Japanischer MOCVD-Anlagenhersteller Koh Matsumoto: GaN-on-Si ist definitiv eine der Technologien für die zukünftige Entwicklung von LEDs

In letzter Zeit ist der Wettbewerb im MOCVD-Markt für LED-Anlagen intensiv. Neben den beiden führenden Herstellern der Branche, dem deutschen Unternehmen Aixtron und dem amerikanischen Unternehmen Veeco, gibt es tatsächlich auch eine Bühne für andere Anlagenhersteller. Die Taiyo Nippon Sanso Corporation (TAIYO NIPPON SANSO) wurde 1910 gegründet und ist der größte Hersteller von Industriegasen und Luftzerlegungsanlagen in Japan und gehört zu den fünf größten Unternehmen der globalen Industriegasbranche. Betrachtet man die Anlagen zur metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD), so sind die drei größten MOCVD-Hersteller weltweit das deutsche Unternehmen Aixtron, das amerikanische Unternehmen Veeco und das japanische Unternehmen Taiyo Nippon Sanso. Im Jahr 2011 hatten diese drei Unternehmen zusammen einen weltweiten Marktanteil von 98,4%. Obwohl der weltweite Marktanteil von Taiyo Nippon Sanso mit nur 5,9% weit unter dem von Aixtron und Veeco liegt, beträgt sein Marktanteil auf dem japanischen Inlandsmarkt 70%-80%, was es zum größten MOCVD-Hersteller in Japan macht.

Neben der Einladung von Dr. Koh Matsumoto, dem Vorsitzenden von Taiyo Nippon Sanso (Representative Director und Präsident Matsumoto Koh), um Einblicke in die Verbesserungen der LED-Anlagentechnologie sowie die aktuelle Lage und Trends der LED-Branche zu teilen, führte unsere Reporterin auch ein Exklusivinterview mit ihm und bat ihn um wertvolle Erfahrungen aus der Branche. Dr. Matsumoto Koh ist auf die Forschung zu lichtempfindlichen Prozessen für ETL spezialisiert, widmet sich der Entwicklung und Produktion von MOVPE-Anlagen und ist auch in der Forschung zum CS-Epitaxiewachstum und der Reaktorentwicklung tätig.

Dr. Koh Matsumoto (Matsumoto Koh), Representative Director und Präsident der Taiyo Nippon Sanso Corporation, hielt auf dem Taipei LEDforum 2011 einen Vortrag mit dem Titel „Einsatz innovativer MOCVD-Werkzeuge: Galliumnitrid auf Saphir- und Siliziumsubstraten zur Steigerung der LED-Produktionskapazität“.

　　Verbesserung der LED-Produktionstechnologie: Entwicklung der Saphir-Substratgrößen

　　Präsident Matsumoto Isao wies darauf hin, dass derzeit taiwanesische und japanische Hersteller überwiegend 4-Zoll-Saphir-Substrate für LED-Anwendungen verwenden, während Hersteller auf dem chinesischen Festland hauptsächlich 2-Zoll-Saphir-Substrate einsetzen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Anlageneffizienz und der LED-Fachkompetenz wird erwartet, dass 4-Zoll-Saphir-Substrate im nächsten Jahr auch verstärkte Aufmerksamkeit von LED-Herstellern erhalten werden. Obwohl 6-Zoll-Saphir-Substrate weiterhin durch die aktuelle Technologie begrenzt sind, was zu Ausbeute- und Bruchraten in der LED-Chip-Produktion führt, die nach wie vor Engpässe darstellen, die überwunden werden müssen.

　　Taiyo Nippon Sanso wird im Jahr 2012 seine neueste MOVPE-Anlage UR26K vorstellen. Bei 6-Zoll-Substraten wird ein einzelner Produktionslauf von ursprünglich 6 Wafern auf 10 Wafer erhöht, was nicht nur die Anzahl der Chips pro Wafer vervielfacht, sondern auch die Kosten deutlich senkt. Durch die Zusammensetzung der Galliumnitrid-Struktur kann die Anzahl der gestapelten Mehrfach-Quantentöpfe erfolgreich reduziert werden, und auch die Einzelbetriebszeit wird deutlich verkürzt, sodass die Tagesproduktion ungefähr verdoppelt wird.

　　Mit kontinuierlichen Verbesserungen in der Gerätetechnologie ist Dr. Matsumoto Isao der Ansicht, dass sich die MOVPE-Produktionskapazität ungefähr alle vier Jahre verdoppelt. Darüber hinaus glaubt er, dass GaN-on-Si definitiv eine der Technologien für die zukünftige Entwicklung ist. Aufgrund der aktuellen technischen Schwierigkeiten — da die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium-Substraten und GaN unterschiedlich sind — wird während des Prozesses aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen den beiden Materialien Spannung erzeugt, was zu Bow und Crack führt. In der Vergangenheit wurde es in der Branche nicht weit verbreitet eingesetzt, aber es kann nicht geleugnet werden, dass es aufgrund der guten Leitfähigkeit und geringeren Wärmeerzeugung hilft, das Thermodesign von Produkten zu vereinfachen.

　　Entwicklung des japanischen LED-Marktes 2012

　　Zur Entwicklung des japanischen Marktes erklärte er, dass der LED-Markt im Jahr 2011 sowohl unter der schwachen Endnachfrage als auch unter der durch das japanische Erdbeben ausgelösten Strombeschränkungspolitik litt. Der LED-Anteil am japanischen Beleuchtungsmarkt hat bereits 50 % überschritten. Derzeit liegt der Preis für japanische Leuchtmittel aufgrund des Markenwettbewerbsdrucks bei etwa 2.500–3.000 Yen, während LED-Lampen mit breitem Abstrahlwinkel weiterhin bei rund 4.000 Yen liegen, und die Marktakzeptanz hat sich im Vergleich zu früher verbessert.

　　Neben den Preisüberlegungen ist die Lichtfarbe für die Verbraucher weiterhin ein ziemlich wichtiger Faktor, da japanische Verbraucher warmweiße Lichtfarben bevorzugen; daher werden auch die Verbesserung der Farbwiedergabe und die Gleichmäßigkeit der Lichtqualität betont. Die Entwicklung des LED-Backlight-Marktes ist jedoch besorgniserregend. Ursprünglich unter äußerst optimistischen Erwartungen blieb die Gesamtnachfrage des Marktes hinter den Prognosen zurück, was dazu geführt hat, dass Panelhersteller ihre Liefermengen sukzessive reduziert oder ihre Geschäftsbereiche sogar geschlossen und verkauft haben. Daher hoffen die meisten Hersteller auch, dass das Eco-Point-System im Winter wieder eingeführt werden kann – nicht nur, um auf den Winterstromverbrauch zu reagieren, sondern auch, um durch Subventionen die Nachfrage in den LED-Endanwendungsmärkten aufrechtzuerhalten.