Изготовление тонкопленок нитридных полупроводников в 2025 году: раскрытие следующего поколения силовой электроники и оптоэлектроники. Узнайте, как передовые материалы и глобальный спрос формируют будущее отрасли.

• Исполнительное резюме: ключевые тенденции и прогноз на 2025 год
• Размер рынка и прогноз роста (2025–2030): CAGR и прогнозы выручки
• Технологический ландшафт: инновации в полупроводниках GaN, AlN и InN
• Крупные игроки и стратегические инициативы (например, Cree/Wolfspeed, Sumitomo Electric, Nichia)
• Усовершенствования производственного процесса: MOCVD, HVPE и разработки подложек
• Сегменты приложений: силовая электроника, радиочастотные устройства, светодиоды и новые применения
• Региональный анализ: лидерство Азиатско-Тихоокеанского региона и глобальная экспансия
• С Supply Chain и динамика сырьевых материалов
• Проблемы: выход, стоимость и барьеры масштабируемости
• Будущий прогноз: разрушительные технологии и долгосрочные рыночные возможности
• Источники и ссылки

Исполнительное резюме: ключевые тенденции и прогноз на 2025 год

Изготовление толстопленок нитридных полупроводников входит в решающий этап в 2025 году, вдохновляемое растущим спросом на высокопроизводительную электронику, энергосберегающее освещение и устройства следующего поколения. Ватт-метры на основе нитрида галлия (GaN) и алюминий-галлий-нитрида (AlGaN) находятся в авангарде, предоставляя возможность развития инфраструктуры 5G, электрических автомобилей (EV) и высоких оптоэлектроники. Отрасль наблюдает быстрые расширения мощностей, изменение технологий и стратегические коллаборации среди ведущих производителей.

Ключевые игроки, такие как компания Kyocera, Sumitomo Chemical и Ferrotec Holdings Corporation, увеличивают производство толщиной GaN и связанных нитридных подложек, используя запатентованные технологии роста кристаллов и обработки подложек. Kyocera продолжает инвестировать в расширение своих производств нитридных подложек, ориентируясь как на рынок силовой электроники, так и на радиочастотные устройства. Sumitomo Chemical продвигает технологии эпитаксиального роста с использованием гидридной паровой эпитаксии (HVPE) и металлоорганического химического осаждения из паров (MOCVD) для улучшения качества и выхода подложек, в то время как Ferrotec Holdings Corporation сосредоточена на высокопуросных нитридных подложках для оптоэлектронных и микроэлектронных применений.

В 2025 году переход на большие диаметры подложек — от 2 и 4 дюймов до 6 и даже 8 дюймов для GaN — ускоряется, вызванный необходимостью большей производительности и эффективности затрат. Этот процесс поддерживается инвестициями в современные печи для кристаллов и автоматизированные линии обработки подложек. Компании, такие как Kyocera и Sumitomo Chemical, находятся на переднем крае этого перехода, начиная пилотное производство подложек диаметром 6 и 8 дюймов.

Стратегические партнерства и соглашения о поставках формируют конкурентный ландшафт. Производители устройств обеспечивают долгосрочные поставки подложек у устоявшихся производителей, чтобы снизить риски, связанные с нехваткой материалов и изменением качества. Например, Ferrotec Holdings Corporation объявила о сотрудничестве с производителями устройств для совместной разработки нитридных подложек для конкретных применений, особенно в автомобильной и телекоммуникационной сферах.

Смотрим вперед, прогноз для изготовления нитридных полупроводниковых подложек остается оптимистичным. Ожидается, что сектор получит выгоду от продолжающихся тенденций электрической нагрузки, расширения сетей 5G и 6G и распространения высокоэффективных светодиодов и лазерных диодов. Продолжающиеся НИОКР по снижению дефектов, увеличению размеров подложек и новым составам нитридов также могут улучшить производительность устройств и культивировать результаты, что позволит отрасли продолжать расти до 2025 года и далее.

