Производство эпитаксиальных пластин из нитрида галлия в 2025 году: будущее высокоэффективной электроники. Узнайте, как быстрая инновация и расширение рынка формируют следующие пять лет.

• Исполнительное резюме: основные тенденции и обзор рынка 2025 года
• Размер рынка, темпы роста и прогноз на 2029 год (18% CAGR)
• Обзор технологии: процессы производства эпитаксиальных пластин GaN
• Основные игроки и стратегические инициативы (например, nexgenpower.com, ams-osram.com, sumitomochemical.com)
• Сфера применения: силовая электроника, радиочастотные и оптоэлектронные устройства
• Анализ цепочки поставок и источники сырья
• Региональные рыночные динамики: Азиатско-Тихоокеанский регион, Северная Америка, Европа
• Движущие силы инноваций: производительность устройств, эффективность и миниатюризация
• Вызовы: доходность, стоимость и масштабируемость в эпитаксии GaN
• Будущий взгляд: карта к 2030 году и новые возможности
• Источники и ссылки

Исполнительное резюме: основные тенденции и обзор рынка 2025 года

Сектор производства эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN)entering вступает в решающую фазу в 2025 году, движимый растущим спросом на высокопроизводительную силовую электронику, радиочастотные (RF) устройства и оптоэлектронные приложения. Превосходные свойства материала GaN — такие как широкий запрещенный энергетический диапазон, высокая подвижность электронов и термостабильность — ускоряют его внедрение по сравнению с традиционными подложками на основе кремния и карбида кремния, особенно в электромобилях (EV), инфраструктуре 5G и современных системах освещения.

Ключевые игроки отрасли увеличивают производственные мощности и совершенствуют технологии эпитаксиального роста, в частности металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD), чтобы соответствовать строгим требованиям по качеству и объему. ams OSRAM и Nichia Corporation остаются мировыми лидерами в производстве пластин и устройств GaN, используя десятилетия опыта работы на рынках светодиодов и лазерных диодов. Coherent Corp. (ранее II-VI Incorporated) и Sanan Optoelectronics расширяют свои линии эпитаксии GaN, ориентируясь как на силовую электронику, так и на модули переднего конца RF для 5G и спутниковых коммуникаций.

В 2025 году рынок наблюдает переход к большим диаметрам пластин — от 4 дюймов к 6-дюймовым и даже 8-дюймовым форматам — для повышения выхода и снижения стоимости на устройство. Этот переход поддерживается инвестициями таких компаний, как Epiworld International и Suquan Technology, которые ускоряют производство 6-дюймовых эпитаксиальных пластин GaN на кремнии и GaN на карбиде кремния (SiC). Переход на более крупные пластины ожидается в ближайшие годы, с разработкой опытных образцов 8-дюймовых эпитаксиальных пластин GaN.

Локализация цепочки поставок и вертикальная интеграция также являются ключевыми тенденциями, поскольку производители стремятся обеспечить источники сырья и контролировать качество по всей цепочке добавленной стоимости. pSemi Corporation (компания Murata) и Innolight Technology известны своими усилиями по интеграции производства эпитаксиальных пластин с производством устройств, с целью сократить сроки поставки и улучшить согласованность характеристик.

Смотря в будущее, рынок эпитаксиальных пластин GaN готов к устойчивому росту вплоть до 2025 года и далее, движимый тенденциями электрификации, распространением высокочастотной связи и продолжающимся переходом на твердотельное освещение. Стратегические инвестиции в мощности, инновации процессов и устойчивость цепочки поставок определят конкурентную среду, при этом ожидается, что производители Азиатско-Тихоокеанского региона сохранят доминирующее положение в глобальном производстве.

Размер рынка, темпы роста и прогноз на 2029 год (18% CAGR)

Глобальный рынок производства эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) испытывает устойчивое расширение, движимое растущим спросом на силовую электронику, радиочастотные устройства и оптоэлектронику. По состоянию на 2025 год, рынок оценивается в низкие однозначные миллиарды долларов США, при этом ведущие участники отрасли сообщают о сильных заказах и расширении мощностей. Сложный ежегодный темп роста (CAGR) для эпитаксиальных пластин GaN прогнозируется примерно на уровне 18% до 2029 года, что отражает как технические достижения, так и быстрое внедрение устройств на основе GaN в автомобильной, потребительской электронике и в промышленных приложениях.

