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GaN-on-Si陷膠著 GaN-on-GaN LED趁勢崛起

文‧鄭景尤 發布日期:2013/05/08 關鍵字:GaN-on-GaNGaN-on-SiSiCSapphireLED台積固態照明Sumitomo ElectricSmart CutSoitecCree

氮化鎵對氮化鎵基板(GaN-on-GaN)發光二極體(LED)聲勢看漲。GaN-on-GaN LED毋須克服讓矽基氮化鎵(GaN-on-Si)LED研發人員頭痛的晶格、熱膨脹係數等問題,加上GaN基板技術迭有突破,價格下滑可期,因而逐漸成為備受矚目的LED基板替代方案。  

台積固態照明總經理譚昌琳表示,由Cree主推的碳化矽基板LED,主要搶攻的市場仍以高功率應用及戶外照明為主。
台積固態照明總經理譚昌琳表示,目前LED照明市場的基板市占仍以藍寶石(Sapphire)基板及碳化矽(SiC)基板為主,而近年GaN-on-Si基板技術亦快速崛起,不過,目前GaN-on-Si基板除良率外,還有幾項挑戰待解。  

譚昌琳進一步解釋,GaN-on-Si基板剛開始受到關注的原因,即矽材於半導體製程技術已相當成熟,但實際上GaN-on-Si基板在成長過程當中產生的彎曲情形,並無法適用於現有的晶圓平整設備,因此,生產GaN-on-Si基板的設備投資幾乎等同於投資一座新的8吋廠,遂讓相關業者再三躊躇。  

不僅如此,因矽基板本身具吸光特性,所以廠商為提高LED晶片發光效率,多半都會在磊晶生成以後將矽基板去掉,並須在封裝步驟時加上反射層,增強LED晶片整體亮度表現,因此,整體的物料成本是否能顯著下降仍充滿許多問號。  

有鑑於此,業界已將注意力轉移至其他更具成本效益的替代方案,其中,GaN-on-GaN基板吸引力十足。目前美國新創公司Soraa是該基板技術主要的發展廠商,其已於今年2月正式宣布技術突破。  

與GaN-on-Si基板相比,GaN-on-GaN基板不具熱膨脹係數不匹配(CTE Mismatch)及晶格不匹配(Lattice Mismatch)的問題,且因晶格缺陷密度極低,可讓LED晶片以極高的電流密度運作,並發射較藍寶石、碳化矽、矽等傳統基板方案十倍以上的單位面積亮度。  

儘管如此,目前GaN-on-GaN基板價格仍偏高,約為藍寶石基板的十至十五倍,因此,其應用仍以利基市場為主,如需高亮度的車用照明市場。  

譚昌琳指出,日前Soitec已針對GaN基板發表Smart Cut技術,並將該技術授權、技術轉移予Sumitomo Electric,可望加速GaN基板價格下滑。  

據了解,Soitec與Sumitomo Electric兩家公司先前已利用該技術成功試產4吋及6吋GaN基板,該製程技術讓高品質、極細的GaN層不斷重複由單一晶圓轉變為多重基板。結果顯示,在Smart Cut技術的助力下,GaN基板能展現高度效能並維持低成本,因此,Sumitomo Electric未來將持續投資Smart Cut技術,並利用該技術製造GaN基板。  

譚昌琳認為,未來藍寶石、碳化矽、GaN、矽等基板的材料、技術將不斷整合,而發光效率(lm/w)、光效下降(Droop)改善情形及製造成本,將是決定基板勢力版圖的重要因素。

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