<일본시장조사보고서>2023년판 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장의 현황과 전망/탄소중립으로 향하는 지름길은 바로 여기(일본어판)
(일본어목차)2023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／カーボンニュートラルへの近道はコチラ
자료코드: C65102200 / A4 116 / 2023. 07. 31
단결정 양산체제의 강화뿐만 아니라 연구·개발에서 양산으로의 스텝 업 다수.
고품질화와 대구경화에만 주력하는 단계에서 디바이스 탑재·응용의 과제를 무너뜨리는 개발로 전환
◆조사개요
• 조사목적: 와이드밴드갭 반도체 단결정 메이커와 사업화를 진행하고 있는 기업과 연구기관의 현재 동향과 향후 사업 시책을 조사하고, 또한 디바이스화 메이커 등의 주변 조사를 추가함으로써 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장의 현황과 향후 동향을 파악하는 것을 목적으로 한다.
• 조사대상:
와이드밴드갭 반도체 단결정인 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 산화갈륨(Ga2O3), 질화알루미늄(AlN), 다이아몬드
• 조사내용:
제1장 와이드밴드갭 반도체 단결정 현황과 전망
제2장 재료별 단결정 시장의 현황과 전망
제3장 와이드밴드갭 반도체 단결정 관련 플레이어 동향
• 조사방법: 당사 전문조사원의 대면취재
• 조사기간: 2023년 4월~2023년 7월
◆자료 포인트
• 모든 재료에서 파워 디바이스 용도, 즉 탄소중립 공헌이 확인, 가속화
• 2023년 269억 엔 시장, 2030년 3,176억 엔으로 12배가량 늘어난 와이드밴드갭 반도체 단결정
• SiC: 디바이스 메이커의 투자전에 응해, 각 웨이퍼 메이커가 설비 투자&증산이 한창
• GaN: 6인치 양산 임박, 8인치도 염두에 둔 체제 구축을 서두르다
• Ga2O3: 웨이퍼 개발은 지체 없이 디바이스도 개발 성과 속속 발표, SiC를 대체할 기초는 반석
• AlN: 연구소에서는 파워 용도의 디바이스 개발에 성공해 살균 용도 이외의 전개도 확대된다
• 다이아몬드: 틈새 용도로 실용화가 시작될 뿐만 아니라 세로형 연구개발도 시작, 4인치가 눈앞
• 지난 리포트와의 차이:
웨이퍼 가공기술 동향 추가
계속 진화하고 있는 연마, 절삭, 연삭기술 등의 가공기술 동향을 팔로우
리서치 내용
조사결과 포인트
1. 시장동향
2. 와이드밴드갭 반도체 단결정 플레이어의 대응
3. 전망과 과제
제1장 와이드밴드갭 반도체 단결정 시장의 현황과 전망
‘탄소중립으로 가는 지름길은 이쪽’
면적과 금액에서 SiC가 메인이 되는 와이드밴드갭 반도체
최근 메인은 6인치, 앞으로는 8인치 제품도 출시
면적 및 금액 기준으로도 압도적인 SiC
뒤를 잇는 것은 GaN인가 Ga2O3인가?
표. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 종류별 시장규모 추이와 예측
(면적, 금액, 2020~2030년 예측)
그림. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 재료별 시장규모 추이와 예측
(금액, 2020~2030년 예측)
그림. 와이드밴드갭 반도체 단결정 기판 재료별 시장규모 추이와 예측
(면적, 2020~2030년 예측)
제2장 재료별 단결정 시장 현황과 전망
SiC 단결정 시장의 현황과 전망
파워 디바이스 영역의 선두 주자
표. SiC 단결정 물성 특징과 적응응용 제품, SiC 채택 장점
고품질 그레이드 HGE-3G도 전개되어 에피하우스로서의 위상 향상
