LED通用照明進入到規(guī)模性爆發(fā)的關(guān)鍵時期，進一步提高LED的發(fā)光效率和降低LED的制備成本仍然非常重要。目前，在外延方法、能量轉(zhuǎn)換效率、熱能管理、生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程控制方面，LED仍有大幅提升空間。材料與裝備技術(shù)對于LED性價比的提升至關(guān)重要，也是LED照明市場獲得發(fā)展的關(guān)鍵推動力。

　　2016年11月15日至17日，一年一度的半導(dǎo)體照明國際盛會--第十三屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA2016）即將在北京國際會議中心拉開帷幕。在11月16日下午(14:00-17:30，三層305E)舉行的“材料與裝備技術(shù)分會”聚攏了該領(lǐng)域一大批國際專家和企業(yè)家，暢談產(chǎn)業(yè)核心材料及重大裝備新進展，聚焦國產(chǎn)化裝備及材料新進展。分會主持由中科院半導(dǎo)體研究所研究員、中科院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心副主任王軍喜和佐治亞理工大學(xué)教授Russell Dupuis共同擔(dān)任。

 

　　該分會特邀中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米測試中心研究員、主任徐科，北京大學(xué)教授于彤軍 ，Application Engineering CCS高級部門經(jīng)理、AIXTRON SE Adam R Boyd，北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司副總裁兼PVD裝備事業(yè)部總經(jīng)理丁培軍，美國新澤西理工學(xué)院電子與計算機工程系助理教授Hieu P T NGUYEN，荷蘭飛利浦知識產(chǎn)權(quán)與標準部SCIL Nanoimprint Solutions合作創(chuàng)始人Rob.J. VOORKAMP，北京康美特科技有限公司博士、技術(shù)總監(jiān)孫宏杰，美國維易科精密儀器有限公司市場營銷總監(jiān)Mark Mckee ，中微半導(dǎo)體高級工藝工程師李洪偉，美國維易科(Veeco)精密儀器有限公司CTO 等等國內(nèi)外嘉賓分別做報告。

 

　　會上，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米測試中心研究員、主任徐科分享了“氮化鎵襯底生長的最新進展”。北京大學(xué)教授于彤軍在“準周期性碳納米管的納米掩模上高質(zhì)量的氮化鎵生長”的報告中指出：“運用碳納米管（CNT）在藍寶石襯底上形成納米尺度的具有二維準周期的掩膜，通過生長過程的控制，進行了納米尺度和微米尺度的側(cè)向外延的組合生長，實現(xiàn)了位錯密度達到 4.51×107cm-2的高質(zhì)量GaN外延膜。”

 

　　進一步，運用該技術(shù)的GaN模板上生長了紫光LED結(jié)構(gòu)，芯片的峰值內(nèi)量子效率相對常規(guī)的芯片提高3倍以上，在電流密度為 86.1A/cm2時光功率提高4倍以上，同時-5V的反向漏電流達到nA水平，比常規(guī)的芯片低兩個數(shù)量級。這一納米掩模上一步外延的技術(shù)的運用，顯著提高了GaN外延晶體質(zhì)量，并且具有價格低、技術(shù)兼容性好的優(yōu)勢，為以紫外LED為代表的、性能與位錯密度密切相關(guān)的器件的制備，提供了新的技術(shù)思路。

 

　　德國愛思強股份有限公司應(yīng)用工程CCS高級部門經(jīng)理Adam R Boyd，介紹了在干蝕刻圖案藍寶石襯底（DPSS）上使用31x4”規(guī)格的Aixtron AIX R6 MOCVD設(shè)備大規(guī)模生產(chǎn)InGaN基藍光LED。　　該系統(tǒng)在連續(xù)運行的模式下操作，首先對波長、光輸出功率（LOP）和靜電放電（ESD）量進行檢測，確保LED運行和生產(chǎn)的穩(wěn)定性之后，再開始對噴頭進行清洗。相比以前運行后清洗噴頭的操作模式，現(xiàn)在的吞吐量可提升超過10%。