Размер рынка и прогноз роста (2025–2030): CAGR и прогнозы выручки

Рынок изготовления нитридных полупроводниковых подложек готов к устойчивому росту с 2025 по 2030 год, вдохновленный растущим спросом на высокопроизводительные оптоэлектронные и силовые электронные устройства. Ватт-метры на основе нитрида галлия (GaN) и алюминий-галлий-нитрида (AlGaN) находятся в авангарде, что позволяет достигать прогресса в инфраструктуре 5G, электрических автомобилях (EV) и энергосберегающем освещении. Лидеры отрасли, такие как Wolfspeed, Inc. (ранее Cree), компания Kyocera, Sumitomo Chemical и Coherent Corp. (ранее II-VI Incorporated) увеличивают свои производственные мощности, чтобы удовлетворить этот растущий спрос.

В 2025 году глобальный рынок изготовления нитридных полупроводниковых подложек, по оценкам, превысит несколько миллиардов долларов в год, при этом прогнозы указывают на среднегодовой темп роста (CAGR) от 10% до 15% до 2030 года. Этот рост поддерживается быстрым внедрением мощных устройств на основе GaN в автомобильных и промышленных приложениях, а также распространением подложек GaN и AlGaN в микро-LED дисплеях и высокочастотных радиокомпонентах. Например, Wolfspeed, Inc. недавно открыла крупнейший в мире завод по производству подложек диаметром 200мм на основе GaN-on-SiC, что сигнализирует о значительном расширении производственных мощностей и обязательстве к долгосрочной экспансии на рынке.

Японские производители, такие как Sumitomo Chemical и Kyocera, продолжают инвестировать в передовые технологии роста кристаллов и обработки подложек, ориентируясь как на рынок силовой электроники, так и на оптоэлектронику. В то же время, Coherent Corp. использует свой опыт в области композитных полупроводниковых материалов для поставки высококачественных подложек GaN и AlGaN для изготовления устройств следующего поколения. Эти стратегические инвестиции должны ускорить траекторию выручки рынка и поддержать стабильный CAGR в прогнозный период.

• К 2030 году ожидается, что рынок достигнет высокой однозначной суммы до низкой двузначной суммы в миллиардах долларов, что отражает растущее проникновение нитридных полупроводников в автомобильный, потребительский и телекоммуникационный секторы.
• Продолжающиеся НИОКР и увеличение мощностей со стороны ведущих поставщиков подложек, вероятно, еще больше снизят затраты на производство и улучшат качество подложек, что усилит конкурентоспособность устройств на основе нитридов.
• Ожидается, что региональный рост будет наиболее сильным в Азиатско-Тихоокеанском регионе, который поддерживается инвестициями японских, южнокорейских и китайских производителей, тогда как в Северной Америке и Европе по-прежнему будет устойчивый спрос со стороны автомобильного и промышленного сегментов.

В целом, рынок изготовления нитридных полупроводниковых подложек готов к устойчивому двузначному росту, крупнейшие игроки отрасли увеличивают объем производства, чтобы воспользоваться возможностями в развивающихся приложениях для устройств высокой мощности и высокой частоты.

Технологический ландшафт: инновации в полупроводниках GaN, AlN и InN

Технологический ландшафт для изготовления нитридных полупроводниковых подложек быстро развивается в 2025 году, обусловленный растущим спросом на высокопроизводительную электронику, силовые устройства и оптоэлектронику. Ватт-метры на основе нитрида галлия (GaN), нитрида алюминия (AlN) и нитрида индия (InN) находятся в авангарде этой инновации, каждая из которых предлагает уникальные материальные свойства, которые обеспечивают приложения следующего поколения.

Технология подложек GaN продолжает развиваться, с ведущими производителями, такими как компания Kyocera, Sumitomo Chemical и Coherent Corp. (ранее II-VI Incorporated), увеличивающими производство как объемных, так и эпитаксиальных подложек GaN. Отрасль наблюдает переход к большим диаметрам подложек — от 4 дюймов к 6 и даже 8 дюймов — для улучшения производительности и снижения затрат на устройство. Это увеличение критично для силовой электроники и радиочастотных приложений, где производительность и выход устройства напрямую связаны с качеством подложки и однородностью. Такие компании, как Ammono и Soraa, также известны своими достижениями в областях аммонитрирования и технологий роста гидридной паровой эпитаксии (HVPE), которые необходимы для производства высокопуросных, малодефектных кристаллов GaN.

