Plessey計畫在英國工廠製造高亮度LED

英國僅存的幾家半導體製造商之一普萊思半導體(Plessey)準備開始生產高亮度LED,製造中將採用劍橋大學所研究的一項備受關注的技術。

Plessey在英國Plymouth擁有一家6英寸晶圓廠,並在近期收購了劍橋大學的一家衍生公司CamGaN。通過這項交易,Plessey獲得了CamGaN公司與矽基氮化鎵(GaN-on-silicon) LED磊晶片(epi wafer)製造相關的知識產權,且CamGaN的三名員工將開始為Plessey工作。

Plessey市場部經理Derek Rye表示,在過去18個月,Plessey一直與劍橋團隊合作,劍橋大學從事矽基氮化鎵技術研究的Colin Humphreys教授將繼續擔任顧問。

現階段尚不確定Plessey將在這個極具競爭力的高亮度LED市場推出什麼樣的產品,Rye認為已加工的矽片、裸片和LED器件都有可能。現在可以確定的是,Plessey打算購入大量金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)反應器,用於在自己的工廠大規模生產磊晶片。

Plessey計畫在今年底前生產出白光效率為150流明/瓦的矽基氮化鎵LED,其性能將可與傳統的藍寶石襯底或碳化矽襯底LED相媲美。

Plessey絕不是第一家生產矽基氮化鎵LED的企業。中國的晶能光電才是第一家實現矽基氮化鎵LED倒樁晶片商業性生產的公司,而上個月歐司朗光電半導體也表示通過與Azzurro半導體的長期合作,已經取得了一些關鍵性進展,將可以在兩年內開始出售矽基LED。

矽基LED領域的競爭將會越來越激烈。在近期舉行的Photonics West Conference上,德國馬格德堡大學的Alois Krost表示,飛利浦和三星這兩大行業巨頭也紛紛通過各自的LED子公司發展矽基LED業務。

Derek Rye指出,劍橋大學研究的這項矽基氮化鎵LED技術的主要優勢在於採用了一種更薄的半導體層,可以解決晶片結構中矽襯底與活性氮化鎵層之間的晶格不匹配問題。

歐司朗和Azzurro通過使用相對較厚的緩衝材料,如多層氮化鋁,已經解決了這個晶格不匹配問題,而劍橋研究團隊能夠使用一種更薄的半導體層來製造出高品質LED,這將降低總的生產成本。

Plessey首席工程師John ELlis說,迄今為止,大尺寸矽襯底上生長的高亮度LED要實現商業化所面對的最大技術挑戰是GaN和矽襯底之間的晶格不匹配問題。Plessey的GaN-on-si新工藝克服了這一挑戰,Plessey的專業技術以及通過使用6英寸自動化處理設備而使成本降低的優勢都將確保Plessey的高亮度LED照明產品在業界中的領先地位。

一些LED業界人士認為,向矽襯底的轉移是實現低成本、高產量、高性能照明應用器件製造所必須的技術演變。但並不是所有人都同意這一觀點。

藍寶石和SiC襯底LED在量產上取得的進步已經使成本大大降低,而三星、Cree、歐司朗光電半導體和Philips Lumileds等領先的LED製造商也正紛紛將生產向6英寸晶圓製造轉移。

此外,近幾年一些資金充足的韓國和中國製造商也開始進軍LED市場,推出白色LED 發光管,導致LED平均售價全面下降。2011年對西方LED製造商而言是異常艱難的一年,其利潤率都大幅下滑。

即使如此,用LED燈替換傳統燈泡仍然具有很高的成本。劍橋大學Humphreys教授表示:“目前LED燈泡的費用為40英鎊,不過我們希望通過在矽襯底上生長LED而使成本下降五倍。”

事實上,LED替代燈的成本也下降很快,這就表示Plessey將需要面臨一個同樣快速變化的成本目標。市場研究公司IMS Research在2011年10月的報告中指出,一個60W白熾燈的LED替代燈的全球平均零售價為36美元,不過其售價在德國高達70美元以上,而在臺灣卻低於20美元。

另外,目前的襯底技術也還有進步空間,能進一步大幅降低成本。Lumileds研發經理在Photonics West Conference上表示,希望白光效率能在未來兩年內提高兩倍,而隨著成本的降低,LED替代燈的售價能降至5美元。

藍寶石材料製造設備供應商GT Advanced Technologies認為,LED生產中藍寶石襯底和矽襯底之間的真正較量將發生在LED行業向8英寸晶圓製造轉移之時,而GT在大尺寸藍寶石襯底方面正進展順利。
 

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