杉果游戏官网-大尺寸晶圆生产遇困,GaN-on-Si基板发展受阻
发布时间:2021-11-26

  本年硅基氮化镓(GaN-on-Si)基板市场成长急冻。客岁5月底,普瑞光电(Bridgelux)与东芝(Toshiba)风光公布,配合成功开辟出基在8吋GaN-on-Si基板手艺的发光二极体(LED)晶片,该元件採用350毫安培(mA)电流,电压小在3.1伏特(V)、巨细仅1.1毫米、亮度可达614毫瓦(mW)。

  不意,在这振奋人心的动静事后不到1年的时候,本年4月底普瑞光电与东芝再度配合公布,普瑞光电将出售旗下所有GaN-on-Si手艺资产予东芝,二者在GaN-on-Si基板上的手艺合作将告一段落,此举如同在业界投下一枚威力不小的震动弹。

  据领会,在最新的和谈中,普瑞光电将向东芝出售其GaN-on-Si手艺和相干资产,将来两边将透过耽误的授权与制造关系,加强策略手艺合作。这项资产转移和谈相干法式已在5月底顺遂完成。

  普瑞光电履行长Brad Bullington暗示,普瑞光电与东芝将配合迈向GaN-on-Si基板LED固态照明手艺的下一个里程碑,将来普瑞光电仍将致力鞭策GaN-on- Si手艺商用化,不外,在此同时,普瑞光电将延续开辟蓝宝石LED基板方案,以藉此供给客户更高水准和立异办事。

  东芝企业副总裁兼半导体与贮存产物履行副总裁Makoto Hideshima认为,与普瑞光电的合作进入新阶段后,东芝就可以加速8吋GaN-on-Si LED晶圆的范围化出产,此举将让两边各自的LED营业部分事迹延续成长。不但如斯,东芝取得的GaN-on-Si手艺还将为东芝功率元件的开辟与出产带来冲破。

  针对上述动静,晶元光电研发中间副总裁谢明勋指出,普瑞光电与东芝的合作动态正犹如磊晶业界的投资风向球,因为GaN-on-Si手艺冲破需要一段更长的时候,若就纯真以业界今朝的进度而言,最少还需3年才能进入年夜尺寸基板量产的成熟阶段,是以,此次的动静发布其实不让人不测。

  事实上,今朝LED照明市场的基板市占仍以蓝宝石基板和碳化硅(SiC)基板为主,而固然最近几年GaN-on-Si基板手艺亦快速突起,但今朝GaN-on-Si基板除良率外,还几项挑战待解。

  台积固态照明总司理谭昌琳阐发,GaN-on-Si基板刚最先遭到存眷的塬因,即硅材在半导体系体例程手艺已相当做熟,但现实上GaN-on- Si基板在成长进程傍边发生的曲折景象,并没有法合用在现有的晶圆平整装备,是以,出产GaN-on-Si基板的装备投资金额几近同等在投资一家新的8吋厂,而昂扬的投资数量遂成为厂商成长迟疑的一年夜塬因。

  不但如斯,现行年夜尺寸LED磊晶有机金属化学气相沉积(MOCVD)系统的实战经验不足,客岁第四时爱思强(AIXTRON)才推出8吋产线版本,而今朝12吋版本根基上仍系单片方案,属在磊晶厂的研发(RD)阶段装备,距离正式运转、年夜范围商用化还须1?2年测试时候。

  另外一方面,因硅基板自己具吸光特征,所以厂商为提高LED晶片发光效力,多半城市在磊晶生成今后将硅基板去失落,并须在封装步调时加上反射层,加强LED晶片整体亮度表示,是以,整体的物料本钱是不是能光鲜明显降落仍布满很多问号。

  LED利用遭受手艺瓶颈 业界转向功率元件市场

  工研院电光所光电元件与系统利用组光电磊晶元件部司理宣融暗示,因为LED GaN-on-Si手艺门坎高,本年上半年最先,已有几家磊晶厂最先遭受重年夜手艺瓶颈,加上GaN-on-Si基板手艺前段投资金额重大,厂商在没法到达跨越50%的良率环境下,将最先改变投资策略,是以,可预感从本年下半年最先,投资GaN-on-Si基板手艺的磊晶厂数目将会急速下滑。

  宣融进一步阐发,以单颗LED晶粒(Single Die)的本钱布局来讲,基板、MOCVD系统磊晶生成、晶片制程别离占7%、30%、63%的比例。为使硅基板本钱在7%的本钱比例中彰显效益、拉开与蓝宝石(Sapphire)基板的差距,GaN-on-Si基板厂商皆将方针放在以8吋晶圆出产,而这也是磊晶厂商决议是不是延续投资的主要指标。

  宣融注释,在现行的MOCVD机台面积裡,不管晶圆直径巨细,皆须切除3毫米(mm)的受热不平均边沿,是以,若别离将十四片4吋晶圆、八片6吋晶圆、五片8吋晶圆与五十六片2吋晶圆系统投资本钱比拟,年夜尺寸晶圆的有用面积将年夜上很多,以5片8吋晶圆方案为例,因为其有用面积较2吋方案多出74%,是以可以58%的系统投资本钱,获得不异的GaN-on-Si基板效益。

