前回、次世代半導体全般に関わる特許銘柄について見ていきました。
前回記事：【特許銘柄／次世代半導体１】次世代半導体の特許出願動向から選定した主要企業１０選
その中で、普及が進んでいると言われるのが炭化ケイ素（SiC）です。
今回は、この炭化ケイ素に焦点を絞ります。
炭化ケイ素を素材とする半導体に関して有望な企業はどこなのか？
特許出願件数から探ってみました。
結論（簡易版）は以下の通りです。
＜特許銘柄TOP10＞（2000年-2022年）（非上場を含む）
| 1 | 三菱電機 【6503】 |
| 2 | 住友電気工業 【5802】 |
| 3 | 東芝 |
| 4 | 富士電機 【6504】 |
| 5 | パナソニック 【6752】 |
| 6 | ローム 【6963】 |
| 7 | デンソー 【6902】 |
| 8 | トヨタ自動車 【7203】 |
| 9 | ルネサスエレクトロニクス 【6723】 |
| 10 | クリー 【WOLF】 |
ただし、上記結論は特許検索条件などによって変わってくるものです。詳細については下記をご確認ください。
１．本評価の概要
本評価は特許情報に基づき、対象技術の開発に関わる銘柄（本サイトでは「特許銘柄」と呼びます。）を客観的に導き出そうとするものです。
本評価については以下の記事で紹介しています。
【開発力評価メソッド】特許出願に関する情報から技術開発に関わる銘柄を評価
簡単に説明すると、以下の考え方に基づいています。
① 開発開始時期：最初の出願が古い→早くから開発に着手（古いほど評価高い）
② 開発継続性：出願が継続→技術開発が続いている（継続するほど評価高い）
③ 開発成果：出願件数が多い→開発成果が出ている（成果が多いほど評価高い）
すなわち、どこよりも早くから出願され（①）、毎年出願されていて（②）、その件数が多い（③）ほど、評価される銘柄だと考えます。
これらは、技術開発によって技術課題を解決する道筋が見えると、その成果が特許出願されるという前提に立っています。
本サイトでは個々の特許は評価対象にしていません。
本サイトは特許出願件数を指標にして技術を生み出し続ける力（開発力）を評価するものです。
＜注意点＞
特許出願件数に基づく企業の開発力の評価には以下の問題点がありますので十分にご注意ください。
・単に出願件数が多いだけの企業を過大評価することがあります。
・個々の特許を評価対象としていないので、価値の高い技術や特許を保有する企業を過小評価することがあります。
・現実には開発成果が特許出願されない場合があります。
・対象技術が特許出願された場合であっても、特許検索において情報漏れが生じることがあります。
・特許検索において対象技術との関連性の低いノイズ情報を拾ってしまうことがあります。
・対象技術の市場性や対象企業における影響は別個判断が必要です
（まとめると、ざっくりとした評価であり、間違いもあります、ということです。）
２．特許銘柄の評価方法
２.１ 評価対象
炭化ケイ素に関連する技術が対象です。
２.２ 特許検索ツール
特許情報プラットフォーム（J-PlatPat）
２.３ 検索条件
文献種別：国内文献
検索キーワード：
検索項目（ⅰ） 請求の範囲「半導体」
検索項目（ⅱ） 請求の範囲「SiC 炭化ケイ素 炭化珪素 シリコンカーバイド」
検索項目（ⅲ） FI「H01L」
検索条件：検索条件（ⅰ） AND 検索条件（ⅱ） AND 検索条件（ⅲ）
日付指定：出願日 20000101～20221231
３．特許銘柄の評価結果
３.１ 期間別の出願件数の推移
2000年～2007年、2008年～2015年、2016年～2022年の３つの区間に分けました。
各期間における総出願人数と総出願件数は以下の通りです（出願人数は筆頭出願人のみカウント）。
出願人の数は経時的に減少、総出願件数は2008年-2015年に上昇した後、減少しています。
各期間の出願件数上位企業は以下の通りです。
（１）2000年～2007年