Ключевыми игроками в секторе эпитаксиальных пластин GaN являются IQE plc, UK основанная на компании, специализирующейся на эпитаксии соединительных полупроводников, и Kyocera Corporation, которая активно инвестирует в технологии подложек и пластин GaN. Sanan Optoelectronics в Китае также является крупным поставщиком, с вертикально интегрированным производством от подложки до эпитаксиальной пластины. Ferrotec Holdings Corporation и Sumitomo Electric Industries также являются известными игроками, при этом последняя компания признана за свои собственные процессы эпитаксии гидридной паровой фазы (HVPE) и металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD).

В последние годы наблюдается значительный рост инвестиций в новые установки реакторов MOCVD и расширение чистых помещений, особенно в Азии и Европе. Например, IQE plc объявила о повышении мощностей для удовлетворения растущего спроса со стороны производителей RF и силовых устройств. В то же время Sanan Optoelectronics продолжает наращивать производство своих пластин GaN на кремнии и GaN на карбиде кремния (SiC), ориентируясь как на внутренние, так и на международные рынки.

Прогноз по рынку до 2029 года поддерживается рядом факторов: электрификация транспортных средств, развертывание инфраструктуры 5G и распространение быстро заряжаемых потребительских устройств. Превосходная подвижность электронов и напряжение пробоя GaN по сравнению с кремнием ускоряют его внедрение в высокоэффективную силовую преобразовательную технику и модули переднего конца RF. В результате производители пластин стремятся улучшить выход, увеличить производство 6-дюймовых и 8-дюймовых пластин и снизить плотности дефектов.

К 2029 году рынок эпитаксиальных пластин GaN, скорее всего, приблизится или превысит 5 миллиардов долларов, при этом Азиатско-Тихоокеанский регион останется доминирующим центром производства. Ожидается, что стратегические партнерства, долгосрочные соглашения о поставках и дальнейшие инновации процессов определят конкурентную среду, так как устоявшиеся игроки и новые участники будут соперничать за долю на рынке в этом быстрорастущем секторе.

Обзор технологии: процессы производства эпитаксиальных пластин GaN

Производство эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) является ключевой технологией для электроники следующего поколения, радиочастотных устройств и оптоэлектроники. Процесс включает в себя осаждение высокочистых слоев GaN на подложки, обычно с использованием металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD) или эпитаксии гидридной паровой фазы (HVPE). По состоянию на 2025 год индустрия наблюдает быстрые достижения как в управлении процессом, так и в инжиниринг подложек, движимые потребностью в более высокой производительности устройств и соотношении затрат.

MOCVD остается доминирующей техникой для эпитаксии GaN, обеспечивая точный контроль над толщиной слоя, легированием и составом. Ведущие поставщики оборудования, такие как AIXTRON SE и Veeco Instruments Inc. представили новые платформы MOCVD с улучшенной однородностью, пропускной способностью и автоматизацией, позволяя массовое производство 6-дюймовых и 8-дюймовых пластин GaN на кремнии. Эти большие форматы пластин критически важны для масштабирования производства устройств и снижения стоимости единицы продукции.

Выбор подложки является ключевым фактором в качестве эпитаксиальных пластин GaN. Хотя сапфир и карбид кремния (SiC) были традиционным выбором, подложки из кремния набирают популярность из-за их низкой стоимости и совместимости с существующими полупроводниковыми производства. Такие компании, как Nitride Semiconductors Co., Ltd. и onsemi активно разрабатывают технологии GaN на кремнии, нацеливаясь на высокообъемные приложения в силовом преобразовании и RF. Тем временем IQE plc и Sumitomo Electric Industries, Ltd. продолжают развивать эпитаксию GaN на SiC для высокочастотных и высокомощных устройств, используя превосходную теплопроводность SiC.

Снижение дефектов и улучшение однородности продолжают оставаться актуальными проблемами. Совершенствование мониторинга in-situ и анализа процессов в реальном времени интегрируется в эпитаксиальные реакторы, позволяя более точно контролировать параметры роста и раннее обнаружение аномалий. Это особенно важно для достижения низких плотностей дислокаций, необходимых для высоконадежных силовых и RF устройств.