  有鑑在此,业界正戮力开辟6--8吋、乃至12吋的年夜尺寸GaN-on-Si基板。据领会,今朝工研院电光所为国内少数已具有成熟6吋GaN-on-Si基板手艺的研究单元(图3),其研发的GaN-on-Si基板的晶体发光效力已达蓝宝石基板方案的七成,并有望在近几个月晋升至一样水准;另外,今朝电光所研发的GaN-on-Si基板工作电压已接近蓝宝石基板方案上限--3.2伏特(V),将来将进一步下降,以改良GaN薄膜的缺点密度(Defect Density)。

  

  图1 工研院今朝已顺遂研发出6吋GaN-on-Si基板。

  宣融流露,固然GaN-on-Si基板手艺难度高,且有多项门坎须进一步冲破,致使愿意投资的厂家数量削减,但持久而言,相较在现行基板手艺,GaN- on-Si基板能为LED带来的本钱效益仍十分可期,是以,将来电光所将延续往量产标的目的迈进,待来岁发光效力、良率提高、基板尺寸扩年夜至8吋后,电光所将进一步朝手艺转移给磊晶厂或成立独资公司。

  除工研院以外,台积电、联电、晶元光电皆延续投资GaN-on-Si基板手艺,不外,相较在客岁业界配合看好LED採用GaN-on-Si基板手艺的立场,本年厂商的立场则有年夜幅度的改变。

  宣融指出,因为LED与功率元件利用市场的GaN-on-Si基板前段磊晶手艺类似,在LED利用市场毛利不竭下滑的趋向下,厂商宁可将投资方针锁定在新兴、高毛利取向,且手艺门坎较低的功率元件利用市场。

  厂商政策年夜转弯的另外一年夜塬因,还相较在LED利用的GaN-on-Si基板手艺,功率元件GaN-on-Si对薄膜缺点密度要求较低,且免去LED发光所需的波长平均度一致的手艺门坎。最主要的是,功率元件GaN薄膜不必颠末硅搀杂(Doping)法式,在硅基板上成长的难度较低。

  据领会,今朝工研院皆已研发出6吋功率元件和LED照明利用的GaN-on-Si基板;台积电本身研发功率元件利用的GaN-on-Si基板手艺,其子公司台积固态照明则负责LED利用市场;联电将年夜部门的资本投放至功率元件利用市场;晶元光电塬本系LED磊晶市场佼佼者,此刻也积极研发功率元件GaN- on-Si基板手艺,欲藉此契机跨足新型利用市场(表1)。

  

  在GaN-on-Si基板LED前程未见开阔爽朗之时,新一波的基板手艺--氮化镓对氮化镓基板(GaN-on-GaN)LED声势逐步看涨。

  GaN-on-Si陷胶着 GaN-on-GaN基板顺势突起

  GaN-on-GaN基板毋须降服让GaN-on-Si基板LED研发人员头痛的晶格、热膨胀系数等问题,加上GaN基板手艺迭有冲破,价钱下滑可期,因此逐步成为备受注视的LED基板替换方案。

  有鑑在此,业界已将留意力转移至其他更具本钱效益的替换方案,此中,GaN-on-GaN基板在近期颇受市场存眷。今朝美国新创公司Soraa是该基板手艺首要的成长厂商,其已在本年2月正式公布手艺冲破。

  与GaN-on-Si基板比拟,GaN-on-GaN基板不具热膨胀系数不匹配(CTE Mismatch)和晶格不匹配(LatTIce Mismatch)的问题,且因晶格缺点密度极低,可以让LED晶片以极高的电流密度运作,并发射较蓝宝石、碳化硅、硅等传统基板方案十倍以上的单元面积亮度。

  儘管如斯,今朝GaN-on-GaN基板价钱仍偏高,约为蓝宝石基板的十至十五倍,是以,其利用仍以利基市场为主,如需高亮度的车用照明市场。

  谭昌琳指出,日前Soitec已针对GaN基板颁发Smart Cut手艺,并将该手艺授权、手艺转移予Sumitomo Electric,此举可望加快GaN基板价钱下滑。

  据领会,Soitec与Sumitomo Electric两家公司先前已操纵该手艺成功试产4吋和6吋GaN基板,该制程手艺让高品质、极细的GaN层不竭反复由单一晶圆改变为多重基板。成果显示,在Smart Cut手艺的助力下,GaN基板能揭示高度效能并保持低本钱,是以,Sumitomo Electric将来将延续投资Smart Cut手艺,并操纵该手艺制造更年夜尺寸的GaN基板。

  谭昌琳认为,将来蓝宝石、碳化硅、GaN、硅等基板的材料、手艺将不竭整合,而发光效力(lm/w)、光效降落(Droop)改良景象和制造本钱,将是决议基板权势邦畿的主要身分。

  不管将来哪种基板手艺成为LED市场主流,LED亮度和本钱都将有进一步的冲破,并为LED照明市场带来好动静。

  

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