出願人数526のうちの上位5社の推移です。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表１です。
＜表１＞
| パナソニック | 34 件/年 |
| 住友電気工業 | 23 件/年 |
| 東芝 | 20 件/年 |
| 日産自動車 | 17 件/年 |
| デンソー | 17 件/年 |
（２）2008年～2015年
出願人数501のうちの上位5社の推移です。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表２です。
＜表２＞
| 三菱電機 | 75 件/年 |
| 住友電気工業 | 62 件/年 |
| 東芝 | 34 件/年 |
| 富士電機 | 20 件/年 |
| ローム | 17 件/年 |
（３）2016年～2022年
出願人数390のうちの上位5社の推移です。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表３です。
＜表３＞
| 三菱電機 | 52 件/年 |
| 富士電機 | 36 件/年 |
| ローム | 28 件/年 |
| 住友電気工業 | 27 件/年 |
| 東芝 | 27 件/年 |
（４）出願上位企業の推移
下の表４は表１～表３をまとめたものです。
＜表４＞
| 2000年～2007年 | 2008年～2015年 | 2016年～2022年 | |
| 1 | パナソニック （34 件/年） |
三菱電機 （75 件/年） |
三菱電機 （52 件/年） |
| 2 | 住友電気工業 （23 件/年） |
住友電気工業 （62 件/年） |
富士電機 （36 件/年） |
| 3 | 東芝 （20 件/年） |
東芝 （34 件/年） |
ローム （28 件/年） |
| 4 | 日産自動車 （17 件/年） |
富士電機 （20 件/年） |
住友電気工業 （27 件/年） |
| 5 | デンソー （17 件/年） |
ローム （17 件/年） |
東芝 （27 件/年） |
３.２ 全対象期間での出願件数
下図は全対象期間における出願件数上位10社です。
各期間における出願件数の平均値を結んだ線であらわしています。
上図期間中、全体としては2008年-2015年に上昇し、それから減少していましたが（上記２.１）、出願上位企業は、それだけでなく減少傾向、上昇傾向にある企業があります。
各期間の平均出願件数を下の表5にまとめました。
全期間におけるトータル出願件数が多い順に上から表示しています。
括弧内のパーセントは他社を含めた総出願件数に対する割合です。
＜表５＞
| 平均出願件数 | ||||
| 2000年-2007年 | 2008年-2015年 | 2016年-2022年 | ||
| 1 | 三菱電機 | 12 件/年 (2.6%) |
75 件/年 (14.3%) |
52 件/年 (13.0%) |
| 2 | 住友電気工業 | 23 件/年 (5.0%) |
62 件/年 (11.8%) |
27 件/年 (6.8%) |
| 3 | 東芝 | 20 件/年 (4.3%) |
34 件/年 (6.6%) |
27 件/年 (6.7%) |
| 4 | 富士電機 | 5.4 件/年 (1.2%) |
20 件/年 (3.9%) |
36 件/年 (9.2%) |
| 5 | パナソニック | 34 件/年 (7.4%) |
18 件/年 (3.4%) |
5.1 件/年 (1.3%) |
| 6 | ローム | 5.5 件/年 (1.2%) |
17 件/年 (3.2%) |
28 件/年 (6.9%) |
| 7 | デンソー | 17 件/年 (3.6%) |
13 件/年 (2.5%) |
7.7 件/年 (1.9%) |
| 8 | トヨタ自動車 | 4.0 件/年 (0.9%) |
8.6 件/年 (1.7%) |
22 件/年 (5.5%) |