Изготовление подложек AlN набирает популярность, особенно для приложений в области глубоко ультрафиолетовой (DUV) оптоэлектроники и высокочастотных устройств. HexaTech, дочерняя компания Yole Group, и TOYOTA SOLAR являются одним из немногих производителей, способных производить высококачественные одноалмазные подложки AlN. Главным акцентом в 2025 году станет улучшение методов роста кристаллов, таких как физический паровой транспорт (PVT) и металлоорганическое химическое осаждение из паров (MOCVD), чтобы достичь большего диаметра и снизить плотность дислокаций. Эти достижения, как ожидается, ускорят внедрение AlN в ультрафиолетовые светодиоды (UV-C) и высокомощные электронные устройства.

Технология подложек InN, хотя и менее зрелая, чем GaN и AlN, привлекает повышенное внимание со стороны научных и исследовательских практик. Ультра-высокая подвижность электронов и узкий энергетический зазор этого материала делают его многообещающим для высокоскоростных транзисторов и инфракрасной оптоэлектроники. Компании, такие как Nitride Solutions, и исследовательские консорциумы в Японии и Европе инвестируют в масштабируемые технологии роста, такие как плазмозависимая МБЕ и MOVPE, чтобы преодолеть проблемы, связанные с термостойкостью InN и контролем дефектов.

Смотрим вперед, ожидается, что сектор изготовления нитридных полупроводниковых подложек продолжит получать инвестиции в увеличение масштаба подложек, снижение дефектов и интеграцию с кремнием и другими платформами. Стратегические партнерства между поставщиками подложек и производителями устройств, вероятно, ускорят коммерциализацию с акцентом на автомобильные, 5G и возобновляемые энергетические рынки. В ходе взросления технологий изготовления ожидается более широкое внедрение подложек GaN, AlN и InN как в устоявшихся, так и в новых приложениях.

Крупные игроки и стратегические инициативы (например, Cree/Wolfspeed, Sumitomo Electric, Nichia)

Сектор изготовления нитридных полупроводниковых подложек наблюдает значительную активность в 2025 году, обусловленную стратегическими инициативами ведущих игроков отрасли. Эти компании инвестируют в расширение мощностей, технологии инновации и вертикальную интеграцию, чтобы удовлетворить растущий спрос на нитрид галлия (GaN) и сопутствующие материалы в силовой электронике, радиочастотных устройствах и оптоэлектронике.

Wolfspeed, Inc. (ранее Cree) остается мировым лидером в производстве подложек GaN и карбида кремния (SiC). В 2024 году Wolfspeed открыл свой завод Mohawk Valley в Нью-Йорке, крупнейшую в мире фабрику по производству SiC подложек диаметром 200мм, и с тех пор объявил о дальнейшем инвестировании для масштабирования производства подложек GaN-on-SiC. Вертикально интегрированная модель компании, начинающаяся с роста кристаллов и заканчивающаяся готовыми подложками, позволяет ей обеспечивать как внутреннее производство устройств, так и внешних клиентов. Стратегические партнерства Wolfspeed с автопроизводителями и промышленными гигантами подчеркивают его приверженность долгосрочным поставкам и совместной разработке технологий (Wolfspeed, Inc.).

Sumitomo Electric Industries, Ltd. является ключевым поставщиком подложек GaN и эпитаксиальных подложек, используя десятилетия опыта в области роста кристаллов и обработки подложек. Компания расширила производственные линии для 4-дюймовых и 6-дюймовых подложек GaN, ориентируясь на высокочастотные и высокомощные приложения. Ориентация Sumitomo Electric на снижение дефектов и улучшение однородности критична для будущего выхода устройств. В 2025 году компания также продвигает исследования по 8-дюймовым подложкам GaN, стремясь поддержать миграцию отрасли к большим диаметрам для снижения затрат (Sumitomo Electric Industries, Ltd.).

