LED前沿发展跨越的最新动态

　　一、重点研究机构 1名古屋工业大学 名古屋工业大学纳米器件及系统研究中心是由著名专家梅野正义教授创立,在现任主任江川孝志教授���领导下,包括邵春林教授在内的华人博士团队长期致力于以硅为衬底的氮化镓(GaN)系化合物半导体的研究。 该中心的主要研究课题是“硅衬底基片上的GaN系外延片生长技术、LED 、HEMT”研究。该项课题研究从2003年开始,到2005年结束,历时3年。此外,还同时与日本大阳日酸公司共同开发MOCVD,与日本冲电气共同研发电子设备。2003年度,成功开发了2英寸的衬底基片、氮化镓系的外延片生长及其各种设备。

　　2004年度,该中心又成功开发了硅衬底基片上4英寸的InGaN的LED和AlGaN/GaN的HEMT。目前,正在利用日本大阳日酸公司开发的专门针对6英寸硅衬底基片的设备,开展6英寸的外延片生长技术的相关研究。 另一项课题是“调谐环境型高功能纳米传感器、材料开发”。该项课题将历时5年,主要目标是：使蓝宝石基片上能够生长出高质量的外延片(AlGaN/GaN)结晶,开发出能够在4英寸基片上生长出均一的外延片结晶的MOCVD设备、使AIN固态溶化在GaN上,开发出禁带宽度更宽的半导体紫外线传感器。 2名城大学 名城大学的赤崎勇教授是全球LED领域的先驱。开发的蓝光LED、紫光LD,直接或间接地给产业界带来了恩泽。随着紫光LED在实际生活中的应用逐步得到普及,目前又开始致力于从AIN基片制作到外延片的生长、高效率发光以及医疗或加工专用设备的制作等多方面的研发工作。 利用独特的高温生长法与化合反应,在低压下制造出大型的晶锭,以求象GaAs衬底一样,通过切割高效地获得衬底。与此同时,他们还试图在AIN衬底上生长出氮化合物系的外延片,以求制作出高品质的晶体和纳米结构。 在激光的紫外领域,将其波长缩短的竞争在全球一直持续不断。名城大学于2004年3月发表了世界最短的波长仅为350.9nm紫外激光的论文,再一次显示了其居于世界领先水平的氮系化合物半导体的技术实力。之后,美国的能量(power)半导体、LED厂商CREE公司在学会上公布：他们已经实现了343nm波长的紫外激光。名城大学的研究成果中,在活性层中使用了GaN而没有加入Al,CREE公司却有可能在活性层中加入了Al,因此在这个层面上,他们两家开始了第二轮竞争。 世界上很多企业和研究机构都在加快高效白光LED的开发。名城大学已在研究项目中,把实现量子效率达32%、发光效率达80lm/W当成他们的目标。该项研究在日本科学技术振兴机构的资助下,从2004年开始,将用3年的时间完成。

　　二、化合物半导体设备装置的最新动向 MOCVD设备和MBE设备市场,由于各公司在2000年以GaAs系为中心进行了大量投资,因此自2001年以后,其增长呈现出放缓的趋势。不过,在MOCVD设备市场,虽然GaAs系的电子设备和InP系的通信专用半导体激光的需求有所下降,但是在手机专用背光、车载、照明器械等领域,GaN系的蓝光和白光LED 的应用却相当活跃,DVD的蓝紫色半导体激光、GaAs系的红光LED的需求仍很坚挺,呈现出整体上涨的趋势。全球量产的MOCVD出货量估计在2003年为80-100台,2004年将会有所上升。 随着以GaN系LED和蓝紫色半导体激光为中心的设备不断地增长,MOCVD的需求也在逐步扩大。此外,随着设备的高功率化和芯片尺寸的大型化,基片的需求也会逐步呈现出大口径化的趋势,其处置设备也将随之增大。 在MOCVD和MBE设备的供货商中,欧美企业的技术实力在全球首屈一指。

