窒化ガリウム（GaN）半導体デバイス市場規模は、2023年に26億米ドルと評価されました。予測期間（2024～2032年）中に22.7%のCAGRで成長し、 2032年までに166億米ドルに達すると予測されています。
シリコンデバイスと比較すると、GaN 半導体デバイスは、高電力密度、高スイッチング周波数、および改善された電力効率で動作します。非常に硬く、機械的に安定したワイドバンドギャップ半導体は、窒化ガリウム (GaN) です。GaN ベースのパワーデバイスは、破壊強度、スイッチング速度、熱伝導率、およびオン抵抗の点でシリコンベースのデバイスを大幅に上回っています。GaN は、冷却要件がないことや手頃な価格など、いくつかの利点により、同時代のガリウムヒ素やシリコンと比較して拡大しています。GaN 技術は、予測期間を通じて、LiDAR、ワイヤレス充電、データセンター、およびその他の半導体ベースのアプリケーションなどのアプリケーションで需要が高まると予測されています。
| レポート指標 | 詳細 |
|---|---|
| 基準年 | 2023 |
| 研究期間 | 2022-2032 |
| 予想期間 | 2024-2032 |
| 年平均成長率 | 22.7% |
| 市場規模 | |
| 急成長市場 | アジア太平洋地域 |
| 最大市場 | 北米 |
| レポート範囲 | 収益予測、競合環境、成長要因、環境＆ランプ、規制情勢と動向 |
| 対象地域 |
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遺伝子工学技術の進歩
GaN 半導体技術は、過去 5 年間で大きく進歩しました。GaN 半導体はダイオードの性能を大幅に向上させ、製造価格も大幅に低下しました。東芝、GaN Systems、Efficient Power Conversion Corporation などの市場参加者は、最先端の GaN 技術の開発に注力しています。この傾向は、予測期間中の市場拡大を促進すると予想されます。一例として、東芝は、しきい値電圧などの GaN パワー デバイス特性の変化を低減し、信頼性を高めるゲート誘電体プロセス技術を開発しました。
GaN 技術の開発は、空軍研究所、マックスプランク協会、ヘルムホルツ協会など、多くの研究機関の焦点となっています。たとえば、空軍研究所は 2016 年 3 月に短ゲート窒化ガリウム (GaN) 半導体技術を開発しました。この技術は、より広い周波数スペクトルを必要とするレーダー、衛星通信、ソフトウェア定義無線などの用途向けの半導体開発に適しています。研究機関は、GaN ベースの半導体製造の進歩を促進するために、さまざまな企業と契約を結んでいます。たとえば、レイセオン社は 2017 年 4 月に空軍研究所から GaN ベースの半導体の製造方法を改善する 1,490 万ドルの契約を獲得しました。
バルク窒化ガリウム（GAN）の高コスト
GaNは現在非常に高価で、2インチ基板で約1,900ドル以上します。6インチ基板の価格帯が25～50ドルのシリコン基板と比較すると、GaNのコストははるかに高くなります。GaNの製造コストが高いことが、バルクGaNの価格が高い主な原因です。GaNの製造に利用されるアンモノサーマル法とハイドライド気相成長法（HVPE）は、シリコン基板よりもはるかに製造コストが高いです。GaN-on-SiC技術のコストが高いことは、無線通信基地局やケーブルテレビなどのアプリケーションで窒化ガリウム-シリコンカーバイド（GaN-on-SiC）の採用を妨げる大きな障害です。さらに、GaN-on-SiC技術は、3.5GHz未満の周波数範囲で動作するアプリケーションでは、Si-LDMOSなどの代替技術と比較して費用対効果が高くありません。
さらに、GaN-on-SiC は SiC-on-SiC に比べてコストが高いため、市場の成長が阻害されると予想されます。GaN-on-SiC の製品は、SiC-on-SiC の製品よりも約 50% 高価です。さらに、GaN-on-SiC は SiC-on-SiC よりも欠陥率が大幅に高いため、市場の拡大に悪影響を与える可能性があります。バルク GaN を製造するためのより効率的な代替品であると考えられている窒化アルミニウム (AIN) などの新しい材料の導入は、市場の拡大を抑制する可能性があります。
5GインフラにおけるGaNの利用増加
現在、GaN は米国と日本の 5G ネットワークで、リモート無線ヘッド ネットワークの高密度化アプリケーション、小型セル、分散アンテナ システム (DAS) に広く採用されています。GaN は、より高い周波数と低い設置コストを必要とする小型セルなどの他の国の 5G ネットワーク アプリケーションで使用される予定です。通信サービス プロバイダーの主な目的は、ネットワークに、より大きな容量、より短い遅延、そして、あらゆる場所での接続を提供することです。エネルギー効率、データ速度、遅延、トラフィック容量の観点から見た5G インフラストラクチャの効率は、通信事業者にとってもう 1 つの関心分野です。
