LED前沿發(fā)展跨越的最新動(dòng)態(tài)

　　一、重點(diǎn)研究機構 1名古屋工業(yè)大學(xué) 名古屋工業(yè)大學(xué)納米器件及系統研究中心是由著(zhù)名專(zhuān)家梅野正義教授創(chuàng )立,在現任主任江川孝志教授???領(lǐng)導下,包括邵春林教授在內的華人博士團隊長(cháng)期致力于以硅為襯底的氮化鎵(GaN)系化合物半導體的研究。 該中心的主要研究課題是“硅襯底基片上的GaN系外延片生長(cháng)技術(shù)、LED 、HEMT”研究。該項課題研究從2003年開(kāi)始,到2005年結束,歷時(shí)3年。此外,還同時(shí)與日本大陽(yáng)日酸公司共同開(kāi)發(fā)MOCVD,與日本沖電氣共同研發(fā)電子設備。2003年度,成功開(kāi)發(fā)了2英寸的襯底基片、氮化鎵系的外延片生長(cháng)及其各種設備。

　　2004年度,該中心又成功開(kāi)發(fā)了硅襯底基片上4英寸的InGaN的LED和AlGaN/GaN的HEMT。目前,正在利用日本大陽(yáng)日酸公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)針對6英寸硅襯底基片的設備,開(kāi)展6英寸的外延片生長(cháng)技術(shù)的相關(guān)研究。 另一項課題是“調諧環(huán)境型高功能納米傳感器、材料開(kāi)發(fā)”。該項課題將歷時(shí)5年,主要目標是：使藍寶石基片上能夠生長(cháng)出高質(zhì)量的外延片(AlGaN/GaN)結晶,開(kāi)發(fā)出能夠在4英寸基片上生長(cháng)出均一的外延片結晶的MOCVD設備、使AIN固態(tài)溶化在GaN上,開(kāi)發(fā)出禁帶寬度更寬的半導體紫外線(xiàn)傳感器。 2名城大學(xué) 名城大學(xué)的赤崎勇教授是全球LED領(lǐng)域的先驅。開(kāi)發(fā)的藍光LED、紫光LD,直接或間接地給產(chǎn)業(yè)界帶來(lái)了恩澤。隨著(zhù)紫光LED在實(shí)際生活中的應用逐步得到普及,目前又開(kāi)始致力于從AIN基片制作到外延片的生長(cháng)、高效率發(fā)光以及醫療或加工專(zhuān)用設備的制作等多方面的研發(fā)工作。 利用獨特的高溫生長(cháng)法與化合反應,在低壓下制造出大型的晶錠,以求象GaAs襯底一樣,通過(guò)切割高效地獲得襯底。與此同時(shí),他們還試圖在A(yíng)IN襯底上生長(cháng)出氮化合物系的外延片,以求制作出高品質(zhì)的晶體和納米結構。 在激光的紫外領(lǐng)域,將其波長(cháng)縮短的競爭在全球一直持續不斷。名城大學(xué)于2004年3月發(fā)表了世界最短的波長(cháng)僅為350.9nm紫外激光的論文,再一次顯示了其居于世界領(lǐng)先水平的氮系化合物半導體的技術(shù)實(shí)力。之后,美國的能量(power)半導體、LED廠(chǎng)商CREE公司在學(xué)會(huì )上公布：他們已經(jīng)實(shí)現了343nm波長(cháng)的紫外激光。名城大學(xué)的研究成果中,在活性層中使用了GaN而沒(méi)有加入Al,CREE公司卻有可能在活性層中加入了Al,因此在這個(gè)層面上,他們兩家開(kāi)始了第二輪競爭。 世界上很多企業(yè)和研究機構都在加快高效白光LED的開(kāi)發(fā)。名城大學(xué)已在研究項目中,把實(shí)現量子效率達32%、發(fā)光效率達80lm/W當成他們的目標。該項研究在日本科學(xué)技術(shù)振興機構的資助下,從2004年開(kāi)始,將用3年的時(shí)間完成。

　　二、化合物半導體設備裝置的最新動(dòng)向 MOCVD設備和MBE設備市場(chǎng),由于各公司在2000年以GaAs系為中心進(jìn)行了大量投資,因此自2001年以后,其增長(cháng)呈現出放緩的趨勢。不過(guò),在MOCVD設備市場(chǎng),雖然GaAs系的電子設備和InP系的通信專(zhuān)用半導體激光的需求有所下降,但是在手機專(zhuān)用背光、車(chē)載、照明器械等領(lǐng)域,GaN系的藍光和白光LED 的應用卻相當活躍,DVD的藍紫色半導體激光、GaAs系的紅光LED的需求仍很堅挺,呈現出整體上漲的趨勢。全球量產(chǎn)的MOCVD出貨量估計在2003年為80-100臺,2004年將會(huì )有所上升。 隨著(zhù)以GaN系LED和藍紫色半導體激光為中心的設備不斷地增長(cháng),MOCVD的需求也在逐步擴大。此外,隨著(zhù)設備的高功率化和芯片尺寸的大型化,基片的需求也會(huì )逐步呈現出大口徑化的趨勢,其處置設備也將隨之增大。 在MOCVD和MBE設備的供貨商中,歐美企業(yè)的技術(shù)實(shí)力在全球首屈一指。

