Informe de análisis del tamaño, la cuota de mercado y las tendencias del mercado de dispositivos semiconductores de nitruro de galio (GaN) por producto (dispositivos de radiofrecuencia de GaN, opto-semiconductores, semiconductores de potencia), por componentes (transistor, diodo, rectificador, circuito integrado de potencia, otros), por tamaño de oblea (2 pulgadas, 4 pulgadas, 6 pulgadas, 8 pulgadas), por usuario final (automoción, electrónica de consumo, defensa y aeroespacial, sanidad, tecnología de la información y la comunicación, industria y energía, otros) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el periodo 2025-2033.

Factor de crecimiento del mercado

Avances en la tecnología de ingeniería genética

La tecnología de semiconductores de GaN ha experimentado un avance significativo en los últimos cinco años. Los semiconductores de GaN han mejorado notablemente el rendimiento de los diodos y sus costes de fabricación han disminuido considerablemente. Empresas como Toshiba Corporation, GaN Systems y Efficient Power Conversion Corporation se centran en el desarrollo de tecnología GaN de vanguardia. Se prevé que esta tendencia impulse la expansión del mercado durante el periodo de pronóstico. Por ejemplo, Toshiba Corporation creó una tecnología de proceso de dieléctrico de puerta para reducir las variaciones en las características de los dispositivos de potencia de GaN, como la tensión umbral, y aumentar su fiabilidad.

El desarrollo de la tecnología GaN es un objetivo prioritario para numerosas instituciones de investigación, como el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, la Sociedad Max Planck y la Asociación Helmholtz. Por ejemplo, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea creó la tecnología de semiconductores de nitruro de galio (GaN) de puerta corta en marzo de 2016. El desarrollo de semiconductores para aplicaciones como radar, comunicaciones por satélite y radio definida por software, que requieren un espectro de frecuencias más amplio, resulta idóneo para esta tecnología. Las instituciones de investigación están otorgando contratos a diversas empresas para impulsar los avances en la fabricación de semiconductores basados ​​en GaN. Por ejemplo, Raytheon Company recibió un contrato de 14,9 millones de dólares del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en abril de 2017 para mejorar su método de fabricación de semiconductores basados ​​en GaN.

Restricción del mercado

Alto costo del nitruro de galio (gan) a granel

El GaN es actualmente muy caro, con un coste cercano a los 1900 USD o más por un sustrato de dos pulgadas. En comparación con el sustrato de silicio, cuyo precio para un sustrato de seis pulgadas oscila entre los 25 y los 50 USD, el coste del GaN es mucho mayor. El elevado coste de fabricación del GaN es la principal causa de su alto precio. Los métodos amonotérmicos y de epitaxia en fase de vapor de hidruro (HVPE), utilizados para la fabricación de GaN, son mucho más caros que los de los sustratos de silicio. El elevado coste de la tecnología GaN sobre SiC supone un obstáculo importante para su adopción en aplicaciones como estaciones base de telecomunicaciones inalámbricas o televisión por cable. Además, la tecnología GaN sobre SiC no resulta rentable en comparación con tecnologías alternativas como Si-LDMOS para aplicaciones que operan en el rango de frecuencia inferior a 3,5 GHz.

Además, se prevé que el mayor coste del GaN sobre SiC en comparación con el SiC sobre SiC perjudique el crecimiento del mercado. Los productos con GaN sobre SiC cuestan aproximadamente un 50 % más que los que utilizan SiC sobre SiC. Asimismo, el GaN sobre SiC presenta una tasa de defectos significativamente mayor que el SiC sobre SiC, lo que podría tener un efecto negativo en la expansión del mercado. La introducción de nuevos materiales como el nitruro de aluminio (AlN), considerados sustitutos más eficientes para la producción de GaN a granel, podría frenar la expansión del mercado.