Смотрясь в будущее, в последние несколько лет ожидается дальнейшее внедрение 8-дюймовых эпитаксиальных пластин GaN, а также появление новых технологий подложек и буферных слоев. Совместные усилия между производителями пластин и производителями устройств, такие как те, которые ведут Wolfspeed, Inc. и ROHM Co., Ltd., ускоряют коммерциализацию передовых материалов GaN. Эти разработки, скорее всего, поддержат расширяющиеся рынки для электромобилей, инфраструктуры 5G и энергосберегающих систем питания вплоть до 2025 года и далее.

Основные игроки и стратегические инициативы (например, nexgenpower.com, ams-osram.com, sumitomochemical.com)

Глобальный ландшафт производства эпитаксиальных пластин нитрида галлия (GaN) в 2025 году характеризуется быстрым расширением мощностей, стратегическими партнерствами и технологическими инновациями среди ведущих игроков отрасли. По мере ускорения спроса на устройства на базе GaN в силовой электронике, RF и оптоэлектронике, устоявшиеся производители и новые участники усиливают свои усилия для обеспечения доли на рынке и технологического лидерства.

Среди наиболее заметных компаний Sumitomo Chemical продолжает быть ключевым поставщиком эпитаксиальных пластин GaN, используя десятилетия опыта в области соединительных полупроводниковых материалов. Компания инвестировала в наращивание производства и совершенствование процессов металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD), чтобы предлагать пластинки высокого качества и большого диаметра, подходящие для следующего поколения силовых и RF приложений. Стратегическая направленность Sumitomo Chemical включает сотрудничество с производителями устройств для оптимизации спецификаций пластин для высокоэффективного и высокопроизводительного производства.

Другой ключевой игрок, ams-OSRAM, признан за свой вертикально интегрированный подход, охватывающий от эпитаксии GaN до производства устройств, особенно в области оптоэлектроники и современных систем освещения. В 2024 и 2025 годах ams-OSRAM объявила о дальнейших инвестициях в расширение мощностей по производству пластин GaN с акцентом на 6-дюймовые и 8-дюймовые пластины, чтобы удовлетворить растущие потребности автомобильного, промышленного и потребительского секторов. Стратегические инициативы компании включают партнерство с поставщиками оборудования и научно-исследовательскими учреждениями для ускорения внедрения технологий GaN на кремнии и GaN на карбиде кремния (SiC).

Новые компании, такие как NexGen Power Systems, также добиваются значительных успехов. NexGen Power Systems специализируется на технологии эпитаксии GaN на GaN, которая обеспечивает превосходную тепловую и электрическую производительность по сравнению с традиционными подложками GaN на кремнии. Недавние объявления компании подчеркивают ввод в эксплуатацию новых реакторов эпитаксии и создание опытных производственных линий, направленных на поддержку коммерциализации высокоэффективных силовых устройств.

Другие заметные производители включают IQE, глобального поставщика передовых полупроводниковых материалов, который расширил свои возможности эпитаксии GaN для обслуживания рынков как RF, так и силовых устройств. Стратегические инициативы IQE включают сотрудничество с литейными заводами и производителями устройств для обеспечения устойчивости цепочки поставок и ускорения вывода на рынок продуктов на основе GaN.

Смотря в будущее, ожидается, что конкурентная среда станет более напряженной, поскольку компании стремятся к дальнейшему увеличению мощностей, вертикальной интеграции и технологическим партнерствам. Фокус на больших диаметрах пластин, улучшении качества материалов и снижении стоимости будет оставаться центральным в стратегических инициативах, обеспечивая ведущим игрокам места на передовой индустрии эпитаксиальных пластин GaN до 2025 года и далее.

Сфера применения: силовая электроника, радиочастотные и оптоэлектронные устройства

Эпитаксиальные пластины из нитрида галлия (GaN) находятся на переднем плане инноваций в силовой электронике, радиочастотных (RF) устройствах и оптоэлектронике, где 2025 год отмечает период ускоренного внедрения и технологического уточнения. Уникальные свойства материала GaN — такие как широкий запрещенный энергетический диапазон, высокая подвижность электронов и превосходная теплопроводность — способствуют его интеграции в устройства следующего поколения в этих отраслях.

