光集積回路市場 サイズと展望 2025-2033

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フォトニック集積回路市場の成長要因

LiDARの小型化に向けた投資と研究

自動車、航空宇宙、通信業界が協力してLiDAR業界向けの分光計を製造している状況によると、小型で手頃な価格、そして信頼性の高いフォトニクス集積回路への需要が非常に高いとのことです。そのため、小型化に対する商業的な需要は強いです。このデバイスは、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、高速動作と小型・高エネルギー効率を兼ね備えた変調器を実現しました。この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特徴としています。統合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、処理帯域幅、レイテンシ、電力効率の大幅な向上が求められており、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切り開きます。

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、デバイスの小型化に伴い、プロセッサ機能を拡張し、価値ある機能を提供するための新しい構成要素の開発に取り組んでいます。さらに、複雑な回路をプロセッサチップに超高密度に統合できることも求められています。

市場の制約

従来型ICへの継続的な需要

ハイブリッド光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を備えていますが、市場への浸透は比較的限られています。現在の市場環境では、多くのファウンドリがハイブリッド光集積回路を大量に生産しています。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ついては、現在も研究が進められています。 IoTハードウェアが存在しない状況下でも、従来型ICが量産アプリケーションに浸透し、その分野の改良により継続的な成長が促進されています。量産アプリケーションにおけるPICの使用を阻害するもう一つの要因は、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の需要の高まりです。

市場機会

通信・データセンターにおける成長アプリケーション

データセンターと通信業界は、ハイブリッドPICの使用から大きなメリットを得ています。通信・データセンター市場におけるハイブリッド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件です。5Gと高速ネットワークの進歩が、この加速をさらに加速させる要因となっています。トランシーバーと受動部品の開発と普及により、PICは通信業界で広く知られる技術となりました。5Gの登場により、ワイヤレス技術と無線技術の重要性がさらに高まりました。しかし、フォトニクスと光ファイバーは、新世代の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います。高度なイノベーションは、他のメーカーが自社の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上でも役立っています。さらに、クラウドアプリケーション（DC）の増加により、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増加しています。

コンポーネントの種類に関する洞察

世界市場は、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、光増幅器の4つに分かれています。

レーザー（光レーザー）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22.3%のCAGR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、光集積回路（IC）の効率的な動作に不可欠です。レーザーは光集積回路（IC）に組み込むことも、外部で使用することもできます。ハイブリッド光集積回路に最もよく使用される半導体は、分布帰還型レーザー（DFB）です。DFB半導体レーザーは、コルゲート導波路に似た集積格子構造を用いて製造できます。DFBは、単一共振器モード（単一周波数動作）を持つ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ます。このグレーティングは通常、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など、幅広い新しい用途に加え、主に大容量長距離光通信用の光信号として利用されています。

電界吸収型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。この変調器は、印加電界によって吸収スペクトルを変化させることで機能します。これによりバンドギャップエネルギーが変化しますが、キャリアの励起はほぼ排除されます。電気光学変調器と比較して、EAMは大幅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に適しています。 EAMは、通信における外部変調リンクや、集積光子・電気デバイス回路の内部リンクに使用されます。EAMは、現在の変調方式に比べて10分の1の低電圧で動作し、発熱も10分の1に抑えられ、高速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、その他の原材料に分かれています。

III-V族材料セグメントは最大の市場規模を誇り、予測期間中は年平均成長率（CAGR）21.8%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族材料です。インジウムリンとガリウムヒ素は、光源として使用されるIII-V族半導体の2つの例です。これらの材料は、多くの場合、個別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、より大きな結合損失、大きな物理的フォームファクタ、そして高額なパッケージコストを伴います。 III-V族半導体化合物材料であるガリウムヒ素（GaAs）は、様々な集積回路や電界効果トランジスタ（FET）（IC）に利用されています。GaAsベースの光エレクトロニクス部品は、高い電子移動度により、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。

今後の全光通信ネットワークに不可欠な要素の一つが、シリカ・オン・シリコン（SoS）です。受動誘電体部品と半導体能動電子回路および光子デバイスをモノリシックに統合することは、シリコンプラットフォームをベースとした平面光波回路（PLC）へのトレンドに挑戦するものです。軽量で設置場所が限られているなどの利点から、接続アプリケーションはSOSの性能にとって最も有利です。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。 WDM（波長分割多重）光通信システム、波長選択デバイス、そしてバイオセンサーやバイオ分析マイクロ技術を含む光センシングにおいて、インプリントブラッググレーティングを備えた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。

統合プロセスの洞察

世界市場はハイブリッドとモノリシックに分かれています。

モノリシック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21.8%のCAGRで成長すると予測されています。モノリシック統合では、異なる材料が同じウェーハ基板上に製造されます。ハイブリッドシステムと比較して、モノリシック統合には性能面でいくつかの欠点があります。モノリシック統合では、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、ハイブリッド統合は優れた性能と設計の自由度を提供します。モノリシック統合フォトニック集積回路は、複数の材料の採用に伴う問題を回避するために、単一材料で構成された様々な能動型および受動型光デバイスに使用されています。これらのシングルチップ光集積回路は、エネルギー効率と信頼性に関して、ハイブリッド光集積回路に比べていくつかの利点があります。