표. SiC 단결정 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼의 품질 동향
6인치가 메인인 시장
샘플 전개될 8인치 양산도 임박
그림. SiC 단결정 시장규모 예측과 추이(금액기준, 2020~2030년 예측)
그림. SiC 단결정 용도분야별 시장규모 추이와 예측(금액기준, 2020~2030년 예측)
표. SiC 단결정 파워 디바이스+비생산 분야 구경별 시장규모 추이와 예측
(장수, 면적, 2020~2030년 예측)
GaN 단결정 시장의 현황과 전망
Beyond 5G 주목도 향상
SiC보다 후발이라도 성능 우위인 GaN
그림. GaN 단결정 용도 일람 이미지
표. GaN 단결정 웨이퍼 시장 진출 업체의 주요 동향 일례(또는 개요)
시장은 소폭 성장이 계속
6인치 전망이 밝을 뿐만 아니라 8인치도 시야에
그림. GaN 단결정 시장규모 추이와 예측(금액, 수량, 2020~2030년 예측)
표. 웨이퍼 구경별 GaN 단결정 시장규모 추이와 예측(금액, 수량, 2020~2030년 예측)
표. 구경별 GaN 단결정 시장 예측(장수, 면적,2020~2030년 예측)
그림. 구경별 GaN 단결정 시장규모 추이와 예측(면적기준, 2020~2030년 예측)
산화갈륨 단결정 시장의 현황과 전망
액상 성장에 의한 성질의 우수성이 가져오는 고품질 대구경
표. 각종 반도체 재료의 재료 특성과 산화갈륨의 디바이스 응용에 적합한 성질
표. 산화갈륨의 디바이스화 기반기술 확립을 위한 필요사항과 목표
그림. 산화갈륨 관련 플레이어 동향(결정구조별, 취급품별)
2025년에는 가격을 SiC의 3분의 1로
대체되는 아픔을 동반해 시장 급성장
그림. 산화갈륨 단결정 시장규모 추이와 예측(금액, 수량 2020~2030년 예측)
표. 산화갈륨 단결정 웨이퍼 양산시기 및 가격동향 예측
표. 웨이퍼 구경 용도분야별 산화갈륨 시장규모 추이와 예측
(금액, 장수, 2020~2030년 예측)
표. 구경별 산화갈륨 단결정 시장 예측(장수,면적,2020~2030년 예측)
그림. 산화갈륨 단결정 구경별 장수 점유율 추이와 예측(2020~2030년 예측)
그림. 산화갈륨 단결정 구경별 면적 점유율 추이와 예측(2020~2030년 예측)
AlN 단결정 시장의 현황과 전망
순수 AlN 단결정 웨이퍼 시장은 거의 전무
파장 265nm의 길을 가다
표. AlN의 기본 물성
파장의 우위성보다 종합적인 살균·살균 성능이 요구된다.
호모 AlN vs 헤테로 AlN
표. AlN 단결정 기판 용도 일례
그림. 주요 심자외선 LED 관련 플레이어 상관도
표. 심자외선 LED 살균 및 살균 애플리케이션 대응 플레이어 상황 목록
당분간은 살균 및 살균용 광원으로 전개
파장 265nm 뿐만 아니라 222nm도 개발되어 빛에 의한 살균·살균은 활용의 폭이 확대
그림. AlN 단결정 시장규모 추이와 예측(금액, 수량, 2020~2030년 예측)
다이아몬드 단결정 시장의 현황과 전망
두드러진 특징이 돋보이는 궁극의 반도체
웨이퍼 메이커의 IPO와 공동연구, 전자 디바이스로서 세계 최초의 성과도 나타나
재료 디바이스의 개발 속도가 빨라지다
표. 인공 다이아몬드 용도 일례
그림. 다이아몬드 단결정 시장규모 추이와 예측(금액, 수량, 2020~2030년 예측)
그림. 사이즈군별 출하 장수 점유율 추이와 예측(장수, 2020~2030년 예측)
그림. 사이즈군별 출하 장수 점유율 추이와 예측(장수, 2020~2030년 예측)
웨이퍼 가공기술 동향
디바이스화가 진행됨에 따라 표면화되는 과제, 선두 기업의 이익을 획득할 수 있는 타이밍
제3장 와이드 밴드갭 반도체 단결정 관련 플레이어 동향
Hebei Synlight Crystal Co., Ltd.
