<일본시장조사보고서>2021년판 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장의 현황과 전망~Si부터 SiC, GaN, Ga203 등 혁신 소재로 비가역적 전환~(일본어판)
(일본어목차)2021年版 ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望／SiからSiC、GaN、Ga2O3など革新素材へ不可逆転換
자료코드: C63103600 / A4 128p / 2021. 09. 07
◆조사개요
조사목적: 와이드밴드갭 반도체 단결정 메이커와 사업화를 위한 대응을 하고 있는 기업과 연구기관의 현재 동향과 향후 사업시책을 조사하고, 또한 디바이스화 메이커 등 관련조사를 추가함으로써 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장의 현황과 향후 동향을 파악하는 것을 목적으로 했다.
조사대상: 와이드밴드갭 반도체 단결정인 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 산화갈륨(Ga2O3), 질화알루미늄(AlN), 다이아몬드
조사방법: 전문조사원이 직접 면담취재를 실시
조사기간: 2021년 4월~2021년 8월
◆자료 포인트
• 와이드밴드갭 반도체 단결정: 2021년 120억엔 시장은 2027년에는 325억엔으로 약 2.7배로
• SiC: 메인사이즈 6인치뿐만 아니라 8인치를 양산 예정, 신규 플레이어가 속출하며 급확대의 일로
• GaN: 고품질 4인치의 양산목표가 명확하게, 조명 외에도 확대하며 파워와 RF용 개발이 본격화
• Ga2O3: 양산기술, 디바이스 개발이 활발해지고, SiC를 넘는 성능, 1/3의 가격이 목표
• AlN: 팬데믹으로 높아지는 제균·살균 수요, 디바이스 제품 개발 속도가 가속화되면서 라인업 증가 중
• 다이아몬드: 디바이스 개발이 선행하며 세계최고수준의 성과, 2인치화 출시 초읽기
• 각종 웨이퍼의 표준화를 위한 동향이 일부에서 있으며, 재료로서의 완성도가 향상
• 2019년판과의 차이:
1. 코로나19에 의한 시장의 영향을 게재.
2. 각 재료의 용도별 시장규모 정보를 확충.
3. Si웨이퍼 플레이어에 대한 취재도 실시, 기존 플레이어에서 본 시장에 관한 정보도 게재.
◆리서치 내용
조사결과의 포인트
1. 시장 동향
2. 와이드밴드갭 반도체 단결정 플레이어의 대응
3. 전망과 과제
제1장: 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장 현황과 전망 ~SiC, GaN, Ga2O3, 기타~
대체한다면 다시 Si에 돌아갈 수 없는 비가역성 진행
각 재료의 특성을 갈고 닦는 일이야말로 왕도이며 최단 루트
요구되는 통일기준
표준화가 재료의 완성도를 끌어올린다
면적기준으로는 2025년에 산화갈륨이 급성장
금액 기준으로는 SiC와 GaN이 계속 시장을 견인
표. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 종류별 시장규모 추이와 전망(면적, 금액 2020~2027년 예측)
그림. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 재료별 시장규모 추이와 전망(금액, 2020~2027년 예측)
그림. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 재료별 시장규모 추이와 전망(면적 2020~2027년 예측)
제2장: 재료별 단결정 시장 현황과 전망
SiC단결정 시장의 현황과 전망
에피택시얼 성장 품질 향상되었지만 TSD 등 정량측정이 과제
표. SiC단결정의 물성 특성과 적응 응용 제품, SiC채용 이점
고품질 그레이드 HGE-2G도 전개되며 수율 향상에 기여
표. SiC단결정 웨퍼, 에피택시얼 웨이퍼의 품질 동향
자동차용은 6인치로 진행되면서 8인치도 생산을 전망
그림. SiC단결정 시장규모 예측과 추이(금액 기준, 2020~2027년 예측)
그림. SiC단결정 용도분야별 시장규모 추이와 전망(금액 기준, 2020~2027년 예측)
표. SiC단결정 파워 디바이스+비생산분야 구경별 시장규모 추이와 전망(매수, 면적 2020~2027년 예측)
GaN단결정 시장 현황과 전망
