フォトニック集積回路市場の規模、シェア、トレンド分析レポート：コンポーネントの種類別（レーザー（光レーザー）、変調器、検出器、トランシーバー、マルチプレクサ／デマルチプレクサ、光増幅器）、原材料の種類別（III-V族材料、ニオブ酸リチウム、シリコンオンシリカ、その他の原材料）、集積プロセス別（ハイブリッド、モノリシック）、用途別（電気通信、バイオメディカル、データセンター、その他の用途）、地域別（北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、中東およびアフリカ、ラテンアメリカ）の予測、2025年～2033年

フォトニック集積回路市場の成長要因

画像の小型化に向けた投資と研究

自動車、航空宇宙、通信企業が協力して分光計を製造しているが、小型で手頃な価格で信頼性の高いフォトニクス集積回路に対する大きなニーズがある。LiDAR業界そのため、小型化に対する強い商業的需要がある。関連デバイスは、二酸化ケイ素層と薄いニオブ酸リチウム（LN）コーティングで構成されており、小型でエネルギー効率が高く、高速動作が可能な変調器となっている。変調器の電気光学モード体積は0.58 m3で、17.5 GHzの変調帯域幅と1.98 GHz/Vのチューニング効率を備えている。集積型光信号プロセッサは、従来の電気信号プロセッサと連携して、高度な信号処理ハードウェアプラットフォームへの道を開くため、処理帯域幅、レイテンシ、電力効率の大幅な改善が求められている。

同様に、三菱電機研究所によると、シリコンフォトニクスプラットフォームは、プロセッサの機能を拡張し、デバイスの小型化の進展に対応した有益な機能を提供するための新しい構成要素を模索している。さらに、複雑な回路をプロセッサチップに超高密度集積化することも求められている。

市場抑制

従来型ICに対する継続的な需要

ハイブリッドフォトニック集積回路は非常に効率的で、従来のICに比べて多くの利点があるにもかかわらず、市場への浸透度は比較的限られています。多くのファウンドリが現在の市場環境において、相当量のハイブリッドフォトニック集積回路を製造しています。ハイブリッドPICを低コストで大量生産するために必要な材料に関する研究は、現在も続けられています。IoTハードウェアの不在にもかかわらず、従来型ICが量産型アプリケーションに浸透していることは、その分野の進歩のおかげで、継続的な成長を促進しています。量産型アプリケーションにおけるPICの利用を阻害するもう1つの要因は、スマートシステムやインテリジェントシステム向けの汎用ICに対するニーズの高まりです。

市場機会

通信およびデータセンターにおけるアプリケーションの拡大

データセンターと通信業界は、ハイブリッドPICの使用から大きな恩恵を受けています。通信およびデータセンター市場でハイブリッドPICの導入が拡大している主な理由は、従来のICでは対応できない高いデータ転送速度の要求です。5Gと高速ネットワークの進歩が、さらなる加速の要因とされています。トランシーバーと受動部品の開発と普及により、PICは通信業界でよく知られた技術となりました。5Gの登場により、無線およびラジオ技術がより注目されるようになりました。しかし、フォトニクスと光ファイバーは、新世代基地局との間の信号伝送において重要な役割を果たしてきました。高度なイノベーションは、他のメーカーがニーズを満たす低コストのハイブリッドPICハードウェアを開発するのにも役立っています。さらに、クラウドアプリケーション（DC）の増加に伴い、データセンターが管理しなければならないトラフィック量は急速に拡大しています。

地域分析

アジア太平洋地域は最大の収益貢献地域であり、予測期間中に年平均成長率（CAGR）25.2%で成長すると予想されています。エレクトロニクスおよび通信分野の成長と、多くの半導体生産拠点が東南アジア諸国へ急速に移転したことで、中国を含むアジア太平洋地域は重要な市場となっています。中国のPIC技術は過去10年間で急速に進歩しました。中国では、9件以上の重要なPICプロジェクトが発表されています。光ネットワークや無線ネットワーク、光インターコネクト、コヒーレント光通信など、ブロードバンド通信に焦点を当てた多数のアプリケーション向けに、さまざまな材料技術とプラットフォームが開発されています。

欧州市場の動向

欧州は予測期間中、年平均成長率（CAGR）22.6%で成長すると予想されています。欧州委員会（EUの執行機関）は、数年にわたりフォトニック集積回路（IC）技術に投資してきました。これには、基礎研究への最先端投資、概念実証デバイスとソフトウェアの開発、そして最近ではパイロットライン製造が含まれます。その結果、現在、これらの地域では活気のあるPICエコシステムが形成されており、PIC技術の力を解き放ち、住民に経済的および社会的な幅広い面で恩恵をもたらす可能性を秘めています。

