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| 大幅降低成本的硅底板GaN发光二极管 |
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三垦电气半导体总部半导体研究所与名古屋工业大学共同开发出了蓝色和绿色发光的GaN类LED。其特点是采用了硅(Si)底板。目前的GaN类LED批量产品,使用的是蓝宝石(sapphire)底板和SiC底板。而使用Si底板则会大幅度降低GaN类LED的生产成本。 |
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降低成本的原因有三点。第一是底板自身价格便宜。此次开发的LED使用的Si底板的表面取向为(111),与逻辑LSI及DRAM等使用的(100)底板不同。不过,即使如此,底板价格也只是蓝宝石底板的1/10左右,是SiC底板的1/100左右。第二,可以使用比蓝宝石底板或SiC底板口径更大的底板。目前可以使用口径达6英寸的底板,与技术上被视为极限的4英寸蓝宝石底板相比,可用于大量生产。第三则是可以使用通用的切割设备切割LED芯片。 在现阶段,GaN类LED光输出功率可达到移动电话背光灯等使用的高辉度批量产品的1/5。也就是说,具有用于显示移动电话来电的普通LED一样的光输出功率。今后通过进一步对发光层进行改善,可将量子效率提高到现在的2倍左右。 应用该技术将改变传统的生成技术思路。在Si底板上形成GaN膜的技术是由三垦开发的,LED结构则是由名工大开发的。据说以往其他的研究机构也多次试尝试攻克GaN膜生成的难关,但由于GaN膜易出现龟裂,无法进行批量生产。这是因为GaN与Si的热膨胀系数具有很大的差别。GaN膜的膜厚如果不能减小到0.3μm以下的话,就会不可避免地发生龟裂。但是,为了能使LED发光就必须减少结晶缺陷,因此膜厚就必须达到4μm。 为防止出现龟裂,三垦公司在产品中导入了"AIN/GaN缓冲层"。虽说具体的工作原理目前还正在研究之中,但据说这一缓冲层可缓和因热膨胀系统不同而产生的应力,可在不发生龟裂的情况下在Si底板上生成厚度为1.5μm的GaN膜。仅仅如此,膜厚仍然不够小,要想使LED发光必须保证充分的结晶。因此该公司在Si底板的表面处理方面加大了研究力度。 具体的表面处理方法如下:首先对Si底板进行热处理形成二氧化硅(SiO2),接着使用化学溶液去除SiO2,然后使用其他化学药品溶液在硅表面上覆以氢(H)。这样,就得到了不含氧(O)的清洁平坦的硅表面。在这个表面上生成GaN,就可以大幅度地减少发光层内部的结晶缺陷。在此次试作的厚1μm左右的LED结构中,结晶缺陷为109个/cm2,是目前市场上销售的蓝色LED的数倍。 目前该公司尚未确定这种新型LED的投产日期。因为各制造商间围绕GaN LED的专利之争还处于白热化状态。这种新型LED的投产日期将视官司的判决等因素而变化。 |
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