由於Kyma開發的新沉積製程,現今氮化鎵(GaN)高電子移動率電晶體(High
Electron Mobility Transistor,HEMT)製造商及紫外光發光二極體(ultraviolet
LED)研發者得以使用大尺寸無裂痕(crack-free)氮化鋁基底(AlN-based)模板。
氮化鋁基板非常適合製造紫外光發光二極體,且能增加使用於基地台公共建設用之高頻電晶體效能。在波長大於200nm時,因AlN對光穿透性(Transparency),將使LED發光效能得到提升的優勢,而AlN非常好的熱傳導性、電氣絕緣及可匹敵於AlGaN晶格的特性,亦同時可增加射頻元件的效能。http://www.davidlu.net/gan.htm
散熱的改良對LED發展有關鍵的地位,也深深影響是否能提高LED在各產品的滲透率。散熱不佳會造成幾個嚴重的現象,首先會造成波長的改變,例如從450nm的藍光變成480nm的藍綠色。其次會造成亮度降低(因為LED內部量子轉換效率被降低),最後還會影響產品可靠性(因為熱會降低封裝材料壽命)。因此散熱效果的好壞嚴重影響LED的滲透比率。在改善散熱的部分,共有兩個方向可努力。首先可朝封裝方式著手,像Lumileds利用覆晶封裝(Flip
Chip)技術提高整體模組散熱性。另外的方法是加裝散熱裝置,例如使用不同材料之散熱基板(金屬基板、陶瓷基板、複合式基板)
日本國內廠商首次推出直徑100mm的SiC晶圓產品。該尺寸是量產元件時使用的最小尺寸,因此,此次實現產品化“將成為加快SiC晶圓元件量產步伐的原動力”。
Cree計劃09年∼2010年推出的直徑6(150mm)的晶圓產品,“將於2011年開始樣品供貨”。另外,新日鐵此次推出的直徑50∼100mm的晶圓產品均為沒有形成外延膜(Epitaxial
Film)的普通晶圓(Bulk
Wafer)。關於事先形成外延膜的外延晶圓(Epitaxial
wafer),“已經擁有製造設備,目前正在探討當業務需求增高時如何實現業務化的問題”
利用AlGaN/GaN
HEMT所製作的系統擁有許多的優點,在功率部份轉換上小元件提供高阻抗匹配;在高偏壓操作上,有效減少偏壓轉換所需能量,提高了效率,(i.e)一般無線通訊基地台操作電壓為28V,使用AlGaN/GaN
HEMT元件能夠輕易的使電壓提升42V。
DCB是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(AL2Q3)或氮化鋁(ALN)陶瓷基片表面(
單面或雙面)上的特殊工藝方法。所製成的超薄複合基板具有優良電絕緣性能,高導熱特性,優異的軟釺焊性和高的附著強度,並可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力
LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁,氧化鋁的熱傳導率是環氧樹脂的55倍,氮化鋁則是環氧樹脂的400倍,因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導率為200W/mK的鋁,或是熱傳導率為400W/mK的銅質金屬封裝基板。
防衛雷達與無限通訊系統對於提高性能有強烈要求,特別是可在1~40GHz微波功率範圍內操作的高功率、高頻率、高線性與低成本的單石功率放大器。過去三年來所發表的結果,包括在高崩潰電場、高電子遷移率、高飽和載子速度等方面,都顯示GaAlN/GaN作為高功率元件的潛力。高崩潰電場允許在高電壓下操作,也表示在相同功率下,多電晶體功率放大器可以達到較高的匹配阻抗與較低的功率再結合損耗,以及在較簡單的線路中得到較高的能量效率。這項材料所固有的的高熱穩定性允許在較高溫度下操作,使得高功率放大器在封裝時不需嚴格且昂貴的熱管理方案。然而,高溫操作的代價是微波表現的降低(即增益,輸出功率)。
GaAlN/GaN
HEMT的分子束磊晶成長磊晶成長製程利用氨氣作為氮來源的氣源MBE,Picogiga已經發展出具重複性的GaN-on-Si成長製程。使用高電阻(high-resistance,
HR)矽基板的好處來自於其晶體品質,基板面積大成本低,高電阻特性,以及有關表面處理的完整知識。在高電阻矽表面(111)初期成長階段的可重複性,使得GaN晶體品質的再現成為可能。
1981
年,日本名古屋大學赤崎(Akasaki)教授才成功研製PN接面的氮化鎵發光二極體,其P型氮化鎵是以有機金屬的二環戊基鎂為摻雜鎂的來源,其成長完的薄膜,必須再經過低能量電子束照射,使鎂原子活化,才可以得到P型的氮化鎵薄膜。再加上他使用氮化鋁為緩衝層,成長於藍寶石基板上,由此得到第一顆亮度為
10
微燭光的PN接面氮化鎵發光二極體。
日亞化學公司的中村(Nakamura)博士在
1989
年才開始進行氮化鎵之研究,率先以獨創的兩流路法之有機金屬氣相沈積反應器來成長高品質的氮化鎵薄膜。他先用低溫成長氮化鎵薄膜為緩衝層,並以二環戊基鎂為P型摻雜之來源,將剛成長出的鎂摻雜氮化鎵薄膜經直接熱處理,而不採用赤崎教授所用的低能量電子束照射方法,在
1991
年
3
月即研製出第一顆PN同質接面的發光二極體。後來又成功成長氮化銦鎵薄膜,在
1992
年
12
月成長出高功率雙異質接面氮化鎵發光二極體,接著試成長單量子井結構及多量子井結構的發光二極體,以氮化鋁鎵或氮化鎵為局限層,在
1994 年及
1995
年,陸續發表亮度
12
燭光之藍綠光及綠光發光二極體,且在
1996
年宣布大量出售藍綠光之發光二極體。
由中村博士之研究歷程可知,研發成功的緩衝層、P型層、氮化銦鎵主動層、及歐姆性接觸等技術為藍色發光二極體向產業邁進一大步的重要因素。而其結構先由同質PN接面,再演進異質接面(甚至雙異質接面),最後演進至單量子井及多量子井結構。
The new nano-LEDs have a unique structure
that consists of 40-nm-thick nanodisks sandwiched between two
layers of nanorods, resulting in a nanodisk-in-nanorod
geometry. The nanodisks are made of indium gallium nitride (InGaN),
a semiconducting material that is widely used in LEDs and
solar cells, while the nanorods are made of gallium nitride (GaN).
However, InGaN LEDs capable of emitting light of the entire
visible spectrum have not been achieved until now. |