さらに、欧州におけるPIC開発を促進するための他のいくつかの取り組みも開始されています。例えば、InPulseは、優れたアイデアを持ちながらもPIC製造設備を持たない企業に対し、リン化インジウムをベースとしたPICの最新生産技術へのアクセスを提供するパイロットイニシアチブです。また、欧州の通信およびマイクロエレクトロニクス分野の産業界および研究開発企業は、次世代の通信ネットワークおよびサービスを対象とした、将来の接続システムおよびコンポーネントの基盤技術に関する高レベルの戦略ロードマップを策定しています。

北米市場の動向

北米では、データセンターと光ファイバー通信の広域ネットワーク (WAN) アプリケーションが、フォトニック集積回路 (PIC) ベースのデバイスの市場を牽引しています。 IoT の急速な普及と高速データ伝送に対する需要の増加により、クラウド コンピューティングのデータ トラフィックが増加しています。この地域には、フォトニック集積回路産業が急成長する可能性を秘めています。 2021 年末までに、北米はクラウド マーケットの採用率が最も高くなると予想されています。 米軍は、高性能な位置、ナビゲーション、タイミング (PNT) デバイス用のフォトニック集積回路の構築を目指しています。 これは、GPS 信号がない状況で GPS を置き換えることができ、有利です。 米軍は、高性能な位置、ナビゲーション、タイミング (PNT) デバイス用のフォトニック集積回路の構築を目指しています。 これは、GPS 信号がない状況で GPS を置き換えることができ、有利です。

中東市場の動向

中東では、技術基盤の構築に重点が置かれるようになったため、近年、電子工学やフォトニクス技術がより普及しています。例えば、サウジアラビアの国家科学技術イノベーション計画では、サウジアラビアのイノベーションが評価されています。キング・アブドゥルアジーズ科学技術都市（KACST）は、サウジアラビアの知識基盤型社会と経済を支援する、民間の非営利独立国家研究開発機関です。同地域の企業からのサービス需要の高まりに対応するため、IBMはアラブ首長国連邦に2つのデータセンターを開設すると発表しました。これは同社にとって中東・アフリカのクラウドストレージ分野への初の進出となります。

コンポーネントの種類に関する洞察

世界の市場は、レーザー（光レーザー）、変調器、検出器、送受信機、多重化器／逆多重化器、および光増幅器の2つに分けられる。

レーザー（光レーザー）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）22.3%で成長すると予測されています。レーザーは光源として機能し、フォトニック集積回路の効率的な動作に不可欠です。レーザーはフォトニック集積回路（IC）に組み込むことも、外部で使用することも可能です。ハイブリッドフォトニック集積回路で最も一般的な半導体は、分布帰還型レーザー（DFB）です。DFB半導体レーザーは、波状導波路に似た集積グレーティング構造を使用して製造できます。DFBは、単一共振器モード（単一周波数動作）のファイバーレーザーまたは半導体レーザーです。ファイバーレーザー方式では、分散反射はファイバーブラッググレーティング内で発生し、通常は数センチメートルまたは数ミリメートルの長さです。DFBは、ファイバーセンシング、3Dセンシング、ガスセンシング、呼吸器や血管のモニタリングなどの疾患診断といった幅広い新規アプリケーションに加えて、主に大容量長距離光通信の光信号として利用されています。

電気吸収変調器と呼ばれる半導体デバイスは、電圧（光変調器）を用いてレーザービームの強度を変化させるために使用されます。これは、印加された電界によって生じる吸収スペクトルを変化させることで機能し、バンドギャップエネルギーを変化させますが、キャリアの励起はほぼ完全に抑制されます。電気光学変調器と比較して、EAMははるかに高速かつ低電圧で動作できます。これらのデバイスは数十GHzの変調帯域幅を実現できるため、ハイブリッドフォトニックICに有用です。EAMは、電気通信における外部変調リンクや、集積フォトニックデバイスおよび電気デバイス回路における内部リンクに使用されます。EAMは、現在の変調方式よりも10分の1の電圧で動作し、10分の1の発熱量で動作し、より高速な信号伝送を可能にします。

原材料の種類に関する洞察

世界の市場は、III-V族材料、ニオブ酸リチウム、シリカ・オン・シリコン、およびその他の原材料の3つに二分される。

III-V 材料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 21.8% の CAGR で成長すると予測されています。GaAs、InP、GaN、InAs、InSb などの材料が最も一般的な III-V 材料です。リン化インジウムとヒ化ガリウムは、光源として使用される III-V 半導体の 2 つの例です。これらの材料は、多くの場合、個別のパッケージ部品として実装されます。これらの外部光源は通常、結合損失が大きく、物理的な形状が大きく、パッケージングコストが高くなります。III-V 半導体化合物材料であるヒ化ガリウム (GaAs) は、いくつかの集積回路や電界効果トランジスタ (FET) (IC) で使用されています。GaAs ベースの光電子部品は、電子移動度が高いため、200GHz を超える周波数で動作する高速電子スイッチングアプリケーションに役立ちます。

