AZZURRO实现150mm(6吋)晶圆GaN-on-Si制造可显著降低LED成本

AZZURRO半导体成立于2003年，具有专利的大直径矽基板氮化镓(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。


运用AZZURRO的专利应力控制技术，能准确控制矽基板上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，若能利用大直径的矽基板氮化镓(GaN-on-Si)技术，便有可能充分发挥现有矽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，由于矽基板和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AZ??ZURRO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、标准差0.062μm，以及平均峰值波长451.9nm、标准差2.1nm的水准。

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。 它能利用现有的矽晶制程技术，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，矽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元件。 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。

台湾拥有完整的矽晶以及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矽晶基板架构的LED元件生产。 根据AZ??ZURRO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业务和行销副总裁

Erwin Ysewijn自1989年服务于日立半导体公司开始，便累积了丰富的行销与业务经验，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画，显著推动业务成长。 在加入AZZURRO之前，Ysewijn是Lantiq公司的全球行销部门主管。