連プレーヤー動向

株式会社イーディーピー
  唯一無二の国産ダイヤモンド単結晶専業メーカー
  その目標はダイヤモンドの如く高尚
  半導体オブザイヤーを受賞した産総研発ベンチャー
  究極の半導体材料で世界をけん引
  【図表.研究用ダイヤモンド単結晶基板ラインアップ】
  生みの苦しみにより見出される課題
  全ての解決のために2インチサイズの追求へ

エア・ウォーター株式会社
  最適バランス性能の総合力で勝負
  高品質・低コストの近道はここにある
  超高純度ガスの応用技術によるGaN on SiC on Si
  ヘテロ多層構造で底堅い性能を打ち出す
  【表.エア・ウォーター安曇野工場における製造ウエハーとサイズ、能力】
  メルトバックエッチングの発生0で
  歩留まりの圧倒的改善を実現
  【表.エア・ウォーター製6インチGaNパワー向け基板の品質の比較表】
  【表.GaN下地としての3C-SiC(111) on Si基板のメリット】
  高抵抗維持の特性を活かし、既存基地局への代替導入など
  広範囲な高周波デバイスへの展開が進む

岡谷鋼機株式会社(HEXATECH, INC.)
  窒化アルミニウムのトップランナー擁する老舗商社
  川上から川下まで俯瞰し商流をスムーズに
  信頼関係と結晶品質は比例する
  力あるメーカーを強力にバックアップ
  2インチサイズ目前で高品質窒化アルミニウムを世界へ供給
  殺菌能力の指標を打ち立てて最適条件の深紫外LEDへ

株式会社サイオクス/伊藤忠プラスチックス株式会社
  住友化学グループ
  GaAs、GaN、AlNを扱う総合化合物半導体メーカー
  住友化学グループの一員としてスタート
  GaN結晶事業が進展
  【表.サイオクスの化合物半導体製品ラインアップ一覧】
  GaNパワー半導体の研究開発にも貢献
  大口径7インチGaN 自立基板を開発
  AlNテンプレートの量産化に成功
  深紫外LED開発に参入

国立大学法人 佐賀大学
  ダイヤモンドと酸化ガリウムを対象に
  結晶研究とデバイス開発の両輪を配し実用化へかかるドライヴ
  ダイヤモンド多結晶をデバイス化
  実用化を意識した学術研究を追及
  【図.ダイヤモンドトランジスタ外観図】

昭和電工株式会社
  旺盛な需要をさらなる成長ドライブへ
  蓄積したノウハウより業界トップの生産能力と高品質
  著しい成長によりパワー半導体プロジェクトは本格事業化目前
  最高グレード6インチで3,000枚/月の生産体制確立
  【表.事業進展状況(生産能力)】
  エピ積むことにより欠陥を無害化
  用途に制限なく需要家は世界中に
  ゆれる評価・品質基準
  共通言語の確立求む

国立大学法人 信州大学/不二越機械工業株式会社
  結晶成長専門の研究室と世界トップレベルの加工機械メーカーのタッグ
  産学連携のモデルケースへ
  サファイアのリベンジを酸化ガリウムで
  事業化へ着実に歩を進める
  課題は山積だが見通しは明るい
  エピ、デバイス関連研究機関とも共同研究し一気に追い上げる

新日鉄住金マテリアルズ株式会社
  虎視眈々と狙うトップへの道/顧客との共同研究開発で次の次元へ
  出口を探して6インチの品質改善を継続
  バルク~エピまでの一貫生産が強み
  ウエハーのグランドデザインで最適化へ
  【表.事業優位性】
  顧客からの評価は高い
  軸足は4インチで
  【表.口径別対応状況】

株式会社トクヤマ
  転位密度は10の4乗
  深紫外LEDで一気に量産から普及へ
  大学・研究機関との共同研究を経て
  世界の水事情を変える可能性を包含し結実
  【図.トクヤマのHVPE法によるAlN on AlN単結晶成長方法】
  単結晶の素性の良さは業界トップ
  AlN on AlNでしか到達できない域へ踏み込む
  研究始まる夢の半導体材料
  高いポテンシャルを引き出し用途拡げる
  【表.下地基板(製法)の違いによるAlNデバイス特性比較】
  【図.下地基板の違いによるチップの波長と出力の比較図】
  【図.下地基板の違いによるAlNウエハーの断面透過電子顕微鏡像】

