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VCSEL和创新LED推动磊晶设备市场成长，预计2025年将超60亿美元

CINNOResearch产业资讯 ， 化合物半导体磊晶晶圆正向「超越摩尔定律」产业迈进 ， 特别是在VCSEL和创新型LED组件推动下 ， 磊晶设备市场预计在接下来的5年快速成长 。
根据YoleDéveloppement的调查报告 ， 用于「超越摩尔定律」(MorethanMoore)组件的磊晶(epitaxy)生长设备市场在2019年达到了近9.4亿美元的市场规模 ， 而且在乐观估计下 ， 预计到2025年将超过60亿美元 。
VCSEL和创新LED推动磊晶设备市场成长，预计2025年将超60亿美元
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2019-2025年MorethanMoore组件的磊晶设备市场规模(以技术类别计)（来源：YoleDéveloppement,2020）
从技术角度来说 ， III-V族化合物半导体磊晶产业——如基于砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)的组件 ， 主要采用金属有机化学气相沉积(MOCVD) ， 而高温(HT)化学气相沉积(CVD)则服务于大多数主流硅基组件和碳化硅(SiC)组件 。
Yole在其最新发布的技术与市场报告《用于超越摩尔定律组件的磊晶生长设备》(EpitaxyGrowthEquipmentforMoreThanMooreDevices)中分析硅基和非硅基应用 ， 探索「超越摩尔定律」应用以及相关设备的磊晶半导体基底 。 此外 ， 报告中还包含市场的竞争局势和主要磊晶设备供货商的市占率 。
半导体产业传统上主要以硅基底为导向 ， 尽管硅至今为止仍以80%的市占率为主导 ， 非硅基的其他基底选项在「超越摩尔定律」产业中的发展态势逐渐增强 ， 如GaAs、GaN、SiC和磷化铟(InP) 。 当面对严苛要求而硅解决方案无法提供所需性能时 ， 新的应用就出现了 。 因此 ， 半导体厂商开始考虑创新型基底材料 。
首先 ， 继硅基底之后 ， GaN材料代表主要的磊晶市场 ， 这主要受到了传统LEDGaN组件的推动 。 不过 ， 整个LED产业目前正增强活动的多样性 ， 向更专用型的GaAs基底UV和IRLED转变 。 此外 ， LED制造商们正开发新型LED ， 持续在消费显示器中创造价值 ， 例如miniLED和microLED 。 苹果(Apple)也开始朝这个方向发展 ， 在其较高阶的2021新款智能型手表中采用此类组件 。 最好的情况是 ， microLED也能扩展到智能型手机产品 ， 因而重塑epi-ready的晶圆市场 。
另一方面 ， 诸如SiC基底等宽能隙(WBG)材料已经在功率电子市场中找到了机会 。 在此市场中 ， 交通运输、再生能源、马达驱动以及一些供电应用都需要降低功耗 。 尽管SiC市场价格较高 ， 此类基底对于高压应用而言还是一项强大的优势 ， 因而被视为某些MOSFET和二极管产品的技术选择 。
展望未来 ， 像VCSEL这一类在IR波谱中运作而且通常用于GaAs进行处理的光电产品(雷射二极管)正积极进入磊晶生长市场 。 此外 ， GaAs对于小型基地台安装这样的RF产品特别有优势 ， 包括sub-6Ghz的频段和28GHz-39GHz频段中的首批毫米波(mmWave)小型基地台 。 因此 ， 随着手机从4G向5G过渡 ， 预期GaAs将取代CMOS占据sub-6Ghz频段的主流技术地位 。 针对天线的板空间缩小、载波聚合(CA)以及MIMO技术带来不断成长的功率和线性要求 ， 这也是足以满足所有要求的唯一技术 。
VCSEL和创新LED推动磊晶设备市场成长，预计2025年将超60亿美元
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2019-2025年epi-ready晶圆需求预测(以应用类别计)（来源：YoleDéveloppement,2020）
如何选择合适的基底技术将大幅取决于与组件要求相关的技术性能 ， 以及成本 。 Yole半导体制造技术与市场分析师AmandinePizzagalli表示 ， 「至今为止 ， 磊晶生长设备市场主要由LED和功率应用驱动 。 事实上 ， 在中国的大量分公司导致LED的产能过剩 。 相较于实际产量 ， MOCVD市场目前处于GaNLED产能严重过剩的状态 。 再接下来几年 ， MOCVD市场的投资尤其难以预测 ， 而且可能每年都会改变 。 如果政府决定严格防止LED制造商生产更多GaN晶圆 ， 那么就可能逆转这种情况 。 」
对于传统基于LEDGaN的组件而言 ， MOCVD投资趋势并不会和LED晶圆的需求保持一致 。 LEDGaN组件可能会出现一定的上升和下降走势 ， 就像过去出现过的一样 。 尽管如此 ， 由于近期中国的竞争趋势 ， 照明和背光市场整体变得商品化了 。 因此 ， 磊晶供货商们并不期待这些市场会在未来带来显着收益 。
然而 ， 在缺陷和均匀性方面 ， 对于microLED磊晶的要求比对传统LED更严苛 。 在工具和设备方面的改进都有可靠的发展蓝图 ， 以使大于1微米的缺陷达到约0.1defects/cm2或更低的每平方厘米缺陷率 。 相较于传统LED制造 ， 无尘室需要更严格的操作条件 ， 包括自动化和晶圆清洁 。 特别是对于小于10微米的最小裸晶 ， 其致命缺陷较小 ， 无尘室的要求也更为严格 。 同时 ， 随着消费品产业大规模采用边缘发射雷射和VCSEL ， 雷射二极管展现出更快速的成长机会 。
相形之下 ， MEMS产业是整个磊晶生长设备市场中的小型利基市场 ， 其产能已非常成熟了 。 对于基于化合物半导体的组件 ， 如雷射二极管、microLED和VCSEL ， 向分子束磊晶(MBE)的潜在技术过渡可能会影响到MOCVD反应器市场 。 事实上 ， MBE不仅可为VCSEL的良率和一致性方面带来更大优势 ， 对于高频5GRF应用来说也是如此 。
【VCSEL和创新LED推动磊晶设备市场成长，预计2025年将超60亿美元】在SiC功率方面 ， MOCVD制造商正致力于寻找并开发新型MOCVD技术 ， 以因应占据最多HTCVD应用的SiC市场 。


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