 

　　以ESD最佳產(chǎn)量為目標，通過在緩沖層設(shè)計實驗，確定絕對緩沖層的生長溫度窗口，特別是依據(jù)Inside P400讀數(shù)，考慮缺陷相關(guān)的形態(tài)和相關(guān)實驗。通過這種方法我們已經(jīng)證明了在連續(xù)運行模式下ESD率＞90%，可用于批量生產(chǎn)InGaN藍光LED。

 

　　中微半導(dǎo)體高級工藝工程師李洪偉分享了“大尺寸基片上生長的GaN基LED和HEMT器件”的主題報告，他表示：“對于硅基GaN生長，必須施加適當?shù)木彌_層以補償在外延生長和冷卻期間產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，以獲得無裂紋膜。高質(zhì)量GaN基LED和HEMT結(jié)構(gòu)已經(jīng)在具有AMEC MOCVD平臺的6英寸和8英寸硅基板上生長出來。已經(jīng)實現(xiàn)了超過5微米的無裂紋外延層。通過使用非晶SixNy掩模層可以大大提高GaN結(jié)晶質(zhì)量。（102）晶面的x射線回擺曲線FWHM小于400弧秒，證實了高質(zhì)量GaN-on-Si外延層。通過選擇合適的晶片載流子來優(yōu)化硅晶片上的光致發(fā)光（PL）波長均勻性，可以改進MQW生長期間的晶片彎曲。具有5靘外延層的GaN-on-Si HEMT展示了高垂直擊穿電壓特性，在GaN層中碳濃度高達5.6×1019 cm-3?；魻枩y量顯示電子遷移率為1950 cm2/V?s，2DEG載流子密度分別為9.7×1012 cm-3。”

 

　　美國新澤西理工學(xué)院電子與計算機工程系助理教授Hieu P T Nguyen在題為“III族氮化物納米線LED和激光器：下一代照明技術(shù)” 主題報告中指出，未來固態(tài)照明的一大挑戰(zhàn)是所有基于半導(dǎo)體的全彩色LED的發(fā)展，包括單片集成藍色，綠色，和紅色的器件，這些器件具有超高效、長期穩(wěn)定性和顏色可調(diào)發(fā)射。采用了常規(guī)的GaN基量子井異質(zhì)結(jié)器件，然而，已經(jīng)被他們的低效率和綠色到紅色光譜范圍的效率下降嚴重限制了。最近的研究表明，這些關(guān)鍵的挑戰(zhàn)可以通過使用III族氮化物納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)解決。在此背景下，我們研究了InGaN / GaN / AlGaN點在納米核殼結(jié)構(gòu)的外延和內(nèi)在特征，在幾乎無缺陷的GaN納米線中結(jié)合自組織的InGaN量子點，實現(xiàn)內(nèi)在的白光發(fā)射。通過設(shè)計載流子動力學(xué)，我們表明，此種III族氮化物納米線LED可以在藍色，綠色和紅色光譜范圍內(nèi)呈現(xiàn)出高效率的發(fā)射。

 

　　荷蘭飛利浦知識產(chǎn)權(quán)與標準部門SCIL Nanoimprint Solutions合作創(chuàng)始人Rob.J. Voorkam介紹了“SCIL納米壓印解決方案和高性價比大容量納米藍寶石晶片結(jié)構(gòu)”報告。他表示，圖案式藍寶石基板通常用來生產(chǎn)氮化鎵LED。圖案式藍寶石基板上的微結(jié)構(gòu)能夠增強氮化鎵生長，并且提高消光效率。將結(jié)構(gòu)的尺寸減小到納米量級可以產(chǎn)生更高的效率和更低的圖案式藍寶石基板的成本。未來市場向大晶圓方向發(fā)展。常規(guī)的圖案式藍寶石基板生產(chǎn)技術(shù)（光刻和hard stamp NIL技術(shù)）不能提供經(jīng)濟的方式實現(xiàn)在大晶圓上生產(chǎn)微納量級的圖案式藍寶石基板。Soft-stamp NIL克服了光刻技術(shù)和hard stamp NIL技術(shù)的主要劣勢，具有很好的發(fā)展前景，但它仍然具有一些缺點。并提出了如何采用SCIL技術(shù)解決soft-stamp NIL技術(shù)的局限，并且在大的非平晶圓上實現(xiàn)10納米以下的分辨率。