Oportunidad de mercado

Mayor uso de GAN en la infraestructura 5G

Actualmente, el GaN se emplea ampliamente en redes 5G en Estados Unidos y Japón para aplicaciones de densificación de redes de cabezales de radio remotos, celdas pequeñas y sistemas de antenas distribuidas (DAS). Se prevé que el GaN se utilice en aplicaciones de redes 5G de otras naciones, concretamente en celdas pequeñas, que requieren frecuencias más altas y bajos costes de instalación. El objetivo principal de los proveedores de servicios de telecomunicaciones es proporcionar redes con mayor capacidad, menor latencia y una conexión omnipresente. La eficiencia deInfraestructura 5GEn términos de eficiencia energética, la velocidad de los datos, la latencia y la capacidad de tráfico son otras áreas de interés para las operadoras de telecomunicaciones.

Para 2021, se prevé el lanzamiento comercial de redes 5G en países como Alemania, India y Rusia. Se espera que esto ofrezca a los fabricantes de dispositivos GaN perspectivas prometedoras. Gigantes de las telecomunicaciones como Nokia y AT&T impulsan activamente el uso extendido de GaN en la infraestructura 5G, incluyendo estaciones base, transmisores y centros de datos. Los dispositivos GaN son idóneos para su uso en la infraestructura de red 5G debido a su mayor eficiencia de drenaje. Además, los dispositivos GaN tienen una eficiencia de drenaje de aproximadamente el 60%, en comparación con menos del 50% para los dispositivos LDMOS.

Información sobre el producto

Según el tipo de producto, el mercado global de dispositivos semiconductores de GaN se divide en dispositivos de radiofrecuencia de GaN, opto-semiconductores y semiconductores de potencia. El segmento de semiconductores de potencia es el que más contribuye al mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,60 % durante el período de pronóstico. Los semiconductores de potencia basados ​​en GaN son excelentes para aplicaciones como dispositivos de microondas, ya que pueden funcionar a altas temperaturas. En los últimos años se han logrado avances significativos en estos semiconductores, incluyendo la protección de la función de potencia, posible gracias a la combinación de circuitos de procesamiento de datos y señales de bajo voltaje. Esto ha resultado útil en una variedad de dispositivos de consumo y periféricos de TI. La eficiencia y las capacidades de los circuitos integrados (CI) han mejorado debido a la reducción del costo del sistema y al menor tamaño de los chips. Los semiconductores de potencia de GaN también se emplean en comunicaciones satelitales, microinversores, balastos, fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), cargadores de automóviles eléctricos y baterías de vehículos eléctricos.

Los transistores emisores de luz (LED), las células solares, los fototransistores, los láseres y la optoelectrónica son solo algunas de las aplicaciones de los opto-semiconductores. El uso cada vez mayor de semiconductores de GaN en las industrias automotriz y de electrónica de consumo ha impulsado una mayor implementación de los opto-semiconductores. Se utilizan principalmente en láseres pulsados, iluminación interior y exterior, y luces para automóviles. También se emplean comúnmente en aplicaciones como láseres pulsados ​​y sistemas de detección y medición de luz (LiDAR), lo que fomenta la expansión del sector. Se prevé que la transición de cables coaxiales a fibras ópticas, en la que se centran los operadores de telecomunicaciones, acelere significativamente el crecimiento del segmento. Además, los letreros digitales y los dispositivos de visualización suelen utilizar LED fabricados con tecnología GaN.

