圖一 : 儘管矽基板已有顯著進展，不過藍寶石基板不管在成本效益和效能方面仍持續提升，也築高了新興技術想要超越的障礙。

近年來LED產業面臨極大的挑戰，由於眾所寄望的照明市場遲遲未能快速興起，造成供過於求與價格下滑的嚴峻壓力。為了進一步降低成本，試圖在新材料領域有所突破，便成為業者努力的另一個方向。

而採用矽基板製造LED元件，可說業界長久以來的夢想。原因很簡單，因為矽基板比現行的藍寶石基板成本低了許多，而且還可發揮既有的半導體製造基礎建設優勢，特別是，目前有許多已完全折舊的8吋晶圓設備，若能用來製造LED將更能享有成本與產能優勢。

但是，這樣的成本優勢卻因為製造困難度的障礙，使得多年來GaN-on-Si（氮化鎵矽基板）技術一直無法有顯著的突破。主要原因是，矽晶與GaN材料的晶格常數與熱膨脹係數不同，受熱時會因晶格錯位而產生應變，造成GaN-on-Si晶圓的破裂和扭曲。雖然藍寶石基板也會有同樣的問題，但因藍寶石的硬度較高，較不容易發生嚴重的扭曲。

為解決這個問題，必須在矽基板和GaN薄膜間加入一個應變控制層，再將GaN層生成在這個控制層上。雖然概念很簡單，但困難度卻很高，特別是量產和良率的挑戰，使得GaN-on-Si技術多年來遲遲無法邁向商業化生產。

根據市場研究機構Yole Development的統計，目前市場上將近95％的藍光和白光LED都是以藍寶石基板製造，約5％採用碳化矽（SiC）基板，只有不到0.1％是採用矽基板，顯然，矽基板技術想要成為主流前，還有一大段路要走。

不過從去年起，已有多家業者陸續發佈GaN-on-Si技術的重大突破，並表示已朝量產階段邁進，這讓一直飽受價格壓力的LED市場帶來了全新希望。若矽基技術真能成熟量產，勢必會完全改變現有LED產業的發展態勢。

多家業者競逐矽基LED市場

目前全球已有多家業者投入矽基LED技術，涵蓋了設備、晶圓製造、LED元件等完整的產業鏈系統。

例如，大陸的晶能光電已於今年6月宣佈自行完成6吋GaN-on-Si技術，預計明年量產，將積極推動LED元件在照明市場的廣泛應用。

圖二 : 　矽基LED元件的效能快速提升，未來幾年內便可與藍寶石LED元件相當 資料來源:Yole Development

另一家重量級的GaN-on-Si技術業者為美國的Bridgelux，這間台積電轉投資的公司從去年起就陸續發佈其矽基技術的重大進展，並於今年5月表示，已與東芝合作開發出8吋矽晶LED元件，即將進入量產。此外，像是飛利浦、三星也都投入矽基LED技術開發，並有斬獲。

除了LED元件製造商自行開發GaN-on-Si技術外，目前也有業者僅提供GaN-on-Si晶圓，供LED業者自行生成專屬的LED MQW結構，包括Soitec、Azzurro Semiconductors、Translucent和Kyma等。

以Azzurro為例，這家德國業者宣稱已有兩條6吋GaN-on-Si晶圓產線投入量產，預計於2013年下半年或2014年上半年就可開始量產8吋晶圓。台灣的晶元光電便是採用Azzurro提供的6吋GaN-on-Si晶圓，並已於10月宣佈已順利完成技術移轉過程。此外，LED大廠Osram也是採用Azzurro的技術，並已於今年初宣佈成功開發效能相當於藍寶石基板的LED元件。

英國的Plessey也宣稱開始量產6吋GaN-on-Si晶圓，預計明年初就可達到150 lm/W的效能，並計畫將感測器整合在其LED元件中，以打造智慧照明產品。

儘管多家業者看好新材料的發展潛力，紛紛投入，不過還是要克服真正量產成功的臨門一腳，才算成功。

圖三 : 　根據2011年的價格，矽基板可比相同尺寸的藍寶石提供顯著的成本優勢 資料來源:Yole Development

Yole Development資深分析師Eric Virey在研究報告中表示，目前這些業者最大的問題是良率，相信還有不少挑戰有待克服。他指出，過去多年來，每年總是會有人說GaN-on-Si即將邁入商業化，但事實上從未發生。

從去年和今年以來多家業者的動作來看，我們終於看到GaN-on-Si已經成為可與藍寶石基板競爭的技術選項。不過，要說矽基技術已能大規模取代現有技術，Eric Virey認為，這還有些言之過早。

結語

儘管GaN-on-Si已有顯著進展，不過藍寶石基板不管在成本效益和效能方面仍持續提升，也築高了新興技術想要超越的障礙。也因此，對矽基陣營來說，要真正突破競爭障礙，可能要推動8吋晶圓的量產成功才有可能，這也是這幾家業者目前努力的目標。

明年起多家矽基LED業者將陸續投入量產，到底此新技術是否真能造成整個LED市場的重新洗牌或是僅能佔據一小部分利基市場，未來一至兩年的發展將是重要關鍵，值得關注。