图一 : 尽管硅基板已有显著进展，不过蓝宝石基板不管在成本效益和效能方面仍持续提升，也筑高了新兴技术想要超越的障碍。

近年来LED产业面临极大的挑战，由于众所寄望的照明市场迟迟未能快速兴起，造成供过于求与价格下滑的严峻压力。为了进一步降低成本，试图在新材料领域有所突破，便成为业者努力的另一个方向。

而采用矽基板制造LED元件，可说业界长久以来的梦想。原因很简单，因为矽基板比现行的蓝宝石基板成本低了许多，而且还可发挥既有的半导体制造基础建设优势，特别是，目前有许多已完全折旧的8吋晶圆设备，若能用来制造LED将更能享有成本与产能优势。

但是，这样的成本优势却因为制造困难度的障碍，使得多年来GaN-on-Si（氮化镓矽基板）技术一直无法有显著的突破。主要原因是，矽晶与GaN材料的晶格常数与热膨胀系数不同，受热时会因晶格错位而产生应变，造成GaN-on-Si晶圆的破裂和扭曲。虽然蓝宝石基板也会有同样的问题，但因蓝宝石的硬度较高，较不容易发生严重的扭曲。

为解决这个问题，必须在矽基板和GaN薄膜间加入一个应变控制层，再将GaN层生成在这个控制层上。虽然概念很简单，但困难度却很高，特别是量产和良率的挑战，使得GaN-on-Si技术多年来迟迟无法迈向商业化生产。

根据市场研究机构Yole Development的统计，目前市场上将近95％的蓝光和白光LED都是以蓝宝石基板制造，约5％采用碳化矽（SiC）基板，只有不到0.1％是采用矽基板，显然，矽基板技术想要成为主流前，还有一大段路要走。

不过从去年起，已有多家业者陆续发布GaN-on-Si技术的重大突破，并表示已朝量产阶段迈进，这让一直饱受价格压力的LED市场带来了全新希望。若矽基技术真能成熟量产，势必会完全改变现有LED产业的发展态势。

多家业者竞逐矽基LED市场

目前全球已有多家业者投入矽基LED技术，涵盖了设备、晶圆制造、LED元件等完整的产业链系统。

例如，大陆的晶能光电已于今年6月宣布自行完成6吋GaN-on-Si技术，预计明年量产，将积极推动LED元件在照明市场的广泛应用。

图二 : 硅基LED组件的效能快速提升，未来几年内便可与蓝宝石LED组件相当 数据源:Yole Development

另一家重量级的GaN-on-Si技术业者为美国的Bridgelux，这间台积电转投资的公司从去年起就陆续发布其矽基技术的重大进展，并于今年5月表示，已与东芝合作开发出8吋矽晶LED元件，即将进入量产。此外，像是飞利浦、三星也都投入矽基LED技术开发，并有斩获。

除了LED元件制造商自行开发GaN-on-Si技术外，目前也有业者仅提供GaN-on-Si晶圆，供LED业者自行生成专属的LED MQW结构，包括Soitec、Azzurro Semiconductors、Translucent和Kyma等。

以Azzurro为例，这家德国业者宣称已有两条6吋GaN-on-Si晶圆产线投入量产，预计于2013年下半年或2014年上半年就可开始量产8吋晶圆。台湾的晶元光电便是采用Azzurro提供的6吋GaN-on-Si晶圆，并已于10月宣布已顺利完成技术移转过程。此外，LED大厂Osram也是采用Azzurro的技术，并已于今年初宣布成功开发效能相当于蓝宝石基板的LED元件。

英国的Plessey也宣称开始量产6吋GaN-on-Si晶圆，预计明年初就可达到150 lm/W的效能，并计画将感测器整合在其LED元件中，以打造智慧照明产品。

尽管多家业者看好新材料的发展潜力，纷纷投入，不过还是要克服真正量产成功的临门一脚，才算成功。

图三 : 根据2011年的价格，硅基板可比相同尺寸的蓝宝石提供显著的成本优势 数据源:Yole Development

Yole Development资深分析师Eric Virey在研究报告中表示，目前这些业者最大的问题是良率，相信还有不少挑战有待克服。他指出，过去多年来，每年总是会有人说GaN-on-Si即将迈入商业化，但事实上从未发生。

从去年和今年以来多家业者的动作来看，我们终于看到GaN-on-Si已经成为可与蓝宝石基板竞争的技术选项。不过，要说矽基技术已能大规模取代现有技术，Eric Virey认为，这还有些言之过早。

结语

尽管GaN-on-Si已有显著进展，不过蓝宝石基板不管在成本效益和效能方面仍持续提升，也筑高了新兴技术想要超越的障碍。也因此，对矽基阵营来说，要真正突破竞争障碍，可能要推动8吋晶圆的量产成功才有可能，这也是这几家业者目前努力的目标。

明年起多家矽基LED业者将陆续投入量产，到底此新技术是否真能造成整个LED市场的重新洗牌或是仅能占据一小部分利基市场，未来一至两年的发展将是重要关键，值得关注。