Nichia Corporation, известная своими прорывными достижениями в области голубых и белых светодиодов, продолжает инвестировать в технологии подложек GaN и эпитаксии. Вертикально интегрированные операции Nichia, начиная с производства субстрата и заканчивая упаковкой устройств, позволяют осуществлять строгий контроль процессов и быстрое Innovation-технологии. Компания активно разрабатывает передовые подложки GaN-on-акрил и GaN-on-SiC как для рынка освещения, так и для силовых устройств. Сотрудничество Nichia с мировыми производителями электроники ожидает ускорить внедрение решений на основе GaN во автомобильных и потребительских секторах (Nichia Corporation).

Другие заметные игроки включают компанию Kyocera, которая увеличивает производство подложек GaN, и Ferrotec Holdings Corporation, поставляющую оборудование и материалы для изготовления нитридных подложек. Эти компании инвестируют в автоматизацию, контроль качества и устойчивость цепочки поставок, чтобы удовлетворить строгие требования новых применений.

Смотрим вперед, ожидается, что сектор будет наблюдать дальнейшую консолидацию и стратегические альянсы, поскольку компании стремятся обеспечить источники сырья, оптимизировать затраты на производство и ускорить выход на рынок для продвинутых устройств на основе нитридов.

Усовершенствования производственного процесса: MOCVD, HVPE и разработки подложек

Изготовление нитридных полупроводниковых подложек, особенно на основе нитрида галлия (GaN) и алюминия-галлий-нитрида (AlGaN), продолжает быстро развиваться в 2025 году, обусловленное разработками в областях эпитаксиального роста и инжиниринга подложек. Металлоорганическое химическое осаждение из паров (MOCVD) остается доминирующим методом для осаждения высококачественных нитридных слоев, с значительными улучшениям в конструкции реакторов, доставке прекурсоров и мониторинге in-situ. Ведущие производители оборудования, такие как AIXTRON SE и Veeco Instruments Inc., представили новые платформы MOCVD с улучшенной автоматизацией, однородностью и производительностью, нацеленные как на силовую электронику, так и на микроLED-применения. Эти системы все более оптимизированы для обработки подложек диаметром 200 мм, что является ключевым трендом, так как отрасль стремится использовать имеющуюся кремниевую инфраструктуру для снижения затрат и масштабируемости.

Гидридная паровая эпитаксия (HVPE) также получает новое внимание, особенно для производства объемных подложек GaN. HVPE обеспечивает высокие скорости роста и дорабатывается, чтобы снизить плотность дислокаций и улучшить качество кристаллов. Компании, такие как Sumitomo Chemical и Mitsubishi Chemical Group, увеличивают производство подложек GaN, выращенных при HVPE, стремясь удовлетворить растущий спрос на родные подложки в высокомощных и RF-устройствах. Доступность высококачественных подложек GaN большого диаметра, как ожидается, в дальнейшем ускорит улучшения производительности устройств и увеличения выходов в ближайшие несколько лет.

Разработки подложек находятся в центре внимания, с продолжающимися усилиями для решения проблем стоимости и производительности между сапфиром, карбидом кремния (SiC), кремнием и собственными подложками GaN. Сапфир по-прежнему широко используется в приложениях светодиодов благодаря своей конкурентоспособной стоимости, с такими поставщиками, как Saint-Gobain и Monocrystal, увеличивающими эмиссию и улучшая качество кристаллов. Для силовой электроники предпочтительны подложки SiC — их предоставляют такие компании, как Wolfspeed — благодаря их превосходным тепло- и решеточным свойствам, хотя стоимость остаётся проблемой. Тем временем двигатели на основе GaN на кремнии продвигаются такими игроками, как NexGen Power Systems, используя подложки большого диаметра из кремния для снижения затрат для потребительских и автомобильных приложений.