В силовой электронике эпитаксиальные пластины GaN способствуют производству высокоэффективных транзисторов и диодов для приложений от электромобилей (EV) до инверторов для возобновляемых источников энергии и инфраструктуры быстрой зарядки. Ведущие производители, такие как Infineon Technologies AG и STMicroelectronics, расширяют свои портфели устройств GaN, используя как поставку эпитаксиальных пластин из своих собственных мощностей, так и у партнеров, чтобы удовлетворить растущий спрос на компактные высокопроизводительные силовые модули. Автомобильный сектор, в частности, ожидает значительного увеличения внедрения GaN для бортовых зарядных устройств и DC-DC преобразователей, поскольку OEM стремятся повысить энергетическую эффективность и уменьшить размер системы.

В области RF эпитаксиальные пластины GaN имеют решающее значение для производства высокомощных, высокочастотных усилителей, используемых в базовых станциях 5G, спутниковых коммуникациях и радиолокационных системах. Такие компании, как Mitsubishi Electric Corporation и NXP Semiconductors, активно наращивают производство своих устройств GaN RF, указывая на способность материала обеспечивать более высокую выходную мощность и эффективность по сравнению с традиционными кремнием или даже карбидом кремния (SiC). Ожидается, что продолжающееся глобальное развертывание 5G и расширение применения в оборонной и аэрокосмической отраслях будет поддерживать устойчивый спрос на компоненты GaN RF до 2025 года и далее.

В оптоэлектронике эпитаксиальные пластины GaN лежат в основе производства высокоинтенсивных светодиодов, лазерных диодов и новых микро-светодиодных дисплеев. OSRAM и Nichia Corporation остаются на переднем плане инноваций в оптоэлектронных устройствах на основе GaN, продолжая инвестировать в качество эпитаксиальных пластин и разработку подложек большого диаметра. Сегмент микро-светодиодов, в частности, ожидает роста по мере того, как производители потребительской электроники и автомобильной электроники стремятся к повышению яркости, эффективности и долговечности.

Смотря в будущее, сфера применения эпитаксиальных пластин GaN будет расширяться, с продолжением прогресса в однородности пластин, снижении дефектов и масштабируемых процессах производства. Ожидается, что стратегические коллаборации между поставщиками пластин и производителями устройств ускорятся, обеспечивая стабильную цепочку поставок и поддерживая следующую волну высокопроизводительных электронных и фотонных систем.

Анализ цепочки поставок и источники сырья

Цепочка поставок для производства эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) в 2025 году характеризуется увеличением вертикальной интеграции, стратегическими партнерствами и фокусом на обеспечении критически важных сырьевых материалов. Пластины GaN являются основой для высокопроизводительной силовой электроники и радиочастотных устройств, и их производство зависит от сложной сети поставщиков как для материалов подложки, так и для предшествующих химических компонентов.

Основными сырьевыми материалами для эпитаксиальных пластин GaN являются высокочистый галлий, аммиак и подложки, такие как карбид кремния (SiC), сапфир или кремний. Большинство галлия производятся как побочный продукт переработки алюминия и цинка с значительным объемом в странах, таких как Китай, Германия и Казахстан. В последние годы уязвимости цепочки поставок побудили ведущих производителей диверсифицировать источники и инвестировать в инициативы по переработке. Например, Nichia Corporation, крупный производитель пластин GaN и LED, акцентирует внимание на важности стабильной поставки галлия и разработала внутренние процессы очистки для снижения внешних рисков.

С точки зрения подложек ключевыми поставщиками являются такие компании, как Coherent Corp. (ранее II-VI Incorporated) и SICC Co., Ltd., которые поставляют подложки SiC и сапфир соответственно. Эти подложки критически важны для качественной эпитаксии GaN, и их доступность прямо влияет на выход пластин. Ожидается, что продолжающееся расширение производства подложек SiC, особенно в Азии и США, поможет смягчить некоторые ограничения по поставкам к 2025 году, хотя спрос продолжает превышать предложение в определенных сегментах.

Эпитаксиальный рост слоев GaN обычно выполняется с использованием реакторов MOCVD. Ведущие поставщики оборудования, такие как AIXTRON SE и Veeco Instruments Inc., сообщили о сильных заказах до 2025 года, что отражает устойчивые инвестиции в новые мощностные мощности от производителей пластин. Эти компании также тесно сотрудничают с химическими поставщиками, чтобы обеспечить постоянную поставку высокочистых предшественников, таких как триметилгаллий и аммиак.