| 9 | ルネサスエレクトロニクス | 11 件/年 (2.4%) |
13 件/年 (2.6%) |
3.7 件/年 (0.9%) |
| 10 | クリー | 11 件/年 (2.4%) |
10 件/年 (2.0%) |
3.0 件/年 (0.8%) |
パナソニックはパナソニックIPマネジメントの情報を含みます。
次に、上表に示されるデータを上記１の考え方に照らしてみます。
①開発開始時期
全10社が既に2000年-2007年には出願しています。
②開発の継続性
全10社が全期間で出願を継続しています。
③開発成果
トータルで1000件以上出願しているのは三菱電機です。
それに続くのが住友電気工業です。
トータル出願件数は以下の通りです。
＜表６＞
| 三菱電機 | 1055 件 |
| 住友電気工業 | 866 件 |
| 東芝 | 622 件 |
| 富士電機 | 459 件 |
| パナソニック | 448 件 |
４ まとめ：特許銘柄TOP10
表5に基づく評価は以下の通りです。
①開発の開始時期・・・全10社に大差なし
②開発の継続性・・・全10社に大差なし
③開発成果・・・三菱電機、住友電気工業が多い。
上記①の観点だと上位10社の開発力はいずれも評価できます。
上記②の観点だと上位10社の開発力はいずれも評価できます。
上記③の観点も含めると三菱電機が評価できます。次が住友電気工業です。
これらをまとめると以下の通りです。
＜表７＞
| 出願情報 | ||||
| ①開始時期 | ②継続性 | ③成果 | ||
| 1 | 三菱電機 【6503】 | 〇 | 〇 | 1055 件 (9.9%) |
| 2 | 住友電気工業 【5802】 | 〇 | 〇 | 866 件 (8.1%) |
| 3 | 東芝 | 〇 | 〇 | 622 件 (5.8%) |
| 4 | 富士電機 【6504】 | 〇 | 〇 | 459 件 (4.3%) |
| 5 | パナソニック 【6752】 | 〇 | 〇 | 448 件 (4.2%) |
| 6 | ローム 【6963】 | 〇 | 〇 | 370 件 (3.5%) |
| 7 | デンソー 【6902】 | 〇 | 〇 | 294 件 (2.8%) |
| 8 | トヨタ自動車 【7203】 | 〇 | 〇 | 254 件 (2.4%) |
| 9 | ルネサスエレクトロニクス 【6723】 | 〇 | 〇 | 222 件 (2.1%) |
| 10 | クリー 【WOLF】 | 〇 | 〇 | 194 件 (1.8%) |
上記①の〇は2000年～2007年に出願が確認されたもの
上記②の〇は出願の継続性が確認されたもの
上記③成果の割合は総出願数に対するもの
５ ご参考
以下、個々の特許出願明細書中の記載などを参考に技術情報を整理しました。
以下は、先の記事における次世代半導体に関する説明を前提します。
先の記事 ５.１ 次世代半導体とは～
５.１ 従来のシリコン半導体との比較
炭化ケイ素（SiC：Silicon Carbide）はシリコン（Si）と炭素（C）が1:1で結合した化合物半導体です。
従来の半導体の主流であるシリコンに比べて、原子間の結合力が非常に強く、熱的、化学的、機械的に安定しているという特徴を持ちます。
＜メリット＞
・高い絶縁破壊電界強度
Siの約10倍の絶縁破壊電界強度を持ちます。
これにより、高電圧に耐えることができデバイスのドリフト層（電圧を耐える部分）を薄くできオン抵抗を低減できます。
結果として、電力損失を大幅に削減し、高効率化を実現します。
・広いバンドギャップ
Siの約3倍のバンドギャップを持ちます。
これにより、高温環境下でも安定して動作し、リーク電流が増えにくいという特性があります。
SiCデバイスの耐熱上限は200℃を超え、冷却機構の簡素化や小型化が可能です。
・高い熱伝導率
Siの約3.5倍の熱伝導率を持ちます。
これにより、発生した熱を効率的に外部へ放熱できるため、発熱を抑え、デバイスの寿命を延ばすことができます。