Смотрим вперед, в следующие годы ожидается дальнейшая интеграция управления процессами in-situ, оптимизации на основе ИИ и продвинутой метрологии как в процессах MOCVD, так и HVPE. Эти инновации, в сочетании с прорывами подложек, готовы поддержать расширение процесса изготовления нитридных полупроводниковых подложек для новых приложений в 5G, электрических транспортных средствах и твердотельном освещении.

Сегменты приложений: силовая электроника, радиочастотные устройства, светодиоды и новые применения

Изготовление нитридных полупроводниковых подложек продолжает поддерживать критические достижения в различных приложениях, особенно в силовой электронике, радиочастотных устройствах, светодиодах и растущем массиве новых применений. По состоянию на 2025 год сектор характеризуется как технологической зрелостью, так и быстрым расширением на новые рынки, вызванным уникальными материальными свойствами нитридов группы III, такими как нитрид галлия (GaN) и нитрид алюминия (AlN).

В силовой электронике подложки на основе GaN все более заменяют традиционный кремний благодаря своему превосходному пробивному напряжению, высокой подвижности электронов и эффективности на высоких частотах. Ведущие производители, такие как Infineon Technologies AG и NXP Semiconductors, расширяют свои портфели устройств GaN, нацеливаясь на приложения от силовых установок электрических автомобилей (EV) до инфраструктуры быстрой зарядки. Переход на подложки GaN-on-силикон диаметром 200 мм уже происходит, путем инвестирования таких компаний, как imec и onsemi в пилотные линии и массовое производство, стремясь снизить затраты и повысить выход устройств.

Для радиочастотных устройств, особенно в 5G и спутниковых коммуникациях, подложки GaN-on-SiC (карбид кремния) остаются стандартом благодаря своей высокой теплопроводности и плотности мощности. Wolfspeed, Inc. (ранее Cree) и Qorvo, Inc. являются выдающимися поставщиками с продолжающимися инвестициями в расширение и SiC и увеличения емкости GaN эпитаксии. Ожидается, что спрос на высокочастотные, высокомощные радиопередатчики ускорится из-за наращивания инфраструктуры 5G и развертывания новых спутниковых созвездий.

В сегменте светодиодов подложки GaN-on-сафир и GaN-on-Si остаются основополагающими как для общего освещения, так и для подсветки дисплеев. OSRAM и Seoul Semiconductor продолжают внедрять инновации в технологии высокосветящихся и микро-LED, причем микро-LED готовы к коммерциализации в дисплеях следующего поколения и устройствах дополненной реальности. Основное внимание направлено на улучшение однородности подложек и снижение дефектов для массового производства меньших и более эффективных источников света.

Новые применения для нитридных полупроводниковых подложек быстро набирают популярность. Подложки AlN и AlGaN исследуются для ультрафиолетовых светодиодов (DUV), имеющих критическое значение для стерилизации и сенсоров. Компании, такие как HexaTech, Inc. (в настоящее время часть AMD), увеличивают массовое производство объемных подложек AlN. Кроме того, потенциал GaN в квантовых вычислениях, высокочастотной фотонике и интеграции силовых ИС привлекает значительные инвестиции НИОКР как существующих игроков, так и стартапов.

Смотрим вперед, экосистема изготовления нитридных полупроводниковых подложек ожидает дальнейшее расширение мощностей, инновации процессов и диверсификацию материалов подложек, чтобы поддерживать меняющиеся потребности в мобильности, радиочастотной оптоэлектронике, оптоэлектронике и новых квантовых элементах и фотонах.

Региональный анализ: лидерство Азиатско-Тихоокеанского региона и глобальная экспансия

Азиатско-Тихоокеанский регион продолжает доминировать на мировом рынке изготовления нитридных полупроводниковых подложек в 2025 году, благодаря сильным инвестициям, высокотехнологической производственной инфраструктуре и сосредоточенности ведущих игроков отрасли. Страны, такие как Япония, Южная Корея, Китай и Тайвань, находятся на переднем плане, используя свои устоявшиеся экосистемы полупроводников и инициативы, поддерживаемые правительством, для ускорения инноваций и расширения мощностей.