Información sobre componentes

Según sus componentes, el mercado global de dispositivos semiconductores de GaN se divide en transistores, diodos, rectificadores, circuitos integrados de potencia y otros. El segmento de circuitos integrados de potencia posee la mayor cuota de mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 22,45 % durante el período de pronóstico. Debido a la creciente adopción de circuitos integrados de potencia basados ​​en GaN, que ofrecen características como navegación eficaz, prevención de colisiones y control de tráfico aéreo en tiempo real, se prevé que el mercado de circuitos integrados de potencia registre una CAGR sustancial durante el período de pronóstico. Fujitsu Ltd., Qorvo, Inc. y Toshiba Corporation también se están centrando en la creación de circuitos integrados de potencia para aplicaciones de telecomunicaciones, impulsando el crecimiento del segmento. Por ejemplo, en junio de 2017, Qorvo, Inc. lanzó el módulo frontal inalámbrico 5G de próxima generación de doble canal IC-QPF4005 para su uso en aplicaciones de punto a punto y estaciones base y terminales inalámbricas 5G. Además, para mejorar la fiabilidad de los circuitos integrados de potencia, Toshiba Corporation lanzó en agosto de 2017 la tecnología de proceso de dieléctrico de puerta. Esta tecnología reduce las variaciones en características como la tensión umbral.

El uso del diodo GaN en circuitos de interfaz, circuitos de control, cargas de conmutación, gestión de circuitos integrados y circuitos inversores en diversas aplicaciones electrónicas digitales constituye un factor clave. Su diseño compacto y peso ligero permiten una conmutación fiable y económica entre componentes eléctricos en miniatura. Además, la baja disipación de potencia y la resistencia a golpes y vibraciones del diodo GaN se traducen en una mayor fiabilidad y una mayor eficiencia energética.

Información sobre el tamaño de las obleas

Según el tamaño de la oblea, el mercado global de dispositivos semiconductores de GaN se divide en obleas de 2, 4, 6 y 8 pulgadas. El segmento de 6 pulgadas es el que más contribuye al mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 24,80 % durante el período de pronóstico. La oblea de 6 pulgadas ofrece una uniformidad de voltaje superior y un control de corriente preciso. Debido a características como un alto voltaje de ruptura y una baja fuga de corriente, se utiliza ampliamente en electrónica de consumo y equipos de defensa. El aumento en la fabricación de maquinaria de defensa ha facilitado la penetración de las obleas de 6 pulgadas en la industria del nitruro de galio. Los LED y fotodetectores de alta potencia utilizan los semiconductores en estas obleas. El creciente uso de estos semiconductores en productos utilizados en sectores e industrias como la salud, la aeroespacial y militar, y la automotriz, es alentador para el crecimiento del segmento.

Para suministrar dinámicamente GaN de alta potencia para transistores de GaN sobre silicio y otros periféricos electrónicos, se introdujo recientemente la oblea de 8 pulgadas. Los semiconductores con obleas de 8 pulgadas ayudan a minimizar la capacitancia parásita hasta en un 90% en comparación con aquellos con obleas de 4 y 6 pulgadas, lo que hace que se utilicen principalmente en electrónica de potencia ysemiconductor compuestoDispositivos para una mayor productividad y un control de procesos superior. Aplicaciones automotrices como sistemas de música, radios, sistemas de comunicación entre vehículos, cargadores para teléfonos inteligentes y sistemas de iluminación interior de automóviles utilizan dispositivos fabricados en obleas de 8 pulgadas.

Información sobre el usuario final

Según el usuario final, el mercado global de dispositivos semiconductores de GaN se divide en automoción, electrónica de consumo, defensa y aeroespacial, sanidad, tecnologías de la información y la comunicación, industria y energía, y otros. El segmento de tecnologías de la información y la comunicación posee la mayor cuota de mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,55 % durante el período de previsión. A medida que la tecnología del Internet de las Cosas (IoT) gana terreno, el nitruro de galio se utiliza con mayor frecuencia en las tecnologías de la información y la comunicación. Se prevé que la demanda de computación inteligente crezca aún más con la próxima generación de dispositivos en red, lo que proporciona un mercado estable para los semiconductores basados ​​en GaN. El silicio se utiliza en dispositivos TIC para aplicaciones de radiofrecuencia. El GaN está sustituyendo a estos dispositivos basados ​​en silicio porque proporciona una estabilidad superior y un menor consumo de energía. Los semiconductores de GaN se utilizan ampliamente en celdas pequeñas, redes de cabezales de radio remotos, sistemas de antenas distribuidas (DAS) y otras aplicaciones.