　　三、化合物半导体结晶、外延片的最新动向 单结晶技术、外延片技术成为关键技术。化合物半导体单晶片衬底材料主要有：用于低亮度型LED的GaP衬底;用于高亮度四元系LED、红外LED、光盘用半导体LD、手机等移动电子设备上的GaAs衬底、通信专用LD上的InP衬底。除此以外,最近,以蓝光LED为代表的GaN系LED制造专用的蓝宝石衬底的增长非常显著。此外,外延片的生长也成为该领域的关键技术。以下为主要蓝光化合物半导体材料的动向。 GaN 目前的主流制作GaN结晶方法是MOCVD法。不过,它的最大课题是,通过量产技术的确立从而实现稳定的供货能力。GaN衬底最早由日本的住友电工确立了量产技术。除此以外,日立电线、古河机械金属、CREE等公司也计划参入该领域。 蓝宝石 单结晶蓝宝石基片作为蓝光和白光LED专用基片,其需求正呈逐年上升的趋势。按出货量来算,它每年的平均增幅约为20%。2004年预计全球的出货量大约为25万枚(按2英寸的来计算)。在蓝宝石基片上制作LED时,需要在绝缘的一面取2个电极,因此它的芯片比其他的导电性基片的尺寸要大,但是其生产成本低的优势使其遥遥领先于其他材料。在它的供货当中,2英寸的占据了一大半的比例,3英寸和4英寸的需求也呈逐渐升高的趋势。 蓝宝石单结晶的作法主要采用EFG法、CZ法等。LED一般采用C面的蓝宝石。最近,随着LED的亮度越来越高,对基片厂商的要求也越来越严格。不仅在结晶的精度方面有很高的要求,对基片的平坦程度、洁净度等后加工的精度和品质的要求也在逐步提高。针对这些要求,基片厂商也在积极地摸索对策。

　　2005年,LED 厂商在不断加强前工程的能力,因此,市场形势整体来说还不错。而且,SOS(Silicononsapphire)技术很快就要实现实用化,因此,在IC和电子设备专用市场,有可能会产生新的需求。对此,厂商们纷纷开始做SOS专用R面基片的量产准备。大口径化也将是今后的一个重要课题。 SiC 2004年SiC基片的市场规模大约达到25万枚-30万枚。其中8成以上被用作GaN-LED的衬底。随着GaN-LED市场规模的急剧扩大,SiC基片的需求也呈增长势头。在SiC基片市场中,美国的CREE公司独占鳌头。该公司的市场份额有可能会高达85%-90%。该公司同时还自己生产蓝光和白光的GaN-LED芯片,生产规模估计大约在3.5亿个。 除了年产超过20万枚的美国CREE公司以外,大多数公司的生产能力停留在月产数百-数千枚的程度。各公司都处于一边观察着市场动向,一边谨慎进行增产投资的阶段。

　　目前,SiC基片市场已成为LED强大的牵引力。开发的关注点也从LED转向高能器件。今后高能器件专用市场的衬底将有很大的增长幅度。使用SiC制作高能器件时,能够制造出比硅效率更高、耐用性更强的高能器件。实际上,目前很多公司都在积极尝试着利用SiC制造高能器件。 现在SiC市场主要以4H、6H衬底居多。6H主要用于LED,但是基片生产商的开发焦点正在向适用于高能器件上的4H衬底转移,试图实现4H衬底的高品质化。 另一方面,不止是4H、6H这一类六方晶体衬底,立方晶体SiC也有所抬头。3英寸以上的大口径化也成为该领域的开发重点。CREE公司率先实现了3英寸化,其他公司仍在努力实现3英寸化。不过,从用户方面来看,4英寸化的需求也非常大。因此,各公司的开发关注点也在逐渐向4英寸化转移。只是在大口径化方面,立方晶体衬底比六方晶体衬底要更有优势,更加容易实现大口径化。因此,我们可以预见,今后在高能器件市场,4H衬底与立方晶体衬底之间将会发生激烈竞争。