市場調査レポート

価格か性能か:LED、パワーエレクトロニクス、レーザーダイオードにおける数値をシリコンと競うバルク窒化ガリウム

Price or Performance: Bulk GaN Vies with Silicon for Value in LEDs, Power Electronics and Laser Diodes

発行 Lux Research 商品コード 252809
出版日 ページ情報 英文 26 Pages
納期: 即日から翌営業日
価格
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価格か性能か:LED、パワーエレクトロニクス、レーザーダイオードにおける数値をシリコンと競うバルク窒化ガリウム Price or Performance: Bulk GaN Vies with Silicon for Value in LEDs, Power Electronics and Laser Diodes
出版日: 2012年09月26日 ページ情報: 英文 26 Pages
概要

窒化ガリウム(GaN)などバンドギャップの大きい半導電素材は、パワーエレクトロニクス(電力工学)、レーザーダイオード、発光ダイオード(LED)などのデバイスに使用されるシリコンに比較して、すぐれた素材特性を備えています。GaN-on-Silicon基板ベースのデバイスの利用拡大につれて、バルク窒化ガリウム基板はコスト高にはなるものの、デバイス性能向上に能力を発揮します。

当レポートでは、バルク窒化ガリウム基板の製造コストおよび窒化ガリウムエピタキシーの追加コストを評価するとともに、この結果とGaN-on-Siliconによる代替アプローチをコスト・性能面で比較したデータをまとめ、概略以下の構成でお届けします。

エグゼクティブサマリー

  • 2020年にはGaN-on-Silicon方式がもっとも安価なソリューションとなるも、性能面ではGaN-on-GaN方式が勝る

市場展望

  • 今後ますます調達しやすくなるバルク窒化ガリウムは、新たな用途の扉を開く可能性を持つ
  • バルク窒化ガリウムの低転位密度は決定的なデバイス機能を可能にする
    • パワーエレクトロニクスデバイスの構造には大別して2つの形式がある
    • シリコン基板を利用する場合は、4通りの窒化ガリウムエピタキシー成長方式が存在する
  • バルク窒化ガリウムの製造は方式ごとに趣が異なり、それぞれ固有の制約を伴う
    • アモノサーマル法は総じて遅いが低転位密度によって特性は変化する
    • ハイドライド気相成長法(HVPE)は基準値に比して速さに優るも、転位密度が高まると問題が生じる
    • ナトリウム流動法は時期尚早であり、まだ本格的な商業化は望めそうにない
  • バルク窒化ガリウムに商機を提供するレーザーダイオード、LED、パワーエレクトロニクス
    • 市場はGaN-on-GaN 対 GaN-on-Silicon間の争いに
  • 市場展望の結び

分析

  • GaN-on-Silicon技術と競争するバルク窒化ガリウム製造
  • 2018年には、2インチ基板製造コストで、アモノサーマル法がハイドライド気相成長法に勝る
  • 4インチ基板では、依然としてアモノサーマル法がハイドライド気相成長法よりも高価
  • 4インチGaN-on-Siliconエピタキシー法は他のあらゆる方式に勝る
  • バルク窒化ガリウムはLED用途で、生産量と性能次第で競争力を持つ
  • コストにかかわらず、バルク窒化ガリウムには性能需要から何らかの用途を見込むことができる

将来見通し

Lux Researchについて

目次
Product Code: LREEI-R-12-3

Wide-band-gap semiconductor materials such as gallium nitride (GaN) have superior material properties compared to silicon for use in devices like power electronics, laser diodes, and light-emitting diodes (LEDs). Where devices based on GaN-on-silicon substrates grow, bulk GaN substrates offer the potential to improve device performance, albeit at higher cost. We evaluated the manufacturing costs of bulk GaN substrates and the added cost of GaN epitaxy, and compared the result to the alternative GaN-on-silicon approach. GaN-on-silicon will remain the low-cost solution for wafers, but GaN-on-GaN can become competitive at the device level under the right conditions. As a result, bulk GaN wins in laser diodes, but it must race to become relevant in LEDs and power electronics by boosting yield and performance enough to make devices cost competitive.

Table of Contents

  • Executive Summary
      • GaN-on-Silicon will be the Cheapest Solution in 2020, but GaN-on-GaN Promises Superior Performance
  • Landscape
    • Increasing Availability of Bulk GaN Substrates Could Open Doors to New Applications
    • Low Dislocation Density of Bulk GaN Enables Critical Device Functionality
      • There are Two Major Types of Power Electronics Device Structures
      • When Working with Silicon Substrates, there are Four Principle GaN Epitaxy Growth Approaches
    • Bulk GaN Manufacturing Comes In Different Flavors, Each with Its Own Limitations
      • Ammonothermal Process is Typically Slow, but Characterized by Low Dislocation Density
      • Hydride Vapor Phase Epitaxy Process is Faster to Scale, but Plagued by Higher Dislocation Density
      • Sodium Flux Process is Early in the Game and Unlikely to be Commercialized at Scale
    • Laser Diodes, LEDs, and Power Electronics Offer Opportunities for Bulk GaN
      • It's a Battle Between GaN-on-GaN and GaN-on-Silicon
    • Landscape Conclusions
  • Analysis
    • Bulk GaN Manufacturing Competes with GaN-on-Silicon Technologies
    • Ammonothermal Costs for a Two-inch Substrate Will Trump HVPE by 2018
    • For a Four-inch Substrate, Ammonothermal Remains More Expensive Than HVPE
    • Four-inch GaN-on-Silicon Epitaxy Trumps All
    • Bulk GaN Can Be Competitive in LEDs, Depending on Yield and Performance
      • GaN-on-GaN Faces A Wider Range of Outcomes in Power Electronics
    • Regardless of Cost, Performance Demands May Require Bulk GaN in Some Uses
  • Outlook
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