4인치 본격 보급은 2023년경이지만
최근은 2인치로 신장
그림. GaN단결정의 용도 일람 이미지
표. GaN단결정 웨퍼 시장 진출 메이커의 주요 동향(또는 개요)
시장은 소폭증가 성장이 지속
조명용도 외로 착실하게 전환
그림. GaN단결정 시장규모 추이와 전망(금액, 수량, 2018~2027년 예측)
표. 웨이퍼 구경별 GaN단결정 시장규모 추이와 전망(금액, 수량, 2018~2027년 예측)
표. 구경별 GaN단결정 시장 전망(매수, 면적 2018~2027년 예측)
그림. 구경별 GaN단결정 시장규모 추이와 전망(면적 기준, 2018~2027년 예측)
산화갈륨 단결정 시장 현황과 전망
경이적인 Baliga 성능 지수와 압도적으로 유리한 액상 성장으로 결정품질은 문제없음
표. 각종 반도체 재료의 재료특성과 산화갈륨의 디바이스 응용을 위한 좋은 출처
코로나19로 국제 워크숍 연기되었지만 디바이스 개발은 진행
표. 산화갈륨의 디바이스화 기반기술 확립을 위한 필요사항과 목표
선행하는 α-산화갈륨 디바이스 개발, 추격하는 β-산화갈륨 디바이스
각국에서 신규 참가자의 조짐 있음
그림. 산화갈륨 관련 플레이어의 동향(결정구조별, 취급품별)
2025년에 가격은 SiC의 3분의 1이 최저조건
대체하는 아픔을 동반하고 시장은 급확대
그림. 산화갈륨 단결정 시장규모 추이와 전망(금액, 수량 2020~2027년 예측)
표. 산화갈륨 단결정 웨퍼 양산 시기 및 가격 동향 예측
표. 웨이퍼 구경 용도분야별 산화갈륨 시장규모 추이와 전망(금액, 매수, 2020~2027년 예측)
표. 구경별 산화갈륨 단결정 시장 예측(매수, 면적 2020~2027년 예측)
그림. 산화갈륨 단결정 구경별 매수 점유율 추이와 전망(2020~2027년 예측)
그림. 산화갈륨 단결정 구경별 면적 점유율 추이와 전망(2018~2025년 예측)
AlN단결정 시장 현황과 전망
코로나19의 영향으로 급확대
드디어 시장 형성기
표. AlN의 기본물성
중심은 살균용도
팬데믹을 억제하는 키디바이스
표. AlN단결정 기판 용도 일례
그림. 파장과 에너지의 관계도
그림. 주요 신자외선 LED관련 플레이어 상관 도표
표. 신자외선 LED제균·살균 어플리케이션 대응 플레이어 상황 일람
팬데믹이 바뀐 위생 관념
시장에서의 요구는 다양화
순수한 외판 웨이퍼 메이커는 소멸
265nm의 파장은 코로나19에 효과가 있으며 기존품 대비 에너지 절약
그림. AlN단결정 시장규모 추이와 전망(금액, 수량, 2020~2027년 예측)
다이아몬드 단결정 시장 현황과 전망
멀티 특성이 빛나는 최고의 재료
세계에서 일본의 대형화는 선행하지만 개발방침의 통일이 필요
우려되는 보석업계의 스핀오프는 기우?
단결정이 아니더라도 전자 디바이스로서 활용성 높아진다
표. 인공 다이아몬드의 용도 일례
그림. 다이아몬드 단결정 시장규모 추이와 전망(금액, 수량, 2020~2027년 예측)
그림. 사이즈군별 출하량 점유율 추이와 전망(매수, 2020~2027년 예측)
그림. 사이즈군별 출하량 점유율 추이와 전망(매수, 2020~2027년 예측)
제3장: 와이드밴드갭 반도체 단결정 관련 플레이어 동향
Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd.
헤테로 에피택시얼 성장으로 세계최대급 사이즈
1인치 원형 KENZAN DiamondTM 출시 직전
세계최고수준의 출력전압 및 전력을 얻은 디바이스 재료를 공급
그림. 대구경 다이아몬드 웨이퍼 이미지
공급가능 최대 크기는 20mm각
연구개발에서는 2인치 각 사이즈도
Air Water Inc.
심플하면서 고성능인 GaN on SiC on Si기판
양산성, 디바이스가 높은 평가
대망의 GaN on SiC on Si를 발표
파워 디바이스도 고주파도
그림. "GaN on SiC on Si기판"의 공정 및 구조 모식도
대구경으로 저렴한 Si기판상에 크랙 프리로 6μm 이상의 질소 화합물층을 성장
높은 내전압과 억제된 전류 붕괴의 양립을 실현
표. 본 구조(GaN on SiC on초크랄스키 Si)와 기존구조의 성능비교표
디바이스 개발에 의한 성과를 계속 발표
GaN 외의 질소 화합물에도 적용 가능하며 용도확대에 대한 기대가 높아진다
OSTECH Co.,Ltd.