40년이 넘는 경험으로부터 강한 네트워크
차세대 반도체 파워 디바이스 및 5G 특화
8인치 SiC 웨이퍼 2023년 샘플 출하
2025년 양산 예정
표. Hebei Synlight Crystal과의 제휴사 목록
표. Hebei Synlight Crystal이 취급하는 N타입 4H의 6인치 SiC 웨이퍼 사양 일부
오사카공립대학(大阪公立大学)
디바이스 고성능화의 열쇠를 쥐고 있는 이종 재료 직접접합
다이아몬드 성능과 잘 조합하여 산업화 가속화
오사카시립대학과 오사카부립대학에 의한 오사카공립대학
이론적 수준의 실증을 거쳐 IC 등 응용 기대
그림. 3C-SiC의 열전도율과 다른 반도체 재료를 비교한 그래프
고주파 디바이스에도 다이아몬드 웨이퍼 부착 수요가 높아지다
대구경화/대면적화에는 과제 산적
OOKUMA DIAMOND DEVICE 주식회사
다이아몬드 반도체 제품 양산 실현
국난에 맞서는 홋카이도대학·산업기술종합연구소의 벤처
폐로 사업을 통한 관통한 제조 노하우를 보유한 것이 강점
수직통합으로 제품제조를 통해 사업 런칭, 사회 구현
그림. 반도체 재료별 성능 비교 차트(다이아몬드, 실리콘, 탄화규소)
폐로 이외의 영역은 차세대 파워 반도체나 고주파 반도체
다이아몬드의 특징이 매치되는 영역으로
주식회사 SICOXS
환경부하 저감재료인 접합 SiC 웨이퍼 본격 양산 임박
6인치는 공급 가능, 8인치도 사정거리
스미토모금속광산 100% 자회사로서
2025년에 접합 SiC 웨이퍼 월산 1만 장(6인치 환산)을 목표
표. SICOXS 제조공정별 거점 목록
고성능 접착 SiC 웨이퍼 'Sickest®'
한 장이라도 더 많은 수요가에게 공급
그림. 'SiCkrest®' 외관 이미지
그림. SICOXS 접합 웨이퍼의 제조 흐름 이미지
저저항, 고열전도도 유지, 높은 굽힘강도 등으로
저온 저항, 칩 사이즈의 소형화, 깨짐·결함의 저감을 실현
표. 부착 웨이퍼의 특징과 그에 따른 사용자의 장점 목록
그림. 단결정 SiC와 다결정 SiC의 온도(℃)-변위길이(μm) 그래프
국립대학법인 사가대학(佐賀大学)
다이아몬드 반도체 세계 최초 파워회로 개발
성능도 세계 최고 출력전력 875MW/cm2, 출력전압 3,659V
다이아몬드뿐만 아니라 산화갈륨과 태양광 발전도
반도체 기술의 확립에서 실용화를 목표
회로 제작으로 장시간 스트레스 시험도 가능
측정뿐만 아니라 탑재기술도 향상되어 실용화로의 진척 확대
그림. 다이아몬드 반도체 소자의 구조 모식도
그림. 다이아몬드 반도체 장치의 파워 회로 이미지
표. 다이아몬드 반도체 디바이스의 용도 일례
산화갈륨 디바이스에서 킬러 결함 장소를 특정
신속한 피드백이 실용화 가속
그림. 누설 전류 경로로부터의 미약한 발광을 관찰하는 이미지
재생에너지×지역산업진흥
요시노가리 메가솔라(태양광발전소) 사업에 참여 중
국립대학법인 신슈대학(信州大学)
대학 단독뿐만 아니라 산업진흥기구와 함께 사업화 지향 개발
현내 우량기업과 함께 산관학 제휴로 탄소중립
이미 4인치까지 가능하지만 목표는 6인치
각종 프로젝트에 참여하여 대구경화와 고품질화
스미토모화학 주식회사
SICOXS 흡수합병으로 화합물 반도체 사업 강화
10년 이내에 매출 3배 이상을 목표
고품질 GaN은 4인치 양산 지원
6인치는 조기 양산을 목표
그림. 스미토모화학의 GaN 기판 이미지
세라믹포럼 주식회사(SiCrystal AG/NovaSiC/HZDR Innovation GmbH /mi2-factory GmbH /Seen Semiconductors Ltd./Phystech GmbH)
다공정 제안 가능한 라인업을 가진 종합전문상사
파워 디바이스용 수요 증가로 웨이퍼 판매 신장
실용화의 국면이 짙어지다
표. 세라믹포럼의 웨이퍼 가공 대응 가능 서비스
표. 세라믹포럼 제품 및 서비스 목록
주식회사 뉴메탈스엔드케미칼코퍼레이션(TanKeBlue Semiconductor/Kyma Technologies)
고품질 SiC 웨이퍼의 8인치 크기 샘플 전개
베이징 신공장 SiC 웨이퍼 배로 생산능력 증강
2022년 8인치 크기 SiC 웨이퍼 샘플 제공, 양산도 시야
표. TanKeBlue의 4H, N형 6인치 사이즈 SiC 웨이퍼 스펙 일례
주식회사 노벨크리스탈테크놀로지