　　三、化合物半導體結晶、外延片的最新動(dòng)向 單結晶技術(shù)、外延片技術(shù)成為關(guān)鍵技術(shù)?；衔锇雽w單晶片襯底材料主要有：用于低亮度型LED的GaP襯底;用于高亮度四元系LED、紅外LED、光盤(pán)用半導體LD、手機等移動(dòng)電子設備上的GaAs襯底、通信專(zhuān)用LD上的InP襯底。除此以外,最近,以藍光LED為代表的GaN系LED制造專(zhuān)用的藍寶石襯底的增長(cháng)非常顯著(zhù)。此外,外延片的生長(cháng)也成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。以下為主要藍光化合物半導體材料的動(dòng)向。 GaN 目前的主流制作GaN結晶方法是MOCVD法。不過(guò),它的最大課題是,通過(guò)量產(chǎn)技術(shù)的確立從而實(shí)現穩定的供貨能力。GaN襯底最早由日本的住友電工確立了量產(chǎn)技術(shù)。除此以外,日立電線(xiàn)、古河機械金屬、CREE等公司也計劃參入該領(lǐng)域。 藍寶石 單結晶藍寶石基片作為藍光和白光LED專(zhuān)用基片,其需求正呈逐年上升的趨勢。按出貨量來(lái)算,它每年的平均增幅約為20%。2004年預計全球的出貨量大約為25萬(wàn)枚(按2英寸的來(lái)計算)。在藍寶石基片上制作LED時(shí),需要在絕緣的一面取2個(gè)電極,因此它的芯片比其他的導電性基片的尺寸要大,但是其生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢使其遙遙領(lǐng)先于其他材料。在它的供貨當中,2英寸的占據了一大半的比例,3英寸和4英寸的需求也呈逐漸升高的趨勢。 藍寶石單結晶的作法主要采用EFG法、CZ法等。LED一般采用C面的藍寶石。最近,隨著(zhù)LED的亮度越來(lái)越高,對基片廠(chǎng)商的要求也越來(lái)越嚴格。不僅在結晶的精度方面有很高的要求,對基片的平坦程度、潔凈度等后加工的精度和品質(zhì)的要求也在逐步提高。針對這些要求,基片廠(chǎng)商也在積極地摸索對策。

　　2005年,LED 廠(chǎng)商在不斷加強前工程的能力,因此,市場(chǎng)形勢整體來(lái)說(shuō)還不錯。而且,SOS(Silicononsapphire)技術(shù)很快就要實(shí)現實(shí)用化,因此,在IC和電子設備專(zhuān)用市場(chǎng),有可能會(huì )產(chǎn)生新的需求。對此,廠(chǎng)商們紛紛開(kāi)始做SOS專(zhuān)用R面基片的量產(chǎn)準備。大口徑化也將是今后的一個(gè)重要課題。 SiC 2004年SiC基片的市場(chǎng)規模大約達到25萬(wàn)枚-30萬(wàn)枚。其中8成以上被用作GaN-LED的襯底。隨著(zhù)GaN-LED市場(chǎng)規模的急劇擴大,SiC基片的需求也呈增長(cháng)勢頭。在SiC基片市場(chǎng)中,美國的CREE公司獨占鰲頭。該公司的市場(chǎng)份額有可能會(huì )高達85%-90%。該公司同時(shí)還自己生產(chǎn)藍光和白光的GaN-LED芯片,生產(chǎn)規模估計大約在3.5億個(gè)。 除了年產(chǎn)超過(guò)20萬(wàn)枚的美國CREE公司以外,大多數公司的生產(chǎn)能力停留在月產(chǎn)數百-數千枚的程度。各公司都處于一邊觀(guān)察著(zhù)市場(chǎng)動(dòng)向,一邊謹慎進(jìn)行增產(chǎn)投資的階段。

　　目前,SiC基片市場(chǎng)已成為L(cháng)ED強大的牽引力。開(kāi)發(fā)的關(guān)注點(diǎn)也從LED轉向高能器件。今后高能器件專(zhuān)用市場(chǎng)的襯底將有很大的增長(cháng)幅度。使用SiC制作高能器件時(shí),能夠制造出比硅效率更高、耐用性更強的高能器件。實(shí)際上,目前很多公司都在積極嘗試著(zhù)利用SiC制造高能器件。 現在SiC市場(chǎng)主要以4H、6H襯底居多。6H主要用于LED,但是基片生產(chǎn)商的開(kāi)發(fā)焦點(diǎn)正在向適用于高能器件上的4H襯底轉移,試圖實(shí)現4H襯底的高品質(zhì)化。 另一方面,不止是4H、6H這一類(lèi)六方晶體襯底,立方晶體SiC也有所抬頭。3英寸以上的大口徑化也成為該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。CREE公司率先實(shí)現了3英寸化,其他公司仍在努力實(shí)現3英寸化。不過(guò),從用戶(hù)方面來(lái)看,4英寸化的需求也非常大。因此,各公司的開(kāi)發(fā)關(guān)注點(diǎn)也在逐漸向4英寸化轉移。只是在大口徑化方面,立方晶體襯底比六方晶體襯底要更有優(yōu)勢,更加容易實(shí)現大口徑化。因此,我們可以預見(jiàn),今后在高能器件市場(chǎng),4H襯底與立方晶體襯底之間將會(huì )發(fā)生激烈競爭。