（Hebei Synlight Crystal Co.,Ltd/Suzhou Nanowin Science and Technology Co.,Ltd）
수요에 대응하기 위해 SiC웨이퍼 생산능력 2배로
가공품 라인업이 증가하며 뉴노멀 체제 강화
Synlight Crystal(河北同光)은 중국뿐 아니라 일본에 대한 수요에 대응
SiC웨이퍼 생산능력 2배로
표. OSTECH가 취급하는 6인치 SiC웨이퍼 사양 일부
심각해지는 미·중 무역마찰에 유연하게 대응해 극복
오사카 시립대학
방열성 등 다양한 과제를 해결하는 이종재료접합
재료의 조합보다 계면의 취급이 중요
중산층의 열과 저항의 문제를 회피하며
전자 이동도와 방열성의 양쪽을 실현
그림. 접합장치에 의한 표면활성화 접합 이미지도
주식회사 OXIDE
광 기술로 시장을 밝게 비춘다
글로벌 틈새 톱기업으로 존재감 높아진다
설립 20년이 넘어서 상장, 새로운 비약
세계를 바꾸는 광 기술
멸종직전의 재료사업에서 세계 점유율 톱 제품을 창출
글로벌 틈새 톱 기업으로 순조롭게 추이
소재·재료 개발의 현황과 대책
모든 단결정을 취급한 경험으로 이끄는 최적조건
그림. 2인치 사이즈 SAM(ScAlMgO4) 웨이퍼(왼쪽)과 단결정 boule(오른쪽) 외관
국립대학법인 가나자와대학
대학에서 발상한 단결정 벤처도 흥하며 산학·지역제휴로 가속
호모/헤테로 불문하고 다이아몬드 디바이스의 조기사회 구현을 목표로 한다
웨이퍼와 디바이스뿐만 아니라 프로세스기술 개발도
다이아몬드의 보급을 모든 면에서 촉진
그림. 개발한 다이아몬드 웨이퍼 평탄화 기술의 메커니즘 이미지
그림. 처리 전후(좌우)의 다이아몬드 웨이퍼 표면의 SEM상
가나자와대학 독자적인 블랙 다이아몬드
보석장식품 용도뿐만 아니라 다비이스용도
SCIOCS Co. Ltd./Itochu Plastics Inc.
GaN/AlN템플릿과 GaN/GaAs에피택시얼 웨이퍼에서도 성장
설비 강화하는 GaN단결정 웨퍼로 2026년에는 100억엔가 목표
유일한 국내 외판 에피 메이커
GaN 웨이퍼뿐만 아니라 GaAs와 AlN 등 화합물 반도체를 넓게 커버
표. 화합물 반도체 제품 일례(분류, 용도, 특징, 종류/사이즈)
레이저 텔레비전과 프로젝션 매핑으로 활황
고주파와 파워도 국가 프로젝트로 연구 진행
표. 화합물 반도체 제품의 용도 일례(일부)
화합물 반도체로 300억엔, GaN단결정 웨퍼로 100억원 목표로
4인치 사이즈의 판매를 3배로 하며, 6인치의 설비투자도 검토
국립대학법인 사가대학
세계최고수준의 179MW/cm2이 되는 출력전력을 실현
다이아몬드 디바이스의 양산화는 5년 이내가 목표
다이아몬드는 새로운 동작원리가 성공하며 세계최고수준의 179MW/cm2을 실현
산화갈륨은 치명적인 영향을 미치는 결함 (Killer Defect)의 해명에 기여
그림. 새로운 동작원리와 기존구의 비교 이미지도와 보충 설명
그림. 세계최대 고전압과 대전류를 측정한 그래프
Showa Denko 주식회사
에피택시얼 성장뿐 아니라 단결정 웨퍼 개발도 실시
대망의 고품질 일본제 SiC에피택시얼 웨이퍼를 세계로
(독일)Infineon Technologies와 장기계약
덴소제품 파워 모듈에도 채용
표. Showa Denko 에피택시얼 웨이퍼 제품 스펙 표(일부)
국립대학법인 신슈대학/후지코시기계공업 주식회사
지름 2인치 단결정 육성에 성공, 4인치 대형화도 가능하게
결함밀도와 캐리어 이동도 해결하며 디바이스화 진척에 기대
벌크 단결정 육성의 전문가가 산화갈륨 웨이퍼 연구를 추진
그림. VB법으로 육성한 지름 2인치, Sn-doped,
(001)방위 성장 β-산화갈륨 단결정(왼쪽)과 절단·연마한 지름 2인치 웨이퍼(오른쪽) 이미지
그림. 개발한 대형 수직 브리지먼 장치로
원료의 용해·일방향 응고에 성공한 3인치(왼쪽)과 4인치(오른쪽) 사이즈의 β-산화갈륨 결정 이미지
(상기 결정의 결정성, 전기적 특성은 향후)
Stanley Electric 주식회사
심자외선 기술을 보다 안전한 사회를 위해서
LED로 코로나19에서 생명을 구한다
265nm 심자외선 LED로 물과 공기를 제균
