窒化ガリウム（GaN）半導体デバイス市場規模、シェア、トレンド分析レポート：製品別（GaN無線周波数デバイス、光半導体、パワー半導体）、コンポーネント別（トランジスタ、ダイオード、整流器、パワーIC、その他）、ウェハサイズ別（2インチ、4インチ、6インチ、8インチ）、エンドユーザー別（自動車、家電、防衛・航空宇宙、ヘルスケア、情報通信技術、産業・電力、その他）、地域別（北米、欧州、アジア太平洋、中東・アフリカ、ラテンアメリカ）予測、2025年～2033年

市場成長要因

遺伝子工学技術の進歩

GaN半導体技術は過去5年間で著しく進歩しました。GaN半導体はダイオードの性能を大幅に向上させ、製造コストも大幅に低下しました。東芝、GaNシステムズ、Efficient Power Conversion Corporationなどの市場参加企業は、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。例えば、東芝は、しきい値電圧などのGaNパワーデバイス特性の変動を低減し、信頼性を向上させ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、多くの研究機関の重点研究テーマとなっています。例えば、空軍研究所は2016年3月に短ゲート型窒化ガリウム（GaN）半導体技術を開発しました。レーダー、衛星通信、ソフトウェア無線など、より広い周波数帯域を必要とする用途向けの半導体開発には、この技術が適しています。研究機関は、GaNベースの半導体製造技術の進歩を促進するため、様々な企業に契約を提供しています。例えば、レイセオン社は2017年4月、空軍研究所からGaNベースの半導体製造方法の改良に関する1,490万米ドルの契約を獲得しました。

市場抑制

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1,900米ドル以上かかります。6インチ基板の価格帯が25～50米ドルである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の製造に用いられるアンモノサーマル法と水素化物気相エピタキシー（HVPE）法は、シリコン基板の製造よりもはるかにコストがかかります。GaN-on-SiC技術のコストが高いことが、無線通信基地局やケーブルテレビなどの用途における窒化ガリウム・オン・シリコンカーバイド（GaN-on-SiC）の採用を阻む大きな障害となっています。さらに、GaN-on-SiC技術は、3.5GHz以下の周波数帯域で動作する用途において、Si-LDMOSなどの代替技術と比較するとコスト効率が良くありません。

さらに、SiC-on-SiCに比べてGaN-on-SiCのコストが高いことが市場の成長を阻害すると予想されます。GaN-on-SiC製品は、SiC-on-SiC製品よりも約50%高価です。加えて、GaN-on-SiCはSiC-on-SiCよりも欠陥率が著しく高く、これが市場拡大に悪影響を及ぼす可能性があります。バルクGaNの製造においてより効率的な代替材料と考えられている窒化アルミニウム（AIN）などの新素材の導入は、市場の拡大を抑制する可能性があります。

市場機会

5GインフラにおけるGANの利用拡大

現在、GaNは米国と日本の5Gネットワ​​ークにおいて、リモート無線ヘッドネットワークの高密度化、タイニーセル、分散アンテナシステム（DAS）などの用途で広く利用されています。GaNは、より高い周波数と低い設置コストが求められるタイニーセルなど、他の国の5Gネットワ​​ーク用途にも使用されると予測されています。通信サービスプロバイダーの主な目的は、より多くの容量、より低い遅延、そしてあらゆる場所への接続を備えたネットワークを提供することです。5Gインフラエネルギー効率の観点から見ると、データ速度、遅延、およびトラフィック容量は、通信事業者にとって関心のあるもう一つの分野である。

2021年までに、ドイツ、インド、ロシアなどの国々で商用5Gネットワ​​ークの展開が見込まれています。これにより、GaNデバイスメーカーには大きなビジネスチャンスがもたらされると予想されています。基地局、送信機、データセンターなどの5GインフラにおけるGaNの利用拡大は、NokiaやAT&Tといった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、その優れたドレイン効率により、5Gネットワ​​ークインフラ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デバイスでは50%未満です。

製品に関する洞察

製品別に見ると、世界のGaN半導体デバイス市場は、GaN無線周波数デバイス、オプト半導体、およびパワー半導体に二分されます。パワー半導体セグメントは市場への貢献度が最も高く、予測期間中に年平均成長率（CAGR）21.60%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、高温で動作できるため、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、これらの半導体には大きな進歩があり、低電圧データおよび信号処理回路を組み合わせることで可能になったパワーファンクション保護などが含まれます。これは、さまざまな民生機器やIT周辺機器で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、電気自動車用バッテリーにも使用されています。

発光ダイオード（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、光半導体の用途のほんの一部にすぎません。自動車および民生用電子機器業界におけるGaN半導体の利用拡大により、光半導体の普及が進んでいます。これらは主にパルス駆動レーザー、屋内および屋外照明、自動車用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・測距（LiDAR）などの用途にも広く用いられており、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は、この分野の成長を大幅に加速させ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機器にも、GaN技術を用いたLEDが頻繁に使用されています。

