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原标题:大直径氮化镓基板市场需求将从2014年的22亿美元增加至2020年的40亿美元

浏览次数:176 时间:2020-01-04

[据今日半导体网站2015年9月3日报道]“氮化镓(GaN)基板市场将从2014年的22亿美元增长到2020年的超过40亿美元”研究和咨询公司Industry ARC在题为《氮化镓(GaN)基板市场分析:按类型(蓝宝石基氮化镓、硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓、氮化镓基氮化镓);按产品(蓝光光盘(BD)、无线电频率放大器、LED灯、紫外发光二极管);按行业(消费电子、电信、工业、电力、太阳能和风能)》的报告中预测。GaN基板市场以异质基板为主,GaN外延生长在蓝宝石、硅或碳化硅上。体形GaN衬底,即GaN生长在一个核心GaN衬底上,量要低得多,还在不断出现。目前,发光二极管占大部分GaN基板的消费,而蓝宝石基GaN是最主要基板类型。2014年整个GaN基板市场主要是4英寸基板,然而市场对较大直径基板的需求迫切。在较小直径基板上制备设备会造成的空间浪费,而较大直径基板的边缘不仅防止浪费,还可以提高设备的效率。美国、日本、韩国和一些欧洲国家已经在采用先进的更大的直径基板。相反,在LED市场领先的国家和地区还处在从2英寸基板转向到4英寸和6英寸基板的过渡阶段,这些国家和地区的LED制造商正积极努力降低生产成本,提高生产效率。预计到2020年,在中国大陆用于制备6英寸基板LED的金属-有机化学气相沉积反应器数量将达到最高。此外,更大尺寸的体形GaN基板的生产估计到2018年开始,2020年将增长显著。因此,根据报告预测,在未来五年内,该市场将倾向于大直径基板如6英寸和8英寸。GaN基板市场目前由LED和激光应用主导。然而,在2015-2020年,电力电子预计将成为增长最快的领域,该领域的制造商们都在寻求更大直径的基板以提高生产效率。目前该市场是由2英寸和4英寸基板占主导地位。但随着最终用途行业的需求设备可以以低损耗承受更高的功率,电力电子的核心部件制备有望成为有效采用6英寸基板另一个领域。亚太地区是GaN基板市场的主要生产国和消费国,2014年亚太市场几乎为10亿美元。位于日本、中国和韩国等国的蓝宝石基、GaN基和SiC基GaN基板的制造商贡献了80%以上的产量,此外,生产体形GaN基板的制造商也主要位于亚太地区,尤其是日本。在2014年之前中国更便宜、更快的LED生产带动了整个LED产业,因此在未来几年,中国有望主导该部分市场,同时也被定位为全球最具威胁的制造商。尤其是在中国,镓材料、制造和包装成本比在其他地方更低,能吸引更多厂商进入市场。然而该报告预测,随着中国制造商主导基板生产市场并逐步获得全球市场份额,质量仍然是需要解决的主要问题。

今年,随着硅衬底技术的不断发展,SiC、蓝宝石、硅这三种不同的LED芯片衬底技术路线早已摆开阵势,以高技术含量与低成本为噱头,展开激烈交锋。在这场技术大战中,谁会成为赢家,最终主导LED衬底材料市场?LED芯片市场竞争格局又将发生怎样的变化?

蓝宝石/Al2O3

代表厂商:大多数LED厂商

皇冠官网地址,目前用于氮化镓生长的最普遍的基板是Al2O3,其优点是化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟;不足方面虽然很多,但均一一被克服,如很大的晶格失配被过渡层生长技术所克服,导电性能差通过同侧P、N电极所克服,机械性能差不易切割通过激光划片所克服,很大的热失配对外延层形成压应力因而不会龟裂。但是,差的导热性在器件小电流工作下没有暴露出明显不足,却在功率型器件大电流工作下问题十分突出。

部分厂商用倒装芯片(flip-chip)来制备功率型器件来克服这个问题。国际市场上Al2O3基板今后的研发任务是生长大直径的Al2O3单晶,向4-6英寸方向发展,以及降低杂质污染和提高表面抛光质量。目前主流蓝宝石基板片厂商均能够实现6寸批量交货。韩厂三星LED已将绝大部分产能转为6寸。不过目前中国的芯片厂主流采用的还是2寸片,主要是基于成本的考虑。

碳化硅/SiC

代表厂商:Cree

除了Al2O3基板外,目前用于氮化镓生长的基板就是SiC,它在市场上的占有率位居第二,它有许多突出的优点,如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等,但不足方面也很突出,如价格太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。 另外,SiC基板吸收380 nm以下的紫外线,不适合用来研发380 nm以下的紫外线LED。

由于SiC基板优异的的导电性能和导热性能,不需要像Al2O3基板上功率型氮化镓LED器件采用倒装焊技术解决散热问题,而是采用上下电极结构,可以比较好的解决功率型氮化镓LED器件的散热问题,故在发展中的半导体照明技术领域占有重要地位。

目前国际上能提供商用的高品质SiC基板的厂家只有美国CREE公司。Cree公司于2012年4月12日宣布,其白光功率型LED光效再度创下LED产业最高纪录,达到254 lm/W。这一记录要比Al2O3基板实现的最高光效记录高了近百个lm。SiC基板今后研发的任务是大幅度降低制造成本和提高晶体结晶品质。

硅衬底

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