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  高熱伝導度 ・氮化铝基板
 

氮化铝基板
  GaN HEMT
  氮化鎵/氮化鋁磊晶
  高功率 LED
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   

   

 
 

 

 



红蓝混合灯可提高生菜的品质及产量


Increase Light Extraction Efficiency

将电源转换器件集成到LED芯片上

Light interaction in sapphire/MgF2/Al triple-layer omnidirectional reflectors in AlGaN-based near ultraviolet light-emitting diodes

Bringing The Inverter Onto The Chip


倒梯形铝镓铟磷系发光二极管的制作工艺,在临时基板的顶面依次形成由第一型磊晶层、发光层、第二型磊晶层、窗口层构成的晶片;在窗口层上形成
P电极;在P电极上覆盖一层粘合用胶,在粘合用胶上粘合一过渡基板;去除临时基板并将晶片倒置;采用激光划裂在晶片上形成切割道,切割道使晶片的每个侧面呈倾斜状;在切割道填充光刻胶,使光刻胶与晶片表面齐平;在光刻胶与晶片表面形成N电极;在N电极上形成永久基板;去除过渡基板及粘合用胶,并将晶片再次倒置;去除光刻胶并对晶片的底面进行切割,形成完整的单颗倒梯形LED芯粒。由于倾斜的侧面使得每一个出光面的可出光角度范围扩大,出光面积增加,可大大提升LED
的出光效率。


Kyma Technologies與美國北卡羅來納州立大學的研究小組從cGaN底板上切下m面,使其再生長,試製出了mGaN底板 此次的試製品通過使從GaN結晶(沿c軸方向生長)上切下的mGaN底板再生長而實現。c軸方向和m軸方向的生長均利用了HVPE法。切下m面之後利用CMP進行了研磨。尺寸為4mm×8mm位錯密度為106105cm-2級。
GaN結晶m面是一種非極性面。所謂非極性面是指與GaN結晶通常使用的c面互相垂直的面。GaNLED半導體鐳射器、高頻元件以及電源電路的開關元件等,通常使用GaN結晶的c面。使用非極性面的話,估計可以提高GaN係半導體元件的特性。比如,發光元件,有可能提高發光效率。



小體積、高頻率及高功率的產品是近幾年來通訊市場的主要發展目標。目前通訊市場之應用領域可分為無線通訊與有線通訊兩大類,主要使用的頻率範圍由行動電話
(0.9~1GHz)到車用雷達(76GHz)等範圍,輸出功率的範圍則由0.1W~1000W不等。通訊系統的組成,包含使用者終端和基地台。在使用者終端,一般而言為手機(cell phone)其產品所需功率較低。在基地台部份,包含訊號發射器與訊號接收器,需較高的操作功率。


氮化鋁
(AIN) 是一種自然界中沒有的人工化合物,它的性質介於共用結合和離子結合之間。合成時,可以在氮氣流中以1800~1900'C的高溫加熱鋁磯 土和碳,或者也可以直接加熱氮化鋁粉。在生成的AIN 粉末中加入V2 03 CaO 等燒結輔助劑,經過液相燒結,製成平板。由於這類添加物和殘留的氧屬於品粒邊界,因而其熱傳導率比理論值低,但比鋁要高出約一個數量級。AlN 基板容易和馬O3 SiO2 BaO SrOCaO 以外的氧化物發生反應,尤其是厚膜上常用的PhO Bi2 03 CuO 等。因此,在進行金屬噴鍍時要特別注意,必須使用AIN 專陽的厚膜塗漿。氮化鋁除了在熱傳導性面有優勢之外,它的熱膨脹係數比Al2 03 BeO 基板還要接近Si; 機械強度也比Al2 03 BeO ;硬度比Al2 03 小,易於加工;因為可以常壓燒結,所以可以用於印製積層板的製作。但是,由於它在鹼性、高溫、高濕環境下欠缺化學穩定性,因而使用時還必須考慮到環境因素的影響。


旋寶好公司新開發的散熱片使用之短碳纖維,其熱傳導性最高可達到約550WmK,熱傳導性超過銀及銅的最高水準。至於該材料的熱膨脹率則與陶瓷材料差不多,除具有補強效果外,還有優異的電傳導性,可賦予防止帶電及遮蔽電波的機能


AIN陶瓷基板進行了減壓直流等離子體噴塗鍍AI,在基板表面形成厚度約的金屬AI薄層,實現了AIAIN的良好接合.對原基板和鍍 Al後的基板進行了氧化處理,並以兩塊基板的處理面相對.中間夾以純 Cu片,在 1.3 x 10-3 pa的真空中 1356k條件下進行了接合、探討了基板處理條件對其與金屬 Cu的接合性能的影響.結果表明.在AIN基板上噴塗 AI後、經過1173k空氣中 24h處理、在基板表面形成了均勻且與基體附著良好的 Al2 03層、可以有效地改善 CuAIN基板的接合性能

 


由於
Kyma開發的新沉積製程,現今氮化鎵(GaN)高電子移動率電晶體(High Electron Mobility TransistorHEMT)製造商及紫外光發光二極體(ultraviolet LED)研發者得以使用大尺寸無裂痕(crack-free)氮化鋁基底(AlN-based)模板。


氮化鋁基板非常適合製造紫外光發光二極體,且能增加使用於基地台公共建設用之高頻電晶體效能。在波長大於
200nm時,因AlN對光穿透性(Transparency)將使LED發光效能得到提升的優勢,而AlN非常好的熱傳導性、電氣絕緣及可匹敵於AlGaN晶格的特性,亦同時可增加射頻元件的效能。http://www.davidlu.net/gan.htm