주주와 자본이 늘어나 드디어 산화갈륨 디바이스 실용화
웨이퍼 공급부터 디바이스 개발, 평가기술 개발 외 등 전방위 대응
β-산화갈륨을 사용한 1,200V의 SBD로 출력 350W
전력 연속형 역률 개선회로 실제기기 동작 확인에 성공
표. 전력변환효율 비교결과 일람
SiC 파워 디바이스를 상정한 디바이스 개발 로드맵에 따라 나아가다
이것을 지탱하는 웨이퍼의 고품질화·저비용화도 대응해 공급면도 커버
검사 및 평가기술도 개발
킬러 결함 관리로 디바이스 제조 과제에 앞서
그림. 10mm×15mm의 (001)면β-Ga2O3 단결정 기판의 이상 투과 X선 토포그래피 상
국립대학법인 미에대학(三重大学)
사파이어 웨이퍼 상에 AlN 막을 증착하는 미야케 방식으로 세계 최고 효율
각 프로젝트는 높은 평가로 성공하여 구현을 위해 크게 전진
파장 265nm로 세계 최고 효율 기록
연구성과에서 사회 구현을 향한 착실한 진척이 있어
그림. 미야케 연구실의 연구 내용 흐름 이미지
저렴한 비용으로 살균 애플리케이션 구현
코로나19로 확대된 살균장치는 당연한 존재로
미쓰비시케미칼 주식회사
6인치 사이즈뿐만 아니라 8인치도 대응가능한 결정성장장치로 양산 준비 진행
4인치 웨이퍼 샘플 출하 중
다가오는 양산을 위해 종결정 확보를 서두르다
국내외에 샘플을 제공
파워 디바이스로서, 또 그 이외에도 가능성을 확대
그림. 미쓰비시화학의 GaN 웨이퍼 외관 이미지
야마코 주식회사
서일본 최대 규모의 재활용 기업
신규사업으로 SiC 단결정 성장장치 개발
신규 주파수 가변형 다중 고주파 유도로
2025년도부터 제조장치의 생산 판매를 목표
그림. 결정 성장 시 기존 기술과 신기술의 비교 일러스트
그림. 시제작 결정 이미지
주식회사 Resonac
디바이스 사업에서 경쟁하지 않는 최적의 공동개발 파트너
SiC 에피택셜 웨이퍼 톱 메이커로서 고품질품 「HGE-3G」 공급
6인치 단결정 웨이퍼 양산과 8인치 에피택셜 웨이퍼 샘플 제공 실현
제2의 창업을 맞이하여 이노베이션을 일으키다
표. Resonac의 웨이퍼 공급 확보 계획의 일부(종류, 장소, 시기, 생산 능력)
그림. Resonac의 에피택셜 웨이퍼 전업 비즈니스 모델 이미지
일본전신전화 주식회사 첨단기술종합연구소
세계 최초 AlN 트랜지스터 실현
단파장에서의 발광뿐만 아니라 파워, 고주파로 기대가 높아진다.
10년 후 「스마트한 세계」를 내다본 최첨단 기초기술 연구개발
세계 최초 AlN 트랜지스터 동작 성공
그림. ALN 트랜지스터의 모식도
그림. 각 반도체 재료의 고유 온 저항률과 절연 파괴 전압의 성능 지표 이미지
파워뿐만 아니라 발광이나 RF로서도 잠재력이 높아진다
종/횡, 호모/헤테로도 검토하면서 확대될 가능성
Orbray 주식회사
궁극의 반도체 재료 다이아몬드 2인치 사이즈 제공 개시
파워 디바이스의 공동연구도 시작되어 실용화로 크게 전진
2인치 다이아몬드 웨이퍼 양산 성공
2025년에는 4인치 크기의 개발을 목표
그림. 스텝 플로우 성장방법 이미지
다이아몬드 장치 개발
「우선은 p형 트랜지스터의 실현부터」라고 말할 수 있는 진척
그림. 다이아몬드 반도체 구조 이미지
QureDA Research 주식회사
혁신적 기술 「Dynamic AGE-ing®」에 의한 결함 무해화
잔류가공 왜곡 제거뿐만 아니라 독자적인 측정 및 평가기술에 의한
제조 과제의 솔루션 제안
결함의 무해화 기술뿐만 아니라 뒤틀림의 가시화도
8인치 웨이퍼 대응은 2025년경을 목표
그림. QureDA Research의 비즈니스 모델 이미지
그림. Dynamic AGE-ing®에 의한 변경 전/후 프로세스 이미지
웨이퍼의 가공 왜곡을 검사하는 기술을 공동으로 개발
DA 에칭으로 왜곡층 제거
그림. 레이저광산란 매핑법에 의한 일러스트
그림. DA법에 의한 무손상 웨이퍼를 위한 식각 이미지
SICC Co., Ltd.(SICC GLOBAL 주식회사)
주식 상장하여 향후 생산능력 확대 프로젝트에도 활발
반절연형으로 글로벌 TOP3 실력을 N형으로도 전개
2022년에는 10만 장 실적
상하이 신공장 1단계 증강으로 연간 30만 장 규모로
그림. SICC의 6인치 SiC 웨이퍼 외관
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