一、重點(diǎn)研究機(jī)構(gòu) 1名古屋工業(yè)大學(xué) 名古屋工業(yè)大學(xué)納米器件及系統(tǒng)研究中心是由著名專家梅野正義教授創(chuàng)立,在現(xiàn)任主任江川孝志教授???領(lǐng)導(dǎo)下,包括邵春林