大尺寸磊晶技术突破 GaN-on-Si基板破裂问题有解.doc
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1、大尺寸磊晶技术突破 GaN-on-Si基板破裂问题有解近年来氮化镓(GaN)系列化合物半导体材料已被证实极具潜力应用于液晶显示器(LCD)之背光模组、光学储存系统、高频与大功率之微波电子元件等商业用途。然而,目前商品化的氮化镓系半导体光电元件均以蓝宝石(Sapphire)与碳化矽(SiC)基板为主,且重大基本专利掌握在日本、美国和德国厂商手中。有鉴于专利与材料种种问题,开发矽基氮化镓(GaN-on-Si)磊晶技术遂能摆脱关键原料、技术受制于美日的困境。以矽半导体成长氮化镓磊晶薄膜不仅有低成本、大面积与高导电(热)基板等等的优势,更可进一步与高度成熟的矽半导体产业结合成光电积体电路(IC),配合
2、晶粒制程技术包括蚀刻、黄光、金属电极镀膜、研磨及切割,在不同元件领域以横向分工、垂直整合的不同策略进行开发,以加强国内在关键光电元组件自主研发、产销之能力。由于目前氮化物材料系统并没有低价商品化的GaN或氮化铝(AlN)单晶块材做为基板,所以氮化物材料必须成长在蓝宝石、碳化矽、矽等异质基板材料上。以GaN-on-Si为例,由于氮化镓材料与矽基板间的晶格常数并不匹配,加上热膨胀系数的差异,若将氮化镓薄膜材料直接生长在矽基板上,薄膜会因与基板间的晶格常数差异过大而导致薄膜内的缺陷密度非常高,进而降低元件效率,所以通常在两者之间须搭配一层缓冲层材料。氮化铝薄膜材料由于具有宽能隙、高热稳定性及高散热性
3、,同时与GaN薄膜的晶格可做应力互补,所以极适合做为GaN-on-Si的缓冲层材料。在GaN-on-Si磊晶技术研发中,重点开发项目包括高品质的氮化铝缓冲层薄膜材料与氮化铝镓(AlGaN)/氮化镓超晶格(SuperlatTIce)低缺陷密度缓冲层技术,同时发展各种提升发光二极体(LED)效率之关键技术,以相辅相成,迎头赶上先进国家之技术水准。缓冲层的角色除缓冲氮化镓材料与矽基板间的应力外,也提供氮化镓薄膜材料成核与成长的介面环境,所以缓冲层的品质会直接影响到元件效率。生长GaN-on-Si的方法很多,包括原子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy, MBE)和有机金属化学气相沉积
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