2023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/カーボンニュートラルへの近道はコチラ

単結晶量産体制の強化だけでなく、研究・開発から量産へのステップアップ多数。
高品質化や大口径化だけに注力するフェーズからデバイス搭載・応用の課題を潰す開発にシフト。

発刊日
2023/07/31
体裁
A4 / 116頁
資料コード
C65102200
PDFサイズ
16.2MB
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調査資料詳細データ

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
調査内容
第1章 ワイドバンドギャップ半導体単結晶の現状と展望
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
調査方法:弊社専門調査員による直接面談取材による
調査期間:2023年4月~2023年7月

調査結果サマリー
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ワイドバンドギャップ半導体単結晶世界市場に関する調査を実施(2023年)
2030年のワイドバンドギャップ半導体単結晶世界市場を3,176億円と予測
~デバイス搭載・応用を意識した開発が進み、市場規模は2022年対比で約17倍に~

資料ポイント
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  • 全材料でパワーデバイス用途つまりカーボンニュートラルへの貢献が確認、加速されている
  • ワイドバンドギャップ半導体単結晶:2023年269億円の市場、2030年に3,176億円と約12倍に
  • SiC:デバイスメーカーの投資合戦に乗っかり、各ウエハーメーカーが設備投資&増産の真っ最中
  • GaN:6インチの量産間近、8インチも視野に入れた体制の構築急ぐ
  • Ga2O3:ウエハー開発は遅滞無く、デバイスも開発成果続々発表、SiCに取って代わる下地は盤石
  • AlN:研究所ではパワー用途のデバイス開発に成功し殺菌用途以外の展開も広がる
  • ダイヤモンド:ニッチな用途で実用化始まるだけでなく縦型の研究開発もスタート、4インチも目前
  • 前回版との違い:
    ・「ウエハー加工技術動向」を追加
    ・進化し続けている研磨、切削、研削、エピタキシャル成長技術等の加工技術動向をフォロー

リサーチ内容

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

“カーボンニュートラルへの近道はコチラ”
面積でも金額でもSiCがメインとなるワイドバンドギャップ半導体
  足元メインは6インチで今後は8インチ品も投入へ
面積ベースでも金額ベースでも圧倒的なSiC
  これに続くのはGaNかGa2O3か
  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、2020~2030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、2020~2030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、2020~2030年予測)

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
  パワーデバイス領域のフロントランナー
    表.SiC単結晶の物性特徴と適応応用製品、SiC採用メリット
  高品質グレードHGE-3Gも展開され、エピハウスとしてのプレゼンス向上
    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
  6インチがメインとなる市場
  サンプル展開される8インチの量産も間近
    図.SiC単結晶市場規模予測と推移(金額ベース、2020~2030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、2020~2030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、2020~2030年予測)
 
GaN単結晶市場の現状と展望
  Beyond 5Gの注目度高まる
  SiCより後発でも優位な性能のGaN
    図.GaN単結晶の用途一覧イメージ
    表.GaN単結晶ウエハー市場参入メーカーの主な動向一例(または概要)
  市場は微増成長が継続
  6インチへの見通し明るいだけでなく8インチも視野に入る
    図.GaN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2020~2030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、2020~2030年予測)
    表.口径別GaN単結晶市場予測(枚数、面積、2020~2030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、2020~2030年予測)
 
酸化ガリウム単結晶市場の現状と展望
  液相成長による素性の良さがもたらす高品質・大口径ウエハー
    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
    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
    図.酸化ガリウム関連プレーヤーの動向(結晶構造別、取り扱い品別)
  2025年には価格をSiCの3分の1に
  代替する痛みを伴い、市場急拡大へ
    図.酸化ガリウム単結晶市場規模推移と予測(金額、数量2020~2030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、2020~2030年予測)
    表.口径別酸化ガリウム単結晶市場予測(枚数、面積、2020~2030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(2020~2030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(2020~2030年予測)
 
AlN単結晶市場の現状と展望
  純粋なAlN単結晶ウエハー市場はほぼ皆無
  波長265nmでの道を進む
    表.AlNの基本物性
  波長の優位性より総合的な除菌・殺菌性能が問われる
  ホモAlN vs ヘテロAlN
    表.AlN単結晶基板用途一例
    図.主要深紫外LED関連プレーヤー相関図
    表.深紫外LED除菌・殺菌アプリケーション取り組みプレーヤー状況一覧
  当面は除菌・殺菌用光源として展開
  波長265nmだけでなく222nmも開発され光による除菌・殺菌は活用の幅広がる
    図.AlN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2020~2030年予測)
 
ダイヤモンド単結晶市場の現状と展望
  際立った特徴が目立つ究極の半導体
  ウエハーメーカーのIPOや共同研究、電子デバイスとして世界初となる成果も示され
  材料・デバイスの開発スピード上がる
    表.人工ダイヤモンドの用途一例
    図.ダイヤモンド単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2020~2030年予測)
    図.サイズ群別出荷枚数シェア推移と予測(枚数、2020~2030年予測)
    図.サイズ群別出荷枚数シェア推移と予測(枚数、2020~2030年予測)
 