2021 年までに、ドイツ、インド、ロシアなどの国で商用 5G ネットワークが開始されると予想されています。これにより、GaN デバイスのメーカーに大きな展望がもたらされると予想されます。基地局、送信機、データ センターを含む 5G インフラストラクチャでの GaN の拡大使用は、Nokia や AT&T などの通信大手によって積極的に推進されています。GaN デバイスはドレイン効率が優れているため、5G ネットワーク インフラストラクチャでの使用に適しています。さらに、GaN デバイスのドレイン効率は約 60% であるのに対し、LDMOS デバイスのドレイン効率は 50% 未満です。
世界の窒化ガリウム (GaN) 半導体デバイス市場は、製品、コンポーネント、ウェーハ サイズ、エンド ユーザー別にセグメント化されています。
製品に基づいて、世界の GaN 半導体デバイス市場は、GaN 無線周波数デバイス、光半導体、およびパワー半導体に分かれています。
パワー半導体セグメントは、市場への最大の貢献者であり、予測期間中に21.60％のCAGRで成長すると予想されています。GaNベースのパワー半導体は、高温でも機能するため、マイクロ波デバイスなどの用途に最適です。過去数年間でこれらの半導体は大幅に進歩しており、低電圧データと信号処理回路を組み合わせることで可能になった電力機能保護もその1つです。これは、さまざまな消費者向けデバイスやIT周辺機器に役立つことが証明されています。システムコストの削減とチップサイズの小型化により、集積回路（IC）の効率と機能が向上しました。GaNパワー半導体は、衛星通信、マイクロインバータ、バラスト、SMPS、電気自動車充電器、電気自動車バッテリーにも使用されています。
発光トランジスタ（LED）、太陽電池、フォトトランジスタ、レーザー、オプトエレクトロニクスは、オプト半導体の用途のほんの一部にすぎません。自動車および家電業界で GaN 半導体の使用が拡大したことで、オプト半導体の導入が進みました。これらは主に、パルス駆動レーザー、屋内および屋外照明、自動車のライトなどに使用されています。また、パルスレーザーや光検出および測距（LiDAR）などの用途でもよく使用されており、この分野の拡大を後押ししています。通信事業者が注力している同軸ケーブルから光ファイバーへの移行により、この分野の成長が大幅に加速すると予想されています。さらに、デジタルサイネージやディスプレイデバイスでは、GaN 技術で作られた LED が頻繁に使用されています。
コンポーネントに基づいて、世界の GaN 半導体デバイス市場は、トランジスタ、ダイオード、整流器、パワー IC などに分かれています。
パワーICセグメントは最高の市場シェアを誇り、予測期間中に22.45％のCAGRで成長すると予想されています。効果的なナビゲーション、衝突回避、リアルタイムの航空管制などの機能を提供するGaNベースのパワーICの採用が拡大しているため、パワーIC市場は予測期間中に大幅なCAGRを記録すると予測されています。富士通株式会社、Qorvo、Inc.、および東芝株式会社も、通信アプリケーション向けのパワーICの作成に注力しており、このセグメントの成長を後押ししています。たとえば、2017年6月、Qorvo、Inc.は、ポイントツーポイントおよび5Gワイヤレス基地局および端末アプリケーションで使用するためのデュアルチャネル次世代5GワイヤレスフロントエンドモジュールIC-QPF4005をリリースしました。さらに、パワーICの信頼性を向上させるために、東芝株式会社は2017年8月にゲート誘電体プロセス技術を発表しました。これにより、しきい値電圧などの特性の変化が低減されます。
さまざまなデジタル電子アプリケーションにおけるインターフェース回路、ドライバ回路、スイッチング負荷、IC 回路管理、インバータ回路での GaN ダイオードの使用は、重要な原動力です。コンパクトな設計と軽量により、小型電気部品間のスイッチングが信頼性が高く、低コストになります。さらに、GaN ダイオードは消費電力が低く、機械的衝撃や振動に強いため、信頼性が向上し、エネルギー効率が向上します。
ウェーハサイズに基づいて、世界の GaN 半導体デバイス市場は 2 インチ、4 インチ、6 インチ、8 インチに分かれています。
6インチセグメントは市場への最大の貢献者であり、予測期間中に24.80％のCAGRで成長すると予想されています。6インチウェーハは、優れた電圧均一性と微細な電流制御を提供します。高いブレークダウン電圧やわずかな電流漏れなどの機能により、民生用電子機器や防衛機器で広く使用されています。防衛機械製造の増加により、窒化ガリウム業界で6インチウェーハの市場浸透が促進されました。高出力LEDと光検出器は、これらのウェーハ上の半導体を利用しています。ヘルスケア、航空宇宙、軍事、自動車などの分野や業界で利用される製品でのこれらの半導体の使用が増えていることは、このセグメントの成長を後押ししています。
GaN-on-Siトランジスタやその他の電子周辺機器に高ワットGaNを動的に供給するために、最近8インチウエハが導入されました。8インチウエハを使用した半導体は、4インチや6インチウエハを使用した半導体と比較して寄生容量を最大90％削減できるため、主にパワーエレクトロニクスや複合半導体デバイスで使用され、生産性の向上と優れたプロセス制御を実現します。音楽システム、ラジオ、車車間通信システム、スマートフォンの車載充電器、自動車の室内照明システムなどの自動車アプリケーションでは、すべて8インチウエハで製造されたデバイスが使用されています。