散熱的改良對
LED發展有關鍵的地位,也深深影響是否能提高LED在各產品的滲透率。散熱不佳會造成幾個嚴重的現象,首先會造成波長的改變,例如從450nm的藍光變成480nm的藍綠色。其次會造成亮度降低(因為LED內部量子轉換效率被降低),最後還會影響產品可靠性(因為熱會降低封裝材料壽命)。因此散熱效果的好壞嚴重影響LED的滲透比率。在改善散熱的部分,共有兩個方向可努力。首先可朝封裝方式著手,像Lumileds利用覆晶封裝(Flip Chip)技術提高整體模組散熱性。另外的方法是加裝散熱裝置,例如使用不同材料之散熱基板(金屬基板、陶瓷基板、複合式基板)


日本國內廠商首次推出直徑100mmSiC晶圓產品。該尺寸是量產元件時使用的最小尺寸,因此,此次實現產品化將成為加快SiC晶圓元件量產步伐的原動力 Cree計劃092010年推出的直徑6150mm的晶圓產品,將於2011年開始樣品供貨。另外,新日鐵此次推出的直徑50100mm的晶圓產品均為沒有形成外延膜Epitaxial Film的普通晶圓Bulk Wafer關於事先形成外延膜的外延晶圓Epitaxial wafer已經擁有製造設備,目前正在探討當業務需求增高時如何實現業務化的問題


利用AlGaN/GaN HEMT所製作的系統擁有許多的優點,在功率部份轉換上小元件提供高阻抗匹配;在高偏壓操作上,有效減少偏壓轉換所需能量,提高了效率,(i.e)一般無線通訊基地台操作電壓為28V使用AlGaN/GaN HEMT元件能夠輕易的使電壓提升42V


DCB
是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(AL2Q3)或氮化鋁(ALN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝方法。所製成的超薄複合基板具有優良電絕緣性能,高導熱特性,優異的軟釺焊性和高的附著強度,並可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力


LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁,氧化鋁的熱傳導率是環氧樹脂的55倍,氮化鋁則是環氧樹脂的400倍,因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導率為200W/mK的鋁,或是熱傳導率為400W/mK的銅質金屬封裝基板。


防衛雷達與無限通訊系統對於提高性能有強烈要求,特別是可在1~40GHz微波功率範圍內操作的高功率、高頻率、高線性與低成本的單石功率放大器。過去三年來所發表的結果,包括在高崩潰電場、高電子遷移率、高飽和載子速度等方面,都顯示GaAlN/GaN作為高功率元件的潛力。高崩潰電場允許在高電壓下操作,也表示在相同功率下,多電晶體功率放大器可以達到較高的匹配阻抗與較低的功率再結合損耗,以及在較簡單的線路中得到較高的能量效率。這項材料所固有的的高熱穩定性允許在較高溫度下操作,使得高功率放大器在封裝時不需嚴格且昂貴的熱管理方案。然而,高溫操作的代價是微波表現的降低(即增益,輸出功率)


GaAlN/GaN HEMT的分子束磊晶成長磊晶成長製程利用氨氣作為氮來源的氣源MBE,Picogiga已經發展出具重複性的GaN-on-Si成長製程。使用高電阻(high-resistance, HR)矽基板的好處來自於其晶體品質,基板面積大成本低,高電阻特性,以及有關表面處理的完整知識。在高電阻矽表面(111)初期成長階段的可重複性,使得GaN晶體品質的再現成為可能。


1981 年,日本名古屋大學赤崎Akasaki教授才成功研製PN接面的氮化鎵發光二極體,其型氮化鎵是以有機金屬的二環戊基鎂為摻雜鎂的來源,其成長完的薄膜,必須再經過低能量電子束照射,使鎂原子活化,才可以得到P型的氮化鎵薄膜。再加上他使用氮化鋁為緩衝層,成長於藍寶石基板上,由此得到第一顆亮度為 10 微燭光的PN接面氮化鎵發光二極體。


日亞化學公司的中村
Nakamura博士在 1989 年才開始進行氮化鎵之研究,率先以獨創的兩流路法之有機金屬氣相沈積反應器來成長高品質的氮化鎵薄膜。他先用低溫成長氮化鎵薄膜為緩衝層,並以二環戊基鎂為P型摻雜之來源,將剛成長出的鎂摻雜氮化鎵薄膜經直接熱處理,而不採用赤崎教授所用的低能量電子束照射方法,在 1991   3 月即研製出第一顆PN同質接面的發光二極體。後來又成功成長氮化銦鎵薄膜,在 1992   12 月成長出高功率雙異質接面氮化鎵發光二極體,接著試成長單量子井結構及多量子井結構的發光二極體,以氮化鋁鎵或氮化鎵為局限層,在 1994 年及 1995  年,陸續發表亮度 12 燭光之藍綠光及綠光發光二極體,且在 1996  年宣布大量出售藍綠光之發光二極體。


由中村博士之研究歷程可知,研發成功的緩衝層、P型層、氮化銦鎵主動層、及歐姆性接觸等技術為藍色發光二極體向產業邁進一大步的重要因素。而其結構先由同質PN接面,再演進異質接面(甚至雙異質接面),最後演進至單量子井及多量子井結構。


The new nano-LEDs have a unique structure that consists of 40-nm-thick nanodisks sandwiched between two layers of nanorods, resulting in a nanodisk-in-nanorod geometry. The nanodisks are made of indium gallium nitride (InGaN), a semiconducting material that is widely used in LEDs and solar cells, while the nanorods are made of gallium nitride (GaN). However, InGaN LEDs capable of emitting light of the entire visible spectrum have not been achieved until now.

 

 

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