ウエハー加工技術動向
  デバイス化が進むにつれて顕在化する課題、先行者利益を獲得できるタイミング

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

株式会社オーエステック(Hebei Synlight Crystal Co., Ltd.)
  40年越える経験から強いネットワーク
  次世代半導体のパワーデバイスや5Gに特化
  8インチサイズSiCウエハーは2023年にサンプル出荷
  2025年に量産予定
  表.オーエステックとの提携企業一覧
  表.オーエステックが取り扱うNタイプ4Hの6インチSiCウエハー仕様一部
 
大阪公立大学
  デバイス高性能化の鍵を握る異種材料直接接合
  ダイヤモンドの性能とうまく組み合わせ産業化を加速
  大阪市立大学と大阪府立大学による大阪公立大学
  理論的なレベルの実証を経てICなど応用へ期待
  図.3C-SiCの熱伝導率と他の半導体材料を比較したグラフ
  高周波デバイスにもダイヤモンドウエハーの貼り合わせ需要高まる
  大口径化/大面積化には課題山積
 
大熊ダイヤモンドデバイス株式会社
  ダイヤモンド半導体製品の量産を実現
  国難に立ち向かう北大・産総研からのベンチャー
  廃炉事業を通じた、一気通貫した製造ノウハウを保有するのが強み
  垂直統合での製品製造により事業を立ち上げ、社会実装へコミット
  図.半導体材料別の性能比較チャート(ダイヤモンド、シリコン、炭化ケイ素)
  廃炉以外の領域は次世代パワー半導体や高周波半導体
  ダイヤモンドの特徴がマッチする領域へ
 
株式会社サイコックス
  環境負荷低減材料である貼り合わせSiCウエハー本格量産間近
  6インチは供給可能で8インチも射程
  住友金属鉱山100%子会社として
  2025年に貼り合わせSiCウエハー月産1万枚(6インチ換算)を目指す
  表.サイコックスの製造工程別拠点一覧
  高性能貼り合わせSiCウエハー「Sickest®(サイクレスト®)」
  1枚でも多くの需要家へ供給していく
  図.「SiCkrest®(サイクレスト®)」外観画像
  図.サイコックスの貼り合わせウエハーの製造フローイメージ図
  低抵抗、高熱伝導度維持、高い曲げ強度などにより
  低オン抵抗、チップサイズの小型化、割れ・欠けの低減をもたらす
  表.貼り合わせウエハーの特徴とそれによるユーザーのメリット一覧
  図.単結晶SiCと多結晶SiCの温度(℃)-変位長(μm)グラフ
 
国立大学法人 佐賀大学
  ダイヤモンド半導体で世界初となるパワー回路を開発
  性能も世界最高で出力電力875MW/cm2、出力電圧3,659V
  ダイヤモンドだけでなく酸化ガリウムや太陽光発電も
  半導体技術の確立から実用化を目指す
  回路作製で長時間ストレス試験も可能に
  測定だけでなく実装技術も向上し実用化への進捗拡大
  図.ダイヤモンド半導体デバイスの構造模式図
  図.ダイヤモンド半導体デバイスのパワー回路画像
  表.ダイヤモンド半導体デバイスの用途一例
  酸化ガリウムデバイスにおけるキラー欠陥の場所を特定
  速やかなフィードバックが実用化加速
  図.リーク電流経路からの微弱な発光を観察するイメージ図
  再生可能エネルギー×地元産業振興
  吉野ケ里メガソーラー(太陽光発電所)事業に参画中
 
国立大学法人 信州大学
  大学単独だけでなく産業振興機構と共に事業化見据えた開発
  県内優良企業と共に産学官連携しカーボンニュートラル
  既に4インチまで可能だが目指すは6インチ
  各種プロジェクトに参画し大口径化と高品質化
 
住友化学株式会社
  サイオクスを吸収合併し化合物半導体事業を強化
  10年以内に売上3倍以上を目指す
  高品質GaNは4インチ量産対応
  6インチは早期の量産を目指す
  図.住友化学のGaN基板画像
 
セラミックフォーラム株式会社
(SiCrystal AG/NovaSiC/HZDR Innovation GmbH /mi2-factory GmbH /Seen Semiconductors Ltd./Phystech GmbH)
  多工程への提案可能なラインアップを持つ総合専門商社
  パワーデバイス向けの需要の高まりからウエハーの販売伸長
  実用化のフェーズ色濃くなる
  表.セラミックフォーラムのウエハー加工対応可能サービス
  表.セラミックフォーラム製品・サービス一覧
 
