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AZZURRO半导体成立于2003年,具有专利的大直径硅基板氮化镓(GaN-on-Si)技术,该技术源自德国Magdeburg大学,在2010年10月获得包括 Wellington Partners、Good Energies和Emerald等4家创投业者共1,500万欧元的资金投入后,已正式在德烈斯登(Dresden)设立公司与产能,开始投入量产。
AZZURRO目前有2台MOCVD(有机金属化学气相沉积法)机台,将于2011年10月完成量产设置,预计能达到每月1,400片150mm(6吋)晶圆的出货量。未来仍将持续扩充产能,规划2013年达到每月1万片晶圆,以及2015年达到2.7万片晶圆的产能。
注:运用AZZURRO的专利应力控制技术,能准确控制硅基板上GaN薄膜的曲度。
LED是一个成长快速的市场,市场规模超过110亿美元,不管是电视、笔电和行动装置用的背光设计,或是固态照明应用,都是各家业者所看好的商机所在,也吸引了众多业者投入,市场竞争非常激烈。
目前LED产业仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的蓝宝石基板为基础,若能利用大直径的硅基板氮化镓(GaN-on-Si)技术,便有可能充分发挥现有硅晶生态系统的完备技术与规模经济效益,达到降低整体LED成本的目标。若比较现行150mm(6吋)蓝宝石基板和运用AZZURRO专利 GaN-on-Si技术的150 mm(6吋)晶圆,可达到超过75%原料的成本节省。
虽然GaN-on-Si具显著的成本优势,但由于技术上的困难度,因此一直未能在LED业界广泛应用。主要问题在于,由于硅基板和GaN的热膨胀系数不同,在制程中会因为两种材质间的晶格错位而产生应力,进而形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的问题。
曲度和薄膜厚度不均不仅会在后段加工时可能产生破裂,同时也会造成同一片晶圆上制作出的LED具不同的峰值波长(peak wavelength),增加了日后分选(binning)的困扰。根据AZZURRO于2011年第2季完成的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圆来看,已可达到平均厚度6.1μm、标准偏差0.062μm,以及平均峰值波长451.9nm、标准偏差2.1nm的水平。
此外,从 AZZURRO过去12个月对数百片晶圆进行GaN薄膜制程控制的数据来看,已将曲度标准偏差从85μm逐步渐少到15μm。同时,运用增强的曲度控制和补偿(offset)曲度控制,可进一步缩小或达到0曲度的目标。甚至,AZZURRO也可以依照客户的需求,满足客制化曲度需求。
这主要是透过AZZURRO专利的应力控制技术,才能克服曲度和薄膜厚度不均的问题,也才能使大直径GaN-on-Si技术得以实现商业化应用的重要关键。除了LED,GaN-on-Si亦适用于功率半导体(power semiconductors)、RF/PA等应用。
虽然业界对于GaN-on-Si LED是否能达到与蓝宝石LED相同的效能或有疑虑,但已有研究证明,GaN-based LED确实能达到相似效能,而且非常适用于高功率和具成本效益的固态照明应用。
除了成本,GaN-on-Si与蓝宝石相比,还有其它的优势。它能利用现有的硅晶制程技术,切割等后段制程技术与资源都非常成熟与完备。此外,在生产 HB和UHB LED产品所需的覆晶安装(flip chip mounting)时,硅晶材质比蓝宝石更易移除,不但生产周期可显著缩短,还能获得更佳的良率。
AZZURRO的150mm(6 吋)GaN-on-Si晶圆现已开始提供样本给客户,正进行认证,预计2011年底客户就能正式推出采用GaN-on-Si技术的LED组件。同时,2011年底以前,AZZURRO将能提供200mm(8吋)晶圆的GaN-on-Si技术,更预计于2012年推出300mm(12吋)晶圆技术,进度遥遥领先其他业者。
台湾拥有完整的硅晶以及LED产业链,是AZZURRO非常重视的市场。AZZURRO预计于2011年7月中在台湾成立技术与客户服务团队,积极与业者合作,协助他们从目前的蓝宝石转换为采用硅晶基板架构的LED组件生产。根据AZZURRO与现有客户的合作经验,大约4个月的时间就可顺利转换,未来更将进一步扩充至200mm(8吋)晶圆应用,大幅节省成本。
作者简介:
AZZURRO Semiconductors业务和营销副总裁
Erwin Ysewijn自1989年服务于日立半导体公司开始,便累积了丰富的营销与业务经验,并熟悉亚洲市场,包括日本、南韩、台湾和大陆等地,亦曾负责执行多项策略购并计划,显著推动业务成长。在加入AZZURRO之前,Ysewijn是Lantiq公司的全球营销部门主管。
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