光集積回路は、ハイブリッド集積技術を用いて2つ以上の材料から構築されます。このハイブリッド技術の主な利点は、それぞれの光学機能に最適な材料を選択できることです。しかし、それぞれの材料は独自の設計を持っているため、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光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。モノリシック光量子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判明しています。モノリシック光回路のこれらの制約は、複数の光技術を単一の機能ユニットに統合する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。ハイブリッド光集積回路は、高い効率と低い製造コストを特長としており、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、幅広い用途に使用されています。

アプリケーションインサイト

世界市場は、通信、バイオメディカル、データセンター、その他のアプリケーションに分かれています。

データセンターセグメントは最大の市場規模を誇り、予測期間中は21.9%のCAGR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、光ファイバーケーブルの複雑な網目構造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1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光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間でネットワークを400Gb/s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（リンクあたり4x100Gb/sレーンを集約）。データセンターでは、安価で電力効率の高い光通信の需要が飛躍的に増加し、光集積回路（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興サービスは、光トランスポートネットワーク技術の発展を促進しています。これらのサービスは、将来の光通信業界の発展とアーキテクチャの変革を推進するでしょう。あらゆるスマートフォンやタブレットにビデオクライアントが搭載され、ネットワーク接続を介してビデオをより簡単に視聴できるモバイルアクセスは、この拡大をさらに加速させます。銅線ケーブルのデータ伝送容量の限界に達するにつれ、ネットワーク事業者はデータ伝送に電気導体ではなくレーザー光源を利用するケースが増えています。データ通信に飢えた消費者のニーズを満たすため、データ伝送と通信を向上させるトランシーバーの開発が進んでいます。

地域分析

アジア太平洋地域は、収益への最大の貢献者であり、予測期間中に年平均成長率（CAGR）25.2%で成長すると見込まれています。エレクトロニクスおよび通信セクターの成長と、多くの半導体生産拠点の東南アジア諸国への急速な移転により、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・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重点を置いた多数のアプリケーション向けに、様々な材料技術とプラットフォームが開発されています。

ヨーロッパ市場動向

ヨーロッパは、予測期間中に年平均成長率（CAGR）22.6%で成長すると見込まれています。EUの執行機関である欧州委員会は、長年にわたり光集積回路（IC）技術に投資を行ってきました。これには、基礎研究、概念実証デバイスおよび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への最先端の投資が含まれます。その結果、現在、これらの地域ではPICエコシステムが活発に構築されており、PIC技術の力を解き放ち、経済面および社会面の幅広い面で住民に利益をもたらす可能性を秘めています。

さらに、ヨーロッパではPIC開発を推進するためのいくつかのイニシアチブが開始されています。例えば、InPulseは、優れたアイデアを持ちながらPIC製造施設を持たない企業に、リン化インジウムをベースとしたPICの最新製造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。次世代の通信ネットワークとサービスに向けた、将来の接続システムとコンポーネントの基礎技術に関する高レベルの戦略ロードマップが、欧州の通信・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によって策定されています。

北米市場動向

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、光集積回路（PIC）ベースのデバイス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の需要増加により、クラウドコンピューティングにおけるデータトラフィックが増加しています。この地域では、光集積回路産業が急成長を遂げる可能性を秘めています。2021年末までに、北米はクラウド市場における導入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・航法・タイミング（PNT）デバイス向けの光集積回路の開発を目指しています。これは、GPS信号が届かない状況でGPSを代替できるため、大きなメリットとなります。米軍は、高性能な位置・航法・タイミング（PNT）デバイス用の光集積回路の開発を目指しています。これは、GPS信号が届かない状況でGPSの代替となる可能性があり、大きなメリットとなります。

中東市場動向

中東では、近年、技術基盤の構築が重視されるようになり、電子工学および光工学技術がますます普及しています。例えば、国家科学技術イノベーション計画では、サウジアラビアにおけるイノベーションが評価されています。キング・アブドゥルアズィーズ科学技術都市（KACST）は、サウジアラビアの知識基盤型社会と経済を支える、民間の非営利独立系国立研究開発機関です。この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、同社にとって中東および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。

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光集積回路市場のトップ競合他社

1. Neophotonics corporation
2. Poet Technologies
3. II-VI Incorporated
4. Infinera Corporation
5. Intel Corporation
6. Cisco Systems Inc.
7. Source Photonics Inc.
8. Lumentum Holdings
9. Caliopa (Huawei Technologies Co. Ltd)
10. Effect Photonics
11. Colorchip Ltd.

最近の開発状況

• 2022年2月 - データセンターおよび通信市場向けにPOET光インターポーザ™およびフォトニック集積回路（PIC）の設計・開発を行うPOET Technologies Inc.は、Liobate Technologiesとの提携を発表しました。この提携により、POETの光エンジンに先進的な薄膜ニオブ酸リチウム（「TFLN」）変調器を組み込み、データセンターおよび通信アプリケーション向けの電力効率の高い超高帯域電気光変換を実現します。
• 2022年11月 - II-VI Incorporatedは11件の買収と1件の投資を行いました。同社はこれらの買収に36億6000万米ドル以上を費やしました。 II-VI Incorporatedは、通信インフラ技術、アナログおよびミックスドシグナルIC、フォトニクスなど、複数の分野に投資してきました。