Япония остается ключевым хабом с такими компаниями, как Sumitomo Chemical и Mitsubishi Chemical Group, которые продолжают удерживать лидерство в производстве нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC). Эти компании инвестируют в подложки следующего поколения и технологии эпитаксии, чтобы удовлетворить растущий спрос на силовую электронику и радиочастотные устройства. Ориентация Японии на качество и инновации процессов продолжает задавать мировые стандарты, особенно в области чистых, крупных подложек.

Южная Корея быстро увеличивает свое присутствие, с Samsung Electronics и LG, инвестирующими в производственные технологии полупроводников и НИОКР. Эти компании ориентируются на приложения в области 5G, автомобильной и энергосберегающей электроники, с особым акцентом на вертикальную интеграцию и безопасность цепочки поставок. Стратегическая поддержка корейского правительства самодостаточности в области полупроводников, вероятно, также дополнительно увеличит производство нитридных подложек на местном уровне до 2025 года и далее.

Расширение Китая характеризуется агрессивным наращиванием мощностей и приобретением технологий. Такие компании, как San’an Optoelectronics и Китайская корпорация аэрокосмической науки и промышленности, увеличивают объем производства подложек GaN и AlN, поддерживаемые значительным государственным финансированием и развитием местной экосистемы. Ориентация Китая на локализацию ключевых материалов и оборудования ожидается, что сократит технологический разрыв с устоявшимися игроками, новые фабрики начнут работу в 2025 году, чтобы обслуживать как внутренние, так и экспортные рынки.

Тайвань, дом для Epistar и TSMC, продолжает оставаться мировым центром в области изготовления подложек светодиодов и силовых устройств. Тайваньские компании продолжают инвестировать в передовые технологии эпитаксии и подложек, с возрастающим акцентом на платформы GaN-on-Si и SiC для следующего поколения приложений силовой электроники и RF. Совместные усилия между промышленностью и академической средой способствуют инновациям и развитию рабочей силы, обеспечивая конкурентоспособность Тайваня на развивающемся рынке.

Смотрим вперед, ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион консолидирует свое лидерство в производстве нитридных полупроводниковых подложек с продолжающимися инвестициями в мощности, НИОКР и устойчивость цепи поставок. Поскольку глобальный спрос на высокопроизводительные силовые, радиочастотные и оптоэлектронные устройства ускоряется, интегрированный подход региона и технологические достижения продолжат формировать траекторию отрасли в оставшуюся часть десятилетия.

С Supply Chain и динамика сырьевых материалов

Цепочка поставок и динамика сырьевых материалов для изготовления нитридных полупроводниковых подложек переживает значительные перемены, поскольку отрасль отвечает на растущий спрос на высокопроизводительную электронику, силовые устройства и оптоэлектронию в 2025 году и далее. В частности, подложки на основе нитрида галлия (GaN) и алюминия-галлий-нитрида (AlN) находятся в центре этого изменения, их цепочки поставок формируются как за счет доступности основных материалов, так и с учетом возможностей последующей переработки.

Ключевым фактором в изготовлении нитридных подложек является надежная и стабильная поставка высокопурных сырьевых материалов, особенно таких, как галлий, алюминий и качественные подложки, такие как сапфир, карбид кремния (SiC) и объемный GaN. Глобальные запасы галлия остаются сосредоточенными, основное производство осуществляется немногими компаниями в Азии и Европе. Например, Samsung и Sumitomo Chemical являются одними из ключевых игроков в производстве и переработке подложек GaN, используя запатентованные технологии гидридной паровой эпитаксии (HVPE) и аммонитрования для улучшения качества и выхода подложек.

Цепочка поставок для сапфировых и SiC подложек, необходимых для роста GaN, также консолидируется. Kyocera и Showa Denko известны своими вертикально интегрированными операциями, охватывающими от синтеза сырьевых материалов до готовых изделий. Эти компании инвестируют в расширение мощностей и автоматизацию, чтобы решить узкие места и снизить время простоя, особенно так как автомобильный (EV) и 5G сегменты наращивают спрос на силовые и радиочастотные устройства.

