大尺寸晶圆生产遇困,GaN-on-Si基板发展受阻.doc

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时间:2018-12-07

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1、大尺寸晶圆生产遇困,GaN-on-Si基板发展受阻  今年硅基氮化镓(GaN-on-Si)基板市场发展急冻。去年5月底,普瑞光电(Bridgelux)与东芝(Toshiba)风光宣布,共同成功开发出基于8吋GaN-on-Si基板技术的发光二极体(LED)晶片,该元件採用350毫安培(mA)电流,电压小于3.1伏特(V)、大小仅1.1毫米、亮度可达614毫瓦(mW)。  不料,在这振奋人心的消息过后不到1年的时间,今年4月底普瑞光电与东芝再度共同宣布,普瑞光电将出售旗下所有GaN-on-Si技术资产予东芝,两者于GaN-on-Si基板上的技

2、术合作将告一段落,此举犹如在业界投下一枚威力不小的震撼弹。  据了解,在最新的协议中,普瑞光电将向东芝出售其GaN-on-Si技术和相关资产,未来双方将透过延长的授权与制造关系,增强策略技术合作。这项资产转移协议相关程序已于5月底顺利完成。  普瑞光电执行长BradBullington表示,普瑞光电与东芝将共同迈向GaN-on-Si基板LED固态照明技术的下一个里程碑,未来普瑞光电仍将致力推动GaN-on-Si技术商用化,不过,于此同时,普瑞光电将持续开发蓝宝石LED基板方案,以藉此提供客户更高水准及创新服务。  东芝企业副总裁兼半导体与

3、储存产品执行副总裁MakotoHideshima认为,与普瑞光电的合作进入新阶段后,东芝就能加快8吋GaN-on-SiLED晶圆的规模化生产,此举将让双方各自的LED业务部门业绩持续成长。不仅如此,东芝获得的GaN-on-Si技术还将为东芝功率元件的开发与生产带来突破。  针对上述消息,晶元光电研发中心副总裁谢明勋指出,普瑞光电与东芝的合作动态正如同磊晶业界的投资风向球,由于GaN-on-Si技术突破需要一段更长的时间,若就单纯以业界目前的进度而言,至少还需3年才能进入大尺寸基板量产的成熟阶段,因此,此次的消息发布并不让人意外。  事实上

4、,目前LED照明市场的基板市占仍以蓝宝石基板及碳化硅(SiC)基板为主,而虽然近年GaN-on-Si基板技术亦快速崛起,但目前GaN-on-Si基板除良率外,还有几项挑战待解。  台积固态照明总经理谭昌琳分析,GaN-on-Si基板刚开始受到关注的塬因,即硅材于半导体制程技术已相当成熟,但实际上GaN-on-Si基板在成长过程当中产生的弯曲情形,并无法适用于现有的晶圆平整设备,因此,生产GaN-on-Si基板的设备投资金额几乎等同于投资一家新的8吋厂,而高昂的投资数目遂成为厂商发展踌躇的一大塬因。  不仅如此,现行大尺寸LED磊晶有机金属

5、化学气相沉积(MOCVD)系统的实战经验不足,去年第四季爱思强(AIXTRON)才推出8吋产线版本,而目前12吋版本基本上仍系单片方案,属于磊晶厂的研发(RD)阶段设备,距离正式运转、大规模商用化还须1?2年测试时间。  另一方面,因硅基板本身具吸光特性,所以厂商为提高LED晶片发光效率,多半都会在磊晶生成以后将硅基板去掉,并须在封装步骤时加上反射层,增强LED晶片整体亮度表现,因此,整体的物料成本是否能显着下降仍充满许多问号。    LED应用遭遇技术瓶颈 业界转向功率元件市场  工研院电光所光电元件与系统应用组光电磊晶元件部经理宣融表

6、示,由于LEDGaN-on-Si技术门槛高,今年上半年开始,已有几家磊晶厂开始遭遇重大技术瓶颈,加上GaN-on-Si基板技术前段投资金额庞大,厂商在无法达到超过50%的良率情况下,将开始改变投资策略,因此,可预见从今年下半年开始,投资GaN-on-Si基板技术的磊晶厂数量将会急速下滑。  宣融进一步分析,以单颗LED晶粒(SingleDie)的成本结构来说,基板、MOCVD系统磊晶生成、晶片制程分别占7%、30%、63%的比例。为使硅基板成本于7%的成本比例中彰显效益、拉开与蓝宝石(Sapphire)基板的差距,GaN-on-Si基板厂

7、商皆将目标放在以8吋晶圆生产,而这也是磊晶厂商决定是否持续投资的重要指标。  宣融解释,在现行的MOCVD机台面积裡,无论晶圆直径大小,皆须切除3毫米(mm)的受热不均匀边缘,因此,若分别将十四片4吋晶圆、八片6吋晶圆、五片8吋晶圆与五十六片2吋晶圆系统投资成本相比,大尺寸晶圆的有效面积将大上许多,以5片8吋晶圆方案为例,由于其有效面积较2吋方案多出74%,因此可以58%的系统投资成本,得到相同的GaN-on-Si基板效益。  有鑑于此,业界正戮力开发6--8吋、甚至12吋的大尺寸GaN-on-Si基板。据了解,目前工研院电光所为国内少数

8、已具备成熟6吋GaN-on-Si基板技术的研究单位(图3),其研发的GaN-on-Si基板的晶体发光效率已达蓝宝石基板方案的七成,并有望于近几个月提升至同样水准;此外,目前电光所研发的GaN-

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