Смотря в будущее, ожидается, что цепочка поставок пластин GaN станет более устойчивой, поскольку производители стремятся к долгосрочным контрактам, обратной интеграции и переработке галлия из устройств конца жизни. Однако геополитические факторы и концентрация переработки галлия в нескольких странах остаются потенциальными рисками. Отраслевые объединения, такие как Semiconductor Industry Association, выступают за политику, направленную на укрепление внутренних цепочек поставок и поощрение инвестиций в переработку критически важных материалов.

В заключение, хотя цепочка поставок эпитаксиальных пластин GaN в 2025 году более устойчива, чем в предыдущие годы, продолжающиеся усилия по обеспечению сырья, расширению производства подложек и локализации ключевых процессов будут иметь решающее значение для удовлетворения быстро растущего спроса на устройства на основе GaN в ближайшие годы.

Региональные рыночные динамики: Азиатско-Тихоокеанский регион, Северная Америка, Европа

Глобальный ландшафт производства эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) характеризуется отчетливыми региональными динамиками, при этом Азиатско-Тихоокеанский регион, Северная Америка и Европа играют ключевые роли в эволюции сектора до 2025 года и далее.

Азиатско-Тихоокеанский регион остается доминирующей силой в производстве эпитаксиальных пластин GaN, движимый мощными инвестициями, устоявшимися цепями поставок и присутствием ведущих производителей. Такие страны, как Китай, Япония, Южная Корея и Тайвань находятся в авангарде. В Китае государственные инициативы и агрессивное наращивание мощностей со стороны таких компаний, как San’an Optoelectronics и Enkris Semiconductor, ускоряют внутреннюю продукцию пластин GaN, нацеливаясь как на силовую электронику, так и на RF-приложения. Японская Sumitomo Chemical и Mitsubishi Electric продолжают использовать десятилетия опыта в области соединительных полупроводников, сосредоточивая внимание на высококачественных подложках и передовых процессах эпитаксии. Южнокорейские Samsung Electronics и LG Electronics также инвестируют в технологии GaN, особенно для устройств следующего поколения в потребительской электронике и автомобилестроении.

Северная Америка выделяется своим фокусом на инновациях и высокопроизводительных решениях GaN, обладая мощной экосистемой исследовательских институтов и коммерческих игроков. США являются домом для ключевых производителей, таких как Wolfspeed (ранее Cree), который управляет одним из крупнейших в мире заводов по производству пластин GaN и SiC, и Qorvo, лидера в производстве RF GaN устройств. Эти компании увеличивают мощности и развивают технологии 6-дюймовых и 8-дюймовых пластин GaN для удовлетворения растущего спроса на рынках 5G, обороны и электромобилей (EV). Ожидается, что стратегические партнерства и поддерживаемые государством программы НИОКР будут способствовать дальнейшему укреплению конкурентоспособности Северной Америки в ближайшие годы.

Европа становится значительным игроком, особенно в контексте устойчивости цепочки поставок и устойчивости. Акцент Европейского Союза на полупроводниковом суверенитете стимулировал инвестиции в производственную инфраструктуру GaN. Такие компании, как Infineon Technologies (Германия) и STMicroelectronics (Франция/Италия), развивают производство эпитаксиальных пластин GaN, нацеливаясь на автомобильный, промышленный и сектор возобновления энергии. Ожидается, что совместные инициативы, включая государственно-частные партнерства и транснациональные исследовательские проекты, ускорят технологические возможности и долю рынка региона до 2025 года.

Смотря в будущее, ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион сохранит свое лидерство в объемном производстве, в то время как Северная Америка и Европа, вероятно, увеличат свое присутствие на высокоценных, специализированных рынках пластин GaN. Региональная политика поддержки, стратегии цепочки поставок и продолжение инновационной активности будут определять конкурентоспособность производства эпитаксиальных пластин GaN в ближайшие несколько лет.

Движущие силы инноваций: производительность устройств, эффективность и миниатюризация

Производство эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) быстро трансформируется под влиянием факторов инноваций, сосредоточенных на производительности устройств, эффективности и миниатюризации. По состоянию на 2025 год эти факторы формируют как технологическую карту, так и конкурентную среду для поставщиков пластин GaN и производителей устройств.