次世代の全光通信ネットワークに不可欠な要素の一つが、シリコン上にシリカを積層した構造（SoS）です。受動誘電体部品と半導体能動電子回路およびフォトニックデバイスを一体化したこの技術は、シリコンプラットフォームをベースとした平面光導波路回路（PLC）への流れを覆すものです。軽量で設置場所が限られるといった利点から、接続用途はSoSの性能を最大限に活かす上で最も有利です。しかし、SoS平面導波路デバイスの構造を構成する層の特性は、その性能に大きな影響を与えます。波長分割多重（WDM）光通信システムでは波長選択デバイスとして、またバイオセンサーや生体分析マイクロ技術を含む光センシングにおいては、インプリントブラッグ格子を備えたSoS導波路技術に基づくデバイスの用途が拡大しています。

統合プロセスに関する洞察

世界の市場は、ハイブリッド型とモノリシック型の2つに分けられる。

モノリシック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) 21.8% で成長すると予測されています。モノリシック集積では、同じウェハ基板上に異なる材料が製造されます。ハイブリッドシステムと比較すると、モノリシック集積は性能面でいくつかの欠点があります。モノリシック集積では、組み立て前にすべてのコンポーネントを個別に最適化およびテストすることはできません。そのため、ハイブリッド集積は優れた性能と設計の自由度を提供できます。モノリシック集積フォトニック集積回路は、複数の材料を採用する際の問題を回避するために、単一材料を使用したさまざまなアクティブおよびパッシブ光デバイスで使用されています。これらのシングルチップフォトニック集積回路は、エネルギー効率と信頼性に関して、ハイブリッドフォトニック集積回路よりもいくつかの利点があります。

フォトニック集積回路は、ハイブリッド集積技術を用いて2種類以上の材料から構成されます。このハイブリッド技術の主な利点は、それぞれの光学的機能に最適な材料を選択できることです。ただし、各材料は独自の設計を持つため、複数の材料を混合する必要があります。近年のチップベースのフォトニック量子回路技術の進歩は、量子情報処理に劇的な影響を与えています。モノリシックなフォトニックプラットフォームでは、ほとんどの量子アプリケーションの厳しい要件を満たすことが困難であることが分かっています。モノリシックなフォトニック回路のこうした制約は、複数のフォトニック技術を単一の機能ユニットに統合したハイブリッドプラットフォームによって解決できる可能性があります。ハイブリッドフォトニック集積回路は、高効率かつ低コストで製造できるため、無線通信、ハイエンドコンピューティング、サーバー、データセンター、医療機器、軍事・航空宇宙製品など、多くの用途があります。

アプリケーションインサイト

世界の市場は、通信、生物医学、データセンター、その他の用途の4つの分野に二分される。

データセンター分野は最大の市場規模を誇り、予測期間中に年平均成長率（CAGR）21.9%で成長すると予測されています。データセンター内のサーバーラックは、複雑な光ファイバーケーブル網を介して光リンクで接続されています。現在、データセンター内のデータトラフィックは、4x25 Gb/sのシングルチャネルまたはレーン100 Gb/sの光回線でサポートされています。シングルモードファイバーは、数メートルから2キロメートルに及ぶファイバー長でデータを転送するこれらのネットワークにおいて、長距離伝送に適した光技術です。データ需要の高まりに対応するため、データセンター事業者は今後数年以内にネットワークを400 Gb/sの光リンクにアップグレードする可能性が高いと考えられます（リンクごとに4x100 Gb/sレーンを集約）。データセンター内では、低コストで電力効率の高い光通信に対する需要が飛躍的に増加し、フォトニック集積回路（IC）市場を牽引するでしょう。

超広帯域ビデオサービス、データセンタークラウド相互接続サービス、5Gモバイルネットワークサービスといった新たなサービスが登場し、光伝送ネットワーク技術の発展を後押ししています。これらのサービスは、将来の光通信産業の発展とアーキテクチャの変革を推進するでしょう。スマートフォンやタブレットに搭載されているビデオクライアントにより、ネットワーク接続を介してビデオを簡単に視聴できるようになったモバイルアクセスも、その拡大をさらに加速させています。銅線ケーブルのデータ伝送容量が限界に達するにつれ、通信事業者は電気導体ではなくレーザー光源を用いてデータを伝送するケースが増えています。データ需要の高い消費者のニーズに応えるため、データ伝送と通信性能を向上させるトランシーバーの開発が進められています。