 

　　美國維易科精密儀器有限公司市場營銷總監(jiān)Mark Mckee介紹了，通過高性能As/P MOCVD和離子束濺射技術(shù)加快光子發(fā)展情況。他表示，隨著人們對數(shù)據(jù)通信、傳感、紅外照明和光纖泵浦的需求增多，光子器件如VCSEL激光器，EE激光器越來越受歡迎。未來五年現(xiàn)有和新增應(yīng)用將呈現(xiàn)兩位數(shù)增長。MOCVD技術(shù)和設(shè)備滿足了光子制造商對生產(chǎn)設(shè)備的需求。這是器件制造邁出的關(guān)鍵一步，MOCVD技術(shù)嚴格的性能要求和技術(shù)創(chuàng)新滿足了客戶日益增長的需求。這些創(chuàng)新必然推動高收益和生產(chǎn)力，降低制造成本和增強設(shè)備制造商的盈利能力。

 

　　此外，AR和HR的低吸收涂層需要長久的使用壽命和卓越的性能。離子束濺射是一種已被證明的沉積技術(shù)，實現(xiàn)了所需的性能。本演講將重點放在新k475i™MOCVD平臺，其實現(xiàn)了光子器件大批量制造的成本要求，以及顯著證明了AR和HR涂層所用的SPECTOR?離子束濺射技術(shù)。

 

　　北方微電子公司PVD裝備事業(yè)部總經(jīng)理丁培軍分享了磁控濺射AlN薄膜在LED、MEMS和HEMT領(lǐng)域中的應(yīng)用演講報告。他介紹說，北方華創(chuàng)公司根據(jù)多年來在物理氣相沉積（PVD）領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗，成功開發(fā)出了應(yīng)用于2英寸~6英寸的AlN薄膜沉積設(shè)備。在LED領(lǐng)域，AlN緩沖層的加入，可以有效提升LED器件的光電性能、提高MO設(shè)備產(chǎn)能和降低生產(chǎn)成本。利用磁控濺射的原理，在襯底材料上制備目標厚度的高品質(zhì)的AlN薄膜，根據(jù)SEM、XRD和AFM測試結(jié)果，AlN薄膜結(jié)構(gòu)為沿C軸的柱狀生長，結(jié)晶品質(zhì)高，表面光滑平整。

 

　　在AlN表面外延生長GaN后，其GaN表面非常光潔，GaN FWHM的（002）/（102）可以達到90/140arcsec；通過對LED芯片TEM的觀察和分析，我們發(fā)現(xiàn)GaN與AlN界面處的原子結(jié)合排布比較規(guī)則，GaN外延和MQW的生長過程中位錯較少，原子排布整齊有序，這些均有利于減少器件的漏電流和提高器件的壽命；制備的LED器件性能較無AlN緩沖層的制程相比，亮度提升1-4%、Vf下降0.05V、Vr提升50%以上，ESD結(jié)果提升30%以上。目前設(shè)備在中國大陸和臺灣LED市場得到的廣泛的應(yīng)用。UV領(lǐng)域的使用也有了初步的結(jié)果，北方華創(chuàng)AlN 已經(jīng)在UVA領(lǐng)域獲得應(yīng)用，在UVB和UVC領(lǐng)域正在優(yōu)化過程中。