これも冷却システムの小型化に寄与します。
・高速スイッチング
電子の飽和ドリフト速度（電子が電界によって移動する際の最高速度）が速く、スイッチング速度（半導体デバイスがオンの状態からオフの状態へ、またはその逆へと切り替わるのにかかる時間）が向上します（電車のドアの開閉速度のようなものです）。
これにより、電力変換器のスイッチング周波数（1秒間にオン、オフを繰り返す回数）を高くすることが可能となり、回路内のコイルやコンデンサなどの受動部品を小型化できます（スイッチング周波数が高いほど同じ電流の変動を抑えるためのコイルの能力をを小さくすることができて小型化につながります）。
結果として、システム全体の小型化、軽量化およびコスト削減につながります。
＜デメリット＞
・高い製造コスト
SiCウェハの製造プロセスはSiに比べて複雑で、高温での結晶成長や加工が必要となるため、製造コストが高くなります。
これは主に結晶成長速度が遅いこと、高純度の基板を得るのが難しいこと、欠陥密度が高いことなどが原因です。
・欠陥の多さ
シリコンウェハに比べて、SiCウェハには結晶欠陥が多く発生しやすい傾向があります（シリコンの融点（約1414℃）に比べ、SiCの融点は高く（2830℃）、融液から結晶を作ることができず、昇華法という結晶成長方法では温度のわずかなムラや成長速度の制御が難しく、それが結晶欠陥の発生につながりやすい）。
これにより、デバイスの歩留まりが低下し、信頼性やコストに影響を与える可能性があります。
・ゲート酸化膜の信頼性
SiC-MOSFET（炭化ケイ素でできた電力制御用の半導体スイッチ）におけるゲート酸化膜（SiO2）（半導体スイッチのオン/オフを切り替える部分の薄い絶縁膜）の信頼性はSi-MOSFET（一般的なシリコンでできた電力制御用の半導体スイッチ）に比べて課題がありました。
界面準位密度（半導体と絶縁膜の境目にある電気的な欠陥の量）が高く、信頼性の確保が難しいとされてきましたが、技術開発により改善が進んでいます。
５.２ 他の次世代半導体を含めた比較
以下、従来のシリコン半導体の他、窒化ガリウム半導体、酸化ガリウム半導体を含めた比較です（下表）。
＜表８＞
| 特性項目 | 特性の利点例 | シリコン | 炭化ケイ素 | 窒化ガリウム | 酸化ガリウム |
| バンドギャップ | 安定動作 | × | △ | △ | 〇 |
| 絶縁破壊電界強度 | デバイス小型化 | × | △ | △ | 〇 |
| 電子移動度 | ON/OFFの切替速度 | △ | × | 〇 | × |
| 飽和ドリフト速度 | 高速動作 | × | 〇 | 〇 | × |
| 熱伝導率 | 冷却容易 | △ | 〇 | × | × |
| 耐熱温度 | 高温安定動作 | × | 〇 | △ | 〇 |
| 製造コスト | 安価大量生産 | 〇 | × | × | ？ |
| 結晶成長の容易さ | 高品質安価大量生産 | 〇 | × | × | △ |
| 欠陥密度 | 高品質 | 〇 | △ | × | ？ |
| 高耐圧・大電力性能 | 高電圧、大電流制御 | × | 〇 | △ | 〇 |
| 高周波性能 | 高速通信、電力変換 | × | △ | 〇 | × |
| Ｐ型半導体化 | 回路設計の自由度 | 〇 | 〇 | △（？） | × |
上表中の〇、△、×は相対的なものです（〇が優位と思われるもの、△は中間、×は不利と思われるもの）。
また、バンドギャップなどの物性値は不変ですが、製造コストなど開発状況や普及度合いによって変わってくるものもありますので、あくまでご参考ということで。
＜出典、参考＞
・特許情報プラットフォーム（https://www.j-platpat.inpit.go.jp/）にて公開されている情報
・経産省 半導体政策の動向
・産総研 研究結果検索
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