코로나19의 불활성화에 효과적인 논문도 나온다
그림. 265nm-출력 심자외선 LED시리즈 ZEUBE265(왼쪽)과 ZEUDE265(오른쪽) 외관도
AlN 웨이퍼 메이커(미국) Hexatech를 인수
2025년도 제균사업으로 매출 500억엔 목표
Ceramic Forum 주식회사
（SiCrystal AG/NovaSiC/HZDR Innovation GmbH /mi2-factory GmbH /
Seen Semiconductors Ltd./Phystech GmbH ）
기술 기획도 가능한 종합전문상사
코로나19로 적극적인 신규 제품/서비스 개발로 라인업 충실
표. Ceramic Forum의 웨이퍼 가공 대응 가능 서비스
표. Ceramic Forum 제품·서비스 일람
간사이가쿠인대학/TOYOTA TSUSHO 주식회사
SiC웨이퍼의 결함을 무해화하는 혁신적 프로세스 기술과
새로운 가능성을 창출하는 오픈 이노베이션
주목의 SiC웨이퍼의 유해결함 제로 기술
오픈 이노베이션의 비즈니스 계획으로 모든 기업·공정에
열 제어에 의한 종합적인 품질 개선
PDCA를 위한 평가방법도 확립
그림. Dynamic AGE-ing법에 의한 BPD무해화 흐름 이미지도
그림. 질소농도의 변환제어에 의한 적층 이미지 일례
표. DA법에 따른 기저면 전이(BPD) 무해화 검증결과 사례
SiC장치의 보급 촉진을 뒷받침
NGK INSULATORS 주식회사
파워 반도체용 6인치 GaN웨이퍼 개발 성공
독자적 액상성장법으로 2030년에 100억엔 목표
레이저 다이오드에서 고주파 디바이스를 거쳐 파워 디바이스로
저탄소사회의 실현과 5G/6G를 뒷받침하는 키 재료
그림. FGAN®제품 외관 및 음극선 발광 이미지
표. NGK INSULATORS의 FGAN® 사이즈와 상정용도, 목표매출 추정(2019~2030년도)
New Metals and Chemicals Corporation, Ltd.
（TanKeBlue Semiconductor/Kyma Technologies/Ultratrend Technologies）
SiC와 GaN, AlN 등 다양한 웨이퍼를 통해 산업발전에 기여
SiC웨이퍼는 TSD와 BPD를 보증치로 제시
타사에 없는 대응으로 중국 메이커의 존재감 향상
Novel Crystal Technology, Inc.
β-산화갈륨 SBD샘플 출하가 눈앞, FET의 압력기록을 갱신
에피택시얼 웨이퍼는 4인치까지 양산가능, 6인치도 임박
웨이퍼 가격 SiC의 1/3으로
2025년에 6인치 양산으로 SBD부터 FET에도 대응
그림. SBD프로세스 완료 4인치 산화갈륨 에피택시얼 웨이퍼의 외관 이미지
그림. 산화갈륨 세로형 FET의 단면구조
Web면담을 활용하며 연구가 활발한 해외 디바이스 메이커 속출
국가 프로젝트와 다양한 협업을 거쳐서 발전
Mitsubishi Chemical Corporation
파일럿 장치로 연구개발을 진행하여 대형화 국면으로
2023년에 고품질 4인치 GaN웨이퍼 양산
제법의 특징을 활용한 전개
생산성이 높은 양산기술을 저압 산성 아모노서멀 "SCAAT™-LP"로 실현
그림. 파일럿 설비로 육성한 GaN단결정
국립대학법인 미에대학
살균·살균에 유효한 "심자외선 LED"의 고품질·저가격화
산업응용에 적합한 "미야케방식"으로 임한다
2가지 에코시스템에 의한 사업 추진으로 심자외선 LED의 실용화를 가속화
핵심기술 "미야케방식"이 개척하는 위드·포스트 코로나시대의 안전·안심으로
그림. 미야케방식에 의한 결정성장법부터 실용화 전개까지 플로우이미지
스패터법과 Face-to-Face법에 의한 아닐로 세계최고 품질을 실현
AlN-on-사파이어로 265nm의 LED를 제작, 실용화
그림. 미야케방식에 의한 기판제조방법 이미지도
실용화를 위해 다양한 대응을 실시
공기청정기에도 탑재적용을 확대하고 있어 수요는 급확대
주식회사 FLOSFIA
SBD양산을 거쳐 혁신소재에 의한 이노베이션을 촉진
파워 모듈 플랫폼으로 잠재시장 발굴도
"GaO®파워 디바이스"로 다양한 문제를 해결
그림. GaO®다이오드(SBD) 외관 이미지
그림. 파워 모듈 플랫폼(이미지도)