エンドユーザーに基づいて、世界の GaN 半導体デバイス市場は、自動車、民生用電子機器、防衛および航空宇宙、ヘルスケア、情報通信技術、産業および電力、その他に分かれています。
情報通信セグメントは最高の市場シェアを誇り、予測期間中に21.55%のCAGRで成長すると予想されています。モノのインターネット（IoT）技術が普及するにつれ、情報通信技術では窒化ガリウムがより頻繁に使用されています。インテリジェントコンピューティングの需要は、次世代のネットワークデバイスによってさらに高まると予想されており、GaNベースの半導体の安定した市場を提供します。シリコンは、無線周波数アプリケーションのICTデバイスで使用されています。GaNは優れた安定性と低消費電力を提供するため、これらのシリコンベースのデバイスに取って代わっています。GaN半導体は、スモールセル、遠隔無線ヘッドネットワーク、分散アンテナシステム（DAS）などのアプリケーションで広く使用されています。
窒化ガリウムは、通信、電子戦、レーダーの帯域幅とパフォーマンスの信頼性を高めるために、さまざまな防衛および航空宇宙アプリケーションで使用されています。レーダーボードで使用される IC に使用されている GaN 半導体により、効果的なナビゲーション、衝突回避、リアルタイムの航空管制が可能になります。さらに、軍用無線信号ブースターや電子砲兵部品にも窒化ガリウムが使用されています。GAN FET は、 DC-DC コンバーターなどのパワーエレクトロニクスでも頻繁に使用されています。
GaN は、コンピューターのマザーボード、電子機器の充電器、スイッチング電源 (SMPS) など、さまざまな種類の電子機器で利用されています。GaN は、屋内と屋外の両方の照明に使用される LED にも使用されています。エアコン、テレビ、エンターテイメント システム、冷蔵庫などの消費者向け製品のリモコンに使用される LED は、GaN デバイスに使用される主要な消費者向け電子機器の 1 つです。これらのプログラムは、2021 年にエンド ユーザー市場を支配した消費者向け電子機器業界の拡大に貢献しています。
世界の窒化ガリウム (GaN) 半導体デバイス市場は、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、LAMEA の 4 つの地域に分かれています。
北米は、世界の窒化ガリウム（GaN）半導体デバイス市場で最も重要なシェアを占めており、予測期間中に22.35％のCAGRで成長すると予想されています。 GaNベースのパワー半導体デバイスの作成を促進する政府の取り組みにより、北米でのMBEシステムの需要が増加すると予想されています。 グリッドアプリケーション向けGaNイニシアチブ（GIGA）プロジェクトは、米国エネルギー省（DOE）の電力供給およびエネルギー信頼性局によって2009年に開始されました。 このプロジェクトの主な目的は、ソリッドステートトランス、故障電流リミッター、インバーター、電力フローコントローラーなど、シリコン上の窒化ガリウム（GaNonSi）テクノロジーに基づくパワーエレクトロニクスデバイスを作成することでした。 これらのソリューションにより、電力網の電力の吸収、管理、および再ルーティング能力が向上しました。
アジア太平洋地域は、予測期間中に年平均成長率24.20%で成長し、33億7,548万米ドルを生み出すと予想されています。アジア太平洋地域の産業は、技術進歩の加速と、その結果としての効率的で高性能なRFコンポーネントの需要により、予測期間中にどの地域市場よりも速い速度で拡大すると推定されています。この地域のLEDディスプレイデバイス、携帯電話、ゲームコンソールなどの消費者向け電子機器の最大手生産国には、中国や日本などの国があります。これは、地域市場の拡大の重要な原動力です。中国、インド、韓国などの国では、防衛予算の拡大により、信頼性の高い通信デバイスの需要が拡大しています。この需要により、GaNベースのRFデバイス市場が活性化すると予想されます。アジア太平洋地域でのワイヤレス電子機器の採用の大幅な増加と通信インフラストラクチャの普及により、市場がさらに推進されます。
ヨーロッパは予測期間中に大幅な成長が見込まれています。Imosys は 2016 年 7 月に Efficient Power Conversion Corporation のヨーロッパ代理店に選ばれ、技術サポートと販売およびマーケティング業務を担当しています。Imosys の広範なリーチ、技術経験、現地支援を提供する能力はすべて、ヨーロッパ全域で最先端の電子機器をエンジニアや設計者が利用できるように拡大するという同社の目標に貢献した要素です。
The global gallium nitride (GaN) semiconductor devices market’s major players are
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