Основным движущим фактором является неуклонный спрос на более высокую производительность устройств, особенно в силовой электронике и радиочастотных (RF) приложениях. Превосходная подвижность электронов и напряжение пробоя GaN по сравнению с кремнием позволяют создавать устройства с более высокими частотами переключения, меньшими потерями и большей плотностью мощности. Ведущие производители, такие как Nichia Corporation и Kyocera Corporation, инвестируют в передовые процессы металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD) и эпитаксии гидридной паровой фазы (HVPE) для производства высокочистых, низкодиффектных слоев GaN, которые критически важны для транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) и силовых интегральных схем.

Улучшение эффективности — еще один ключевой драйвер, особенно по мере того как отрасли стремятся сократить потребление энергии и устранить проблемы терморегулирования. Устройства на основе GaN, обеспечиваемые высококачественными эпитаксиальными пластинами, все чаще заменяют кремний в адаптерах быстрой зарядки, источниках питания центров обработки данных и инверторах электромобилей (EV). Такие компании, как Ferrotec Holdings Corporation и Siltronic AG, масштабируют производство больших диаметров пластин GaN на кремнии и GaN на карбиде кремния (SiC), что позволяет получить более высокие выходы устройств и улучшить соотношение затрат.

Миниатюризация также ускоряет инновации в производстве эпитаксиальных пластин GaN. Возможность производить более компактные и интегрированные устройства имеет решающее значение для применения в 5G-связи, автомобильном радаре и потребительской электронике. Samsung Electronics и Soraa Inc. входят в число компаний, разрабатывающих передовые технологии уменьшения толщины пластин, паттерниг и инжиниринг подложек для поддержки интеграции устройств GaN в компактные модули и решения в корпусе (SiP).

Смотря в будущее, ожидается, что в индустрии будут дальнейшие достижения в снижении дефектов, контроле однородности и масштабируемыми технологиями подложек. Ожидается, что совместные усилия между поставщиками пластин, производителями устройств и поставщиками оборудования ускоряются, с акцентом на 8-дюймовые (200 мм) платформы пластин GaN и новые гетероэпитаксиальные подходы. Эти инновации, вероятно, откроют новые уровни производительности устройств, энергоэффективности и миниатюризации, укрепляя роль GaN как основного материала для электроники будущего.

Вызовы: доходность, стоимость и масштабируемость в эпитаксии GaN

Производство эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) сталкивается с постоянными проблемами в области доходности, стоимости и масштабируемости по мере того, как индустрия вступает в 2025 год. Стремление к более высокой производительности в силовой электронике, радиочастотных (RF) устройствах и оптоэлектронике усилило потребность в высококачественных, крупногабаритных пластинах GaN. Однако остаются несколько технических и экономических барьеров.

Главная проблема заключается в высокой плотности дефектов, присущей эпитаксии GaN, особенно при росте на чужих подложках, таких как сапфир или кремний. Нити дислокаций и другие кристаллические дефекты могут значительно повлиять на производительность и доходность устройства. Несмотря на достигнутый прогресс в технологиях металлической органической химической паровой депозиции (MOCVD) и эпитаксии гидридной паровой фазы (HVPE), на больших масштабах достижение последовательно низких плотностей дефектов остается сложной задачей. Ведущие производители, такие как Kyocera и Sumitomo Chemical, инвестируют в собственные технологии буферных слоев и инжиниринг подложек, чтобы смягчить эти проблемы, но сложность процессов тоже способствует высоким производственным затратам.

Стоимость усугубляется ограниченной доступностью и высокой ценой родных подложек GaN. Хотя большинство коммерческих пластин GaN все еще производятся на сапфире или кремнии, родные подложки GaN предлагают превосходные характеристики, но являются дорогими и их трудно производить в крупных диаметрах. Компании, такие как Ammono (в настоящее время часть JX Nippon Mining & Metals), первыми внедрили методы аммонитного роста для получения GaN в больших объемах, но масштабирование этих процессов для удовлетворения потребностей индустрии остается значительным препятствием.

Масштабируемость также является неотложной задачей. Переход от 4-дюймовых к 6-дюймовым и даже 8-дюймовым пластинам GaN на кремнии идет полным ходом, движимый необходимостью более высокой пропускной способности и совместимости с существующими полупроводниковыми фабриками. Однако большие пластины вводят новые проблемы с однородностью, изгибом и трещинами в процессе роста и последующей обработки. Ferrotec и Coherent Corp. (ранее II-VI Incorporated) находятся среди поставщиков, работающих над решением этих проблем с помощью продвинутых конструкций реакторов и технологий мониторинга in-situ.