Поставка подложек на основе алюминия нитрида более нишевая, но растущая, с такими компаниями, как HexaTech (в настоящее время часть ams OSRAM) и Toyota Tsusho, активно продвигающими технологии роста объемного кристалла AlN и обработки подложек. Эти усилия критичны для оптоэлектроники следующего поколения UV и высокочастотных приложений, где чистота материалов и плотность дефектов имеют критическое значение.

Геополитические факторы и торговая политика по-прежнему влияют на цепочку поставок нитридных полупроводников. Отрасль наблюдает увеличенные усилия по регионализации и повышения устойчивости цепи поставок, поскольку компании в США, Японии и Европе стремятся к локализации производства критических материалов и снижению зависимости от единственных поставщиков. Например, Wolfspeed (ранее Cree) расширяет свои мощности по производству SiC и GaN подложек в США, стремясь обеспечить внутреннее снабжение для силовой электроники.

Смотрим вперед, прогноз для цепочек поставок нитридных полупроводниковых подложек в 2025 году и в последующие годы представляет собой осторожный оптимизм. Хотя ожидается, что расширение мощностей и технологические достижения помогут облегчить некоторые ограничения, сектор остается чувствительным к колебаниям цен на сырье и геополитическим изменениям. Стратегические партнерства, вертикальная интеграция и инвестиции в переработку и альтернативные источники материалов, вероятно, будут формировать конкурентное окружение, поскольку отрасль стремится удовлетворить требования электрификации, подключения и передовой фотоники.

Проблемы: выход, стоимость и барьеры масштабируемости

Изготовление нитридных полупроводниковых подложек, особенно для устройств на основе нитрида галлия (GaN) и алюминия галлия-нитрида (AlGaN), сталкивается с постоянными проблемами в области выхода, стоимости и масштабируемости в течение 2025 года и в последующие годы. Эти барьеры играют центральную роль в экономике и осуществимости расширения технологий на основе нитридов к основным приложениям, таким как силовая электроника, радиочастотные устройства и продвинутая оптоэлектроника.

Основной проблемой остается высокая плотность дефектов в нитридных подложках, особенно при выращивании на инородных подложках, таких как сапфир или кремний. Пробивные дислокации, которые могут превышать 10⁸ cm^-2 при традиционных процессах, напрямую влияют на надежность и выход устройства. Хотя родные подложки GaN предлагают более низкие плотности дефектов, их производство ограничено высокими затратами и малыми диаметрами, обычно не превышающими 4 дюйма на 2025 год. Ведущие производители, такие как Аммон и Sumitomo Chemical, добились успеха в росте объемного GaN кристалла, но масштабирование на большие подложки остается значительным техническим и экономическим препятствием.

Стоимость дополнительно усугубляется сложностью технологий эпитаксиального роста, таких как металлоорганическое осаждение из паров (MOCVD) и гидридная паровая эпитаксия (HVPE). Эти процессы требуют точного управления и дорогих прекурсоров, что приводит к высоким капитальным и операционным расходам. Компании, такие как Kyocera и Ferrotec, активно разрабатывают современные реакторы MOCVD и оптимизации процессов, чтобы улучшить производительность и однородность, но стоимость за подложку остается значительно выше, чем для технологий на основе кремния.

Масштабируемость является еще одним критическим барьером. Переход на больший диаметр подложек (6 дюймов и более) имеет решающее значение для снижения затрат и совместимости с существующими полупроводниковыми фабриками. Однако такие проблемы, как выгиб подложек, трещины и потеря однородности становятся более выраженными на больших размерах. Pureon и Soraa находятся среди компаний, изучающих новые методы инжиниринга подложек и подготовки поверхности для решения этих вопросов, но широкое применение все еще находится на ранних стадиях.