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/Kyma Technologies)
  高品質SiCウエハーの8インチサイズサンプル展開
  北京新工場でSiCウエハーは倍々の生産能力増強
  2022年に8インチサイズSiCウエハーサンプル提供しており量産も視野
  表.TanKeBlueの4H、N型6インチサイズSiCウエハースペック一例
 
株式会社ノベルクリスタルテクノロジー
  株主と資本が増え、いよいよ酸化ガリウムデバイスの実用化へ
  ウエハー供給からデバイス開発、評価技術開発他など全方位対応
  β-酸化ガリウムを使用した1,200VのSBDで出力350Wとなる
  電力連続型力率改善回路の実機動作確認に成功
  表.電力変換効率の比較結果一覧
  SiCパワーデバイスを想定したデバイス開発のロードマップに沿って進む
  それを支えるウエハーの高品質化・低コスト化も対応し供給面もカバー
  検査・評価技術も開発
  キラー欠陥の管理でデバイスづくりの課題に先回り
  図.10 mm×15 mmの(001)面β-Ga2O3単結晶基板の異常透過X線トポグラフィ像図
 
国立大学法人 三重大学
  サファイアウエハー上にAlN膜を堆積する三宅式で世界最高効率
  各プロジェクトは高い評価で成功し、実装に向け大きく前進
  波長265nmで世界最高効率を記録
  研究成果から社会実装に向けた着実な進捗あり
  図.三宅研究室における研究内容のフローイメージ
  低コストで殺菌アプリケーションを実現
  コロナで広がった殺菌装置は当たり前の存在へ
 
三菱ケミカル株式会社
  6インチサイズだけでなく8インチも対応可能な結晶成長装置で
  量産準備を進める
  4インチウエハーサンプル出荷中
  来たる量産へ向け種結晶の確保を急ぐ
  国内外へのサンプル提供進む
  パワーデバイスとして、またそれ以外でも可能性を押し広げる
  図.三菱ケミカル製GaNウエハー外観画像
 
ヤマコー株式会社
  西日本最大手規模のリサイクル企業
  新規事業としてSiC単結晶成長装置を開発
  新規周波数可変型マルチ高周波誘導炉
  2025年度から製造装置の生産販売を目指す
  図.結晶成長時における従来技術と新技術の比較イラスト 
  図.試作した結晶画像
 
株式会社レゾナック
  デバイス事業で競合しない最適な共創パートナー
  SiCエピウエハトップメーカーとして高品質品「HGE-3G」を供給
  6インチ単結晶ウエハー量産と8インチエピウエハーサンプル提供を実現
  第二の創業を迎えイノベーションを巻き起こす
  表.レゾナックのウエハー供給確保計画の一部(種類、場所、時期、生産能力)
  図.レゾナックのエピウエハー専業ビジネスモデルイメージ
 
日本電信電話株式会社 先端技術総合研究所
  世界初となるAlNトランジスタを実現
  短波長での発光だけでなくパワー、高周波と期待高まる
  10年後の“スマートな世界”を見据えた最先端の基礎技術研究開発
  世界初となるAlNトランジスタ動作に成功
  図.ALNトランジスタの模式図
  図.各半導体材料の固有オン抵抗率と絶縁破壊電圧の性能指標イメージ 
  パワーだけでなく発光やRFとしてもポテンシャル高まる
  縦/横、ホモ/ヘテロも検討しながら広がる可能性
 
Orbray株式会社
  究極の半導体材料であるダイヤモンドの2インチサイズ提供開始
  パワーデバイスの共同研究も始まり、実用化へ大きく前進
  2インチサイズダイヤモンドウエハーの量産に成功
  2025年には4インチサイズの開発を目指す
  図.ステップフロー成長方法のイメージ図
  ダイヤモンドのデバイス開発
  「まずはp型トランジスタの実現から」と言える進捗
 
QureDA Research株式会社
  革新的技術「Dynamic AGE-ing®」による欠陥の無害化
  残留加工ゆがみの除去だけでなく独自の測定・評価技術による
  製造課題のソリューション提案へ
  欠陥の無害化技術だけでなくゆがみの可視化も
  8インチウエハー対応は2025年頃を目指す
  図.QureDA Researchのビジネスモデルイメージ
  図.Dynamic AGE-ing®による変更前/後のプロセスイメージ
  ウエハーの加工ゆがみを検査する技術を共同で開発
  さらにDAエッチングすることでゆがみ層を除去
  図.レーザー光散乱マッピング法によるイラスト
  図.DA法によるダメージフリーウエハーのためのエッチングイメージ
 
SICC Co., Ltd.(SICC GLOBAL株式会社)
  株式上場し今後の生産能力拡大プロジェクトにも旺盛
  半絶縁型でグローバルTOP3の実力をN型にも展開
  2022年は10万枚の実績
  上海新工場のフェーズ1となる増強で年間30万枚規模へ
  図.SICCの6インチSiCウエハー外観

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