Yole Développement GaN-on-Si verändert die Leistungselektronik, aber auch die LEDs?

Im Jahr 2020 könnten bis zu 7 Prozent des Marktes für Leistungshalbleiter mit GaN auf Silizium abgedeckt werden. Dies ist das Ergebnis einer Marktstudie von Yole Développement. Bei LEDs dagegen wird GaN auf Saphir in der nächsten Zeit die wichtigste Technologie bleiben, glauben die Analysten.

Anfang April wird Yole Développement einen Bericht veröffentlichen, der die Marktentwicklung für GaN-on-Si-Substrate für LEDs und Leistungselektronik bis zum Jahr 2020 betrachtet. Darin bewerten die Marktforscher unter Leitung von Dr. Hong Lin und Dr. Eric Virey das Wachstum, die Herausforderungen und die Lösungen der GaN-on-Si-Technologie. Zudem geben sie einen Überblick über den Tummelplatz GaN-auf-Si-Epitaxiewafer und entwickeln auch mögliche Geschäftsmodelle für die Einführung der GaN-on-Si-Technologie.

Für die LED-Herstellung ist GaN auf Saphir heute die Mainstream-Technologie. Natürlich erscheint GaN auf Silizium als interessante Alternative, um Kosten zu reduzieren. Eine Kostensimulation von Yole Développement zeigt jedoch, dass der Unterschied in den Substratkosten nicht groß genug ist, um den Umstieg auf GaN-on-Silicon zu rechtfertigen. Wesentlicher Treiber ist die Möglichkeit in bereits bestehenden, planmäßig abgeschrieben CMOS-Fabs in 6 Zoll oder 8 Zoll zu fertigen.

»Trotz der potenziellen Kostenvorteile für LEDs bleibt die breite Einführung von GaN auf Silizium für LED-Anwendungen unklar«, stellt Dr. Hong Lin fest. »Die Meinungen über die Erfolgsaussichten für LEDs auf Siliziumsubstraten schwanken in der LED-Industrie von bedingungsloser Begeisterung bis ungerechtfertigter Skepsis. Nahezu alle großen LED-Hersteller untersuchen derzeit GaN-on-Si-LEDs, aber nur wenige haben dies zum Kern ihrer Strategie und ihrer Technologie-Roadmap gemacht. Nur Lattice Power, Plessey und Toshiba derzeit bieten solche Bauteile an.«

Bei Yole Développement glaubt man, dass zwar erhebliche Verbesserungen erzielt worden sind, doch es gibt noch einige technologische Hürden (Leistung, Yield, CMOS-Kompatibilität) zu nehmen. Sind diese einmal genommen, werden einige LED-Hersteller auf GaN-on-Si umsteigen, aber die Marktforscher gehen davon aus, dass das nicht der Industriestandard werden wird. Yole Développement erwartet, dass Silizium weniger als 5 Prozent der LED-Herstellung bis zum Jahr 2020 ausmachen wird.

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Marktstudie: GaN-on-Si verändert die Leistungselektronik

Im Jahr 2020 könnten bis zu 7 Prozent des Marktes für Leistungshalbleiter mit GaN auf Silizium abgedeckt werden. Dies ist das Ergebnis einer Marktstudie von Yole Développement. Bei LEDs dagegen wird GaN auf Saphir in der nächsten Zeit die wichtigste T

Anderes Bild bei der Leistungselektronik

Der Leistungselektronikmarkt adressiert Anwendungen wie AC/DC- oder DC/AC-Wandlung, die immer mit erheblichen Energieverlusten verbunden sind, besonders bei höheren Leistungen und Schaltfrequenzen. Die etablierten siliziumbasierten Technologien erreichen ihre Grenzen, und sie tun sich zunehmend schwer, höhere Anforderungen zu erfüllen. GaN-basierte Leistungselektronik hat das Potenzial, die Effizienz sowohl bei hoher Leistung als auch Schaltfrequenzen zu deutlich verbessern und die Komplexität und das Gewicht der Systeme zu reduzieren. Daher entpuppt sich Power-GaN immer mehr als Ersatz für siliziumbasierte Technologien. Heute steht Power- GaN noch am Anfang und repräsentiert nur einen winzigen Teil des Leistungselektronikmarkts.

»GaN-on-Si für Leistungshalbleiter wird vom Markt angenommen werden«, zeigt sich Dr. Eric Virey optimistisch. »Die ersten Hersteller haben bereits erste GaN-on-Si-Bauteile auf den Markt gebracht. Im Gegensatz zur LED-Industrie, in der GaN-on-Sapphire weiter der Mainstream bleibt, wird GaN-on-Silicon wegen seiner geringeren Kosten und der CMOS-Kompatibilität den Markt für GaN-basierte Leistungselektronik dominieren.« Auch wenn GaN-basierte Bauteile heute deutlich teurer sind als ihre siliziumbasierten Pendants, sollen gemäß einigen Herstellern in drei Jahren die Gesamtkosten der GaN-Bauteile für einige Anwendungen niedriger sein als Si-Bauteile.

»Im Normalfall könnten GaN-basierte Bauteile mehr als 7 Prozent des Marktes für Leistungshalbleiter erreichen«, meint Dr. Virey. Unter der Voraussetzung, dass bis 2015 die 600-V-Bauteile verfügbar sein werden, könnte die Zahl der GaN-auf-Si-Wafer bis 2020 mehr als 1,5% des gesamten Substratvolumens stellen, oder anders ausgedrückt, mehr als die Hälfte des globalen GaN-auf-Si-Wafervolumens.

GaN-on-Si-Epitaxiewafer – kaufen oder selber machen?

Um sich die GaN-auf-Si-Technologie zu Eigen zu machen, haben die Bauteilhersteller die Wahl zwischen dem Kauf von Epitaxiewafern oder Templates am freien Markt oder dem Kauf von MOCVD-Reaktoren, um dann selber solche Wafer herzustellen. Heute gibt es eine begrenzte Anzahl Spieler, die entweder Epi-Wafer oder Templates oder beides auf dem offenen Markt verkaufen. Diese kommen aus Japan, USA und Europa. Yole hat nicht beobachtet, dass Region wirklich dominiert.

Wie von Bauteilherstellern wahrgenommen wird, hat jedes Geschäftsmodell seine Vor-und Nachteile in Bezug auf IP- und Technologie-Abhängigkeit, F&E-Investitionen und Zeit. Nach Berichten von Yole Développement erwarten Analysten nicht, dass ein signifikantes Geschäft mit Templates oder Epi-Wafer im Bereich LEDs entstehen wird und dass LED-Hersteller diese lieber im Haus selber für die Massenfertigung herstellen. In Bezug auf die Leistungselektronik ist man geteilter Meinung. Die Marktforscher vertreten die Auffassung, dass der Kauf von Epi-Wafern funktionieren könnte, solange deren Preis am freien Markt stetig fällt.