株式会社ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション
(TanKeBlue Semiconductor/Tera Xtal Technology/Kyma Technologies/Adroit Materials)
  歴史あるワイドバンドギャップ半導体材料の専門商社
  唯一無二の品揃えで安定供給に努める
  サファイアからAlNホモエピウエハーまで広範囲なラインナップ
  【表.NMCCの取り扱いワイドバンドギャップ半導体材料】
  TanKeBlueの品質改善スピード加速化に手応え
  足元マーケットが求める6インチ化の市場投入が目標
  老舗の先進的商社はダイヤモンド他新規材料の取り扱いも開始
  得意とするニッチな商材の安定感ある継続供給に尽力

株式会社ノベルクリスタルテクノロジー
  気鋭の単結晶サプライヤー、カーブアウトで興る
  黎明期から一気に市場化へ
  酸化ガリウム単結晶市場のパイオニア
  【図表.β型酸化ガリウムの格子定数・バンドギャップエネルギーと結晶単位格子模式図】
  耐圧6,000V以上の高耐圧デバイスの実現が期待されているが
  中耐圧領域にターゲティングした市場化優先も
  酸化ガリウムの2大課題への対策も万全
  デバイス化に対し視界良好
  ダイオードから始まり車載も
  低コスト化のカギを握るのは酸化ガリウムの普及
  足元では倍々の事業化進展から2025年に売上160億円を目指す

日本ガイシ株式会社
  ついに全社横断組織「オプト部材プロジェクト」を発足
  レーザー、LED用途の今期中の先行量産へ向けて見通し良好
  4インチウエハーで欠陥密度104/cm2を実現し事業化寸前
  【図.窒化ガリウム(GaN)ウエハー(左2インチ、右4インチ)】
  【図.紫外LED用マイクロレンズ(石英ガラス製、3.5mm角)】
  特許数はGaNメインプレーヤーと伍して競う
  2020年に売上100億円規模へ

伯東株式会社(SAINT-GOBAIN/Lumilog)
  製品グレード向上
  供給~製造までサポートしGaN市場をけん引
  製法の改善による高品質グレード「LEDS」をリリース
  さらに成長炉の増設で受注確保へ
  【表.サンゴバン/ルミログ事業概要】
  【表.サンゴバン/ルミログ社製GaNウエハー】

国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)
  様々な用途への期待が大きい究極の半導体単結晶ダイヤモンド
  最先端の単結晶研究から応用研究へのシフトが望まれる
  キーは絶縁破壊電界と熱伝導性が握る
  ターゲットは無限の可能性
  基礎研究としては電子デバイス研究と通ずる部分も多いスピントロニクス研究
  その膨大な各国研究予算による相乗効果創出も

三菱ケミカル株式会社
  新生三菱ケミカルグループとして気相・液相の双方向から顧客ニーズに対応
  新体制での不可逆反応によりKAITEKIな世界づくりに寄与
  量産体制を望まれる
  その品質は折り紙つき
  【表.製法別生産拠点とサイズ、能力】
  新設備増強で磐石な体制
  大口径化へ最短ルートたどる
  抜かりない対策による効率的な開発へ

株式会社FLOSFIA/フロスフィア
  爆発寸前に盛り上がる京大発ベンチャー
  エピウエハー量産へ既にトップギア
  抜きん出たα-酸化ガリウム擁するエピハウス
  【図.さまざまなコランダム構造材料群と結晶単位格子模式図】
  【表.酸化ガリウムの結晶構造の違いによる物性値の比較表】
  確立された8インチの成膜技術
  p型を克服したデバイスに死角なし
  最大化されたコランダムファミリーの真価
  コア技術MISTEPITAXYR法の応用で幅広い展開へ
  【図.ミストCVD法をアレンジした『ミストドライめっき』では金属の成膜も可能。】

SORAA
  中村修二教授の共同設立企業
  第二世代LEDによる本物の色彩を伝える伝道者に
  第一世代LEDの自然光との違いから第二世代LEDを製品化
  あらゆるものを太陽光下のように表現可能へ
  【図.第一世代LED(左)と第二世代LED(右)の発光スペクトル図】
  【図.SORAAの製品と他の光源との可視スペクトル領域の比較図】
  高品質GaN on GaNにしかできない革新的なチップデザインを実現
  面積は10分の1以下で光取り出し効率は90%に向上
  【図.GaN on GaNチップ(三角形)の走査型電子顕微鏡画像】
  【図.世代別LED発光の仕組みイメージ図】
  【表.「SNAP System」の特徴一覧】
  【図.「SNAP System」の一例画像】
  本物の白さだけでなく新規価値の創造も
  足元旺盛な需要にニューヨーク州の新工場が対応

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