コンポーネントに関する洞察

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、およびその他の2つに分類されます。パワーICセグメントは最大の市場シェアを占めており、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、リアルタイム航空交通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.、東芝株式会社も通信アプリケーション向けのパワーICの開発に注力しており、このセグメントの成長を促進しています。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、東芝は2017年8月にゲート誘電体プロセス技術を発表しました。この技術は、しきい値電圧などの特性の変動を低減します。

GaNダイオードは、各種デジタル電子機器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、インバータ回路などに広く用いられており、その普及を牽引する重要な役割を担っています。小型軽量設計により、小型電子部品間のスイッチングが信頼性が高く、低コストで実現できます。さらに、GaNダイオードは低消費電力で、機械的衝撃や振動にも強いため、信頼性の向上とエネルギー効率の向上に貢献します。

ウェハーサイズに関する考察

ウェ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インチに二分されます。6インチセグメントは市場への貢献度が最も高く、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インチウェハは優れた電圧均一性と精密な電流制御を提供します。高い耐圧と少ない電流漏れなどの特徴により、民生用電子機器や防衛機器で広く使用されています。防衛機器製造の増加は、窒化ガリウム産業における6インチウェハの市場浸透を促進しました。高出力LEDと光検出器は、これらのウェハ上の半導体を使用しています。ヘルスケア、航空宇宙、軍事、自動車などの分野や産業で使用される製品におけるこれらの半導体の使用の増加は、セグメントの成長を促進しています。

GaNオンシリコン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インチウェハが導入されました。8インチウェハを使用した半導体は、4インチおよび6インチウェ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および化合物半導体生産性向上と優れたプロセス制御を実現するデバイス。自動車用アプリケーション、例えば音楽システム、ラジオ、車車間通信システム、スマートフォン用車載充電器、車内照明システムなどはすべて、8インチウェハーで製造されたデバイスを使用している。

エンドユーザーのインサイト

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、家電、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、その他に分類されます。情報通信セグメントは最大の市場シェアを占めており、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て、窒化ガリウムは情報通信技術でより頻繁に使用されるようになります。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 デバイスとともにさらに増加すると予想され、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用の ICT デバイスで使用されています。GaN は、優れた安定性と少ない電力消費を提供するため、これらのシリコンベースのデバイスに取って代わりつつあります。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)、その他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性能の信頼性を向上させるために、さまざまな防衛および航空宇宙用途で利用されています。レーダーボードに使用されるICに見られるGaN半導体は、効果的なナビゲーション、衝突回避、リアルタイム航空交通管制を可能にします。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、パワーエレクトロニクスでもますます頻繁に使用されています。DC-DCコンバータ。

GaNは、コンピュータのマザーボード、電子機器の充電器、スイッチング電源（SMPS）など、さまざまな電子機器に利用されています。GaNは、屋内照明と屋外照明の両方に使用される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、冷蔵庫などの家電製品のリモコンに使用されるLEDは、GaNデバイスが使用されている主要な家電製品の一つです。これらのプログラムは、2021年にエンドユーザー市場を席巻した家電産業の拡大に貢献しています。

地域分析

北米は世界の窒化ガリウム（GaN）半導体デバイス市場において最も重要なシェアを占めており、予測期間中に年平均成長率（CAGR）22.35%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開発を促進する政府の取り組みにより、北米におけるMBEシステムの需要が増加すると見込まれています。GaN Initiative for Grid Applications（GIGA）プロジェクトは、2009年に米国エネルギー省（DOE）の電力供給・エネルギー信頼性局によって開始されました。このプロジェクトの主な目標は、窒化ガリウム・オン・シリコン（GaNonSi）技術に基づいたパワーエレクトロニクスデバイス、例えば、固体変圧器故障電流制限器、インバータ、電力潮流制御装置など。これらのソリューションにより、電力網の電力吸収、管理、および再配分能力が向上した。

アジア太平洋地域の市場動向

アジア太平洋 予測期間中、年平均成長率 (CAGR) 24.20% で成長し、33億7,548 万米ドルの収益を生み出すと予想されています。アジア太平洋地域の業界は、技術進歩の加速と、それに伴う効率的で高性能な RF コンポーネントへの需要により、予測期間中にどの地域市場よりも速いペースで拡大すると推定されています。LED ディスプレイ デバイス、携帯電話、ゲーム機など、この地域の家電製品の大手メーカーには、中国や日本などの国があります。これが、この地域市場の拡大の大きな推進力となっています。中国、インド、韓国などの国防予算の拡大により、信頼性の高い通信機器への需要が拡大しています。この需要が GaN ベースの RF デバイス市場を活性化させると予想されます。アジア太平洋地域における無線電子機器の普及の大幅な増加と、広範な通信インフラも、市場をさらに牽引しています。

欧州市場の動向

予測期間中、ヨーロッパは大幅な成長が見込まれています。イモシス社は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、販売、マーケティング業務を担当しています。イモシス社の広範なネットワーク、豊富な技術経験、そして現地でのサポート体制は、エンジニアやデザイナーがヨーロッパ全域で最先端の電子機器を利用できるように拡大するという同社の目標達成に貢献する要因となりました。