El nitruro de galio se utiliza en diversas aplicaciones de defensa y aeroespaciales para aumentar el ancho de banda y la fiabilidad del rendimiento en comunicaciones, guerra electrónica y radares. Los semiconductores de GaN presentes en los circuitos integrados utilizados en las placas de radar hacen posible una navegación eficaz, la prevención de colisiones y el control del tráfico aéreo en tiempo real. Además, los amplificadores de señal de radio militares y las piezas de artillería electrónica utilizan nitruro de galio. Los transistores FET de GaN también se utilizan con mayor frecuencia en electrónica de potencia, incluyendoconvertidores CC-CC.

El GaN se utiliza en diversos tipos de dispositivos electrónicos, como placas base de ordenadores, cargadores de dispositivos electrónicos y fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). También se emplea en LED, utilizados tanto en iluminación interior como exterior. Los LED utilizados en mandos a distancia para electrodomésticos como aires acondicionados, televisores, sistemas de entretenimiento y frigoríficos son algunos de los principales ejemplos de dispositivos electrónicos de consumo que utilizan GaN. Estos programas contribuyen a la expansión del sector de la electrónica de consumo, que en 2021 dominó el mercado de usuarios finales.

Análisis regional

América del Norte es el accionista más importante en el mercado global de dispositivos semiconductores de nitruro de galio (GaN) y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 22,35% durante el período de proyección. Se espera que los esfuerzos gubernamentales para promover la creación de dispositivos semiconductores de potencia basados ​​en GaN impulsen la demanda de sistemas MBE en América del Norte. El proyecto GaN Initiative for Grid Applications (GIGA) fue iniciado en 2009 por la Oficina de Suministro de Electricidad y Confiabilidad Energética del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). El objetivo principal del proyecto era crear dispositivos electrónicos de potencia basados ​​en la tecnología de nitruro de galio sobre silicio (GaNonSi), comotransformadores de estado sólidolimitadores de corriente de falla, inversores y controladores de flujo de potencia. Estas soluciones mejoraron la capacidad de una red eléctrica para absorber, gestionar y redirigir la energía.

Tendencias del mercado en Asia-Pacífico

Asia-Pacífico Se espera que crezca a una CAGR del 24,20 %, generando USD 3.375,48 millones durante el período de pronóstico. Se estima que la industria regional de Asia-Pacífico se expandirá al ritmo más rápido de cualquier mercado regional durante el período proyectado debido al acelerado avance tecnológico y la consiguiente demanda de componentes de RF eficientes y de alto rendimiento. Algunos de los mayores productores de electrónica de consumo en la zona, incluidos dispositivos de pantallas LED, teléfonos móviles y consolas de videojuegos, son países como China y Japón. Este es un importante impulsor de la expansión del mercado regional. La demanda de dispositivos de comunicación fiables ha aumentado debido al incremento de los presupuestos de defensa en países como China, India y Corea del Sur. Se prevé que esta demanda impulse el mercado de dispositivos de RF basados ​​en GaN. El aumento masivo en la adopción de dispositivos electrónicos inalámbricos y la amplia infraestructura de telecomunicaciones en la región de Asia-Pacífico impulsan aún más el mercado.

Tendencias del mercado europeo

Se prevé que Europa experimente un crecimiento significativo durante el período de pronóstico. Imosys fue seleccionada como representante europeo de Efficient Power Conversion Corporation en julio de 2016, y es responsable de brindar soporte técnico y gestionar las operaciones de ventas y marketing. El amplio alcance de Imosys, su experiencia técnica y su capacidad para ofrecer asistencia local fueron factores clave para que la empresa lograra su objetivo de ampliar la disponibilidad de electrónica de vanguardia en toda Europa para su uso por ingenieros y diseñadores.