Смотрим вперед, отраслевой прогноз для 2025 года и последующих нескольких лет предполагает постепенные улучшения, а не разрушительные прорывы. Ожидается, что совместные усилия между поставщиками подложек, производителями оборудования и производителями устройств приведут к постепенному снижению плотностью дефектов и небольшим улучшениям в стоимости. Тем не менее, если не произойдут значительные прорывы в росте объемного нитридного кристалла и высокопроизводительной эпитаксии, выход, стоимость и масштабируемость продолжат сдерживать более широкое принятие подложек нитридного полупроводника на высокообъемных рынках.

Будущий прогноз: разрушительные технологии и долгосрочные рыночные возможности

Будущее изготовления нитридных полупроводниковых подложек готово к значительным преобразованиям, поскольку разрушительные технологии и развивающиеся рыночные требования формируют ландшафт отрасли вплоть до 2025 года и далее. Ватт-метры на основе нитрида галлия (GaN) и алюминий-галлий-нитрида (AlGaN) находятся в авангарде, благодаря своим превосходным электронным и оптоэлектронным свойствам по сравнению с традиционным кремнием. Ожидается, что в ближайшие несколько лет производственные технологии, такие как гидридная паровая эпитаксия (HVPE), металлоорганическое осаждение из паров (MOCVD) и аммонитирование, будут внедрены быстрее, что обещает увеличить выход, увеличить диаметры подложек и улучшить качество кристаллов.

Ключевые игроки отрасли активно инвестируют в расширение производства и совершенствование процессов. Nichia Corporation, мировой лидер в области нитридных материалов, продолжает расширять свои производственные возможности, сосредоточив внимание на светодиодах высокой яркости и силовых устройствах. Cree, Inc. (сейчас действующая под брендом Wolfspeed) развивает технологию подложек диаметром 200 мм на основе GaN-on-SiC, нацеливаясь на высокочастотные и высокомощные приложения в 5G, электрических автомобилях и возобновляемых источниках энергии. Компания Kyocera и Sumitomo Chemical также увеличивают производство своих подложек нитридов, сосредотачиваясь как на подложках, так и на эпитаксиальных подложках для глобальных производителей устройств.

Появляющиеся разрушительные технологии включают интеграцию платформ GaN-on-силикон (GaN-on-Si) и GaN-on-силикон-карбид (GaN-on-SiC), которые предполагаются в дальнейшем снижать затраты и позволить массовое проникновение в силовую электронику и радиочастотные устройства. Переход на подложки диаметром 200 мм является важным этапом, поскольку он выравнивает производство нитридных полупроводников с основными кремниевыми процессами, способствуя повышению производительности и эффективности затрат. Компании, такие как ROHM Co., Ltd. и pSemi Corporation (компания Murata) активно разрабатывают продукты на основе GaN для автомобильной и беспроводной инфраструктуры, сигнализируя об устойчивом росте спроса.

Смотрим вперед, рынок готов получить выгоду от электрификации транспорта, расширения сетей 5G и распространения высокоэффективных силовых систем преобразования. Стратегические партнерства и инвестиции в НИОКР, как ожидается, ускорят инновации с фокусом на снижение дефектов, увеличение размеров подложек и интеграцию с сопутствующими технологиями, такими как кремниевая фотоника. По мере созревания экосистемы, изготовление нитридных полупроводниковых подложек, вероятно, станет краеугольным камнем электроники следующего поколения, открывая новые возможности в энергетике, коммуникациях и продвинутых сенсорных приложениях.

Источники и ссылки

• Sumitomo Chemical
• Ferrotec Holdings Corporation
• Wolfspeed, Inc.
• Soraa
• HexaTech
• Wolfspeed, Inc.
• Sumitomo Electric Industries, Ltd.
• Nichia Corporation
• AIXTRON SE
• Veeco Instruments Inc.
• Mitsubishi Chemical Group
• Monocrystal
• NexGen Power Systems
• Infineon Technologies AG
• NXP Semiconductors
• imec
• OSRAM
• Seoul Semiconductor
• Mitsubishi Chemical Group
• LG
• San’an Optoelectronics
• Epistar
• ams OSRAM
• Toyota Tsusho
• Pureon
• ROHM Co., Ltd.
• pSemi Corporation