Смотря в будущее, ожидается, что в индустрии будут постепенные улучшения в доходности и эффективности затрат за счет автоматизации процессов, лучшего использования предшественников и применения технологий цифровых двойников для эпитаксии. Однако основные проблемы с материалами — особенно для родных подложек GaN — вероятно, сохранятся в ближайшие несколько лет. Сотрудничество между производителями пластин, поставщиками оборудования и конечными пользователями будет критически важным для преодоления этих барьеров и внедрения устройств на основе GaN в сферах силовой электроники, RF и фотоники.

Будущий взгляд: карта к 2030 году и новые возможности

Будущий прогноз для производства эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) до 2025 года и к 2030 году отмечен быстрыми технологическими достижениями, расширением мощностей и появлением новых областей применения. Поскольку глобальный спрос на высокоэффективную силовую электронику и радиочастотные устройства ускоряется, производители наращивают как размеры подложек, так и объемы производства для удовлетворения потребностей в автомобильной, потребительской электронике, инфраструктуре 5G и секторах возобновляемой энергии.

Ключевая тенденция — переход от 4-дюймовых к 6-дюймовым и даже 8-дюймовым пластинам GaN на кремнии (GaN-on-Si) и GaN на карбиде кремния (GaN-on-SiC). Этот переход вызван необходимостью обеспечения более высокой производительности и снижения стоимости на устройство, а также совместимостью с существующими процессами кремниевых фабрик. Ведущие производители, такие как IQE plc, Ferrotec Holdings Corporation и Kyocera Corporation, инвестируют в новые линии реакторов MOCVD (металлической органической химической паровой депозиции) и автоматизацию в поддержку данного масштабирования. Например, IQE plc объявила о расширении своих мощностей в своих учреждениях в Великобритании и США, нацеливаясь как на рынки силовой электроники, так и на RF.

Другим значительным развитием является растущая вертикальная интеграция среди поставщиков пластин и производителей устройств. Компании, такие как Nichia Corporation и ROHM Co., Ltd., не только производят эпитаксиальные пластины GaN, но и изготавливают дискретные и интегрированные устройства, что обеспечивает более строгий контроль качества и устойчивость цепочки поставок. Ожидается, что эта тенденция усилится, так как конечные пользователи требуют более высокой надежности и производительности для автомобильных и промышленных приложений.

Новые возможности также возникают благодаря стремлению к ультраглубоким запрещенным полупроводникам (UWBG) и новым архитектурам устройств. Исследования и опытное производство алюминиевых нитридов (AlGaN) и других легированных структур в настоящее время ведется, компании, такие как Nitride Semiconductors Co., Ltd., исследуют рынки глубоковолновых и высокочастотных устройств. Кроме того, внедрение подложек GaN на алмазе, разрабатываемых отдельными инноваторами, обещает дальнейшие улучшения в терморегуляции и эффективности устройств.

Смотря в перспективу на 2030 год, сектор эпитаксиальных пластин GaN готов к устойчивому росту, поддерживаемый тенденциями электрификации, распространением инфраструктуры для быстрой зарядки и расширением сетей 5G/6G. Стратегические партнерства, инициатива НИОКР с поддержкой государства и дальнейшие инвестиции в масштабирование производства и автоматизацию будут критически важными для поддержания темпов роста и захвата новых возможностей в этой динамичной области.

Источники и ссылки

• ams OSRAM
• Nichia Corporation
• pSemi Corporation
• IQE plc
• Ferrotec Holdings Corporation
• Sumitomo Electric Industries
• AIXTRON SE
• Veeco Instruments Inc.
• Wolfspeed, Inc.
• ROHM Co., Ltd.
• Sumitomo Chemical
• NexGen Power Systems
• Infineon Technologies AG
• STMicroelectronics
• Mitsubishi Electric Corporation
• NXP Semiconductors
• OSRAM
• Nichia Corporation
• Sumitomo Chemical
• LG Electronics
• Siltronic AG
• Soraa Inc.
• JX Nippon Mining & Metals
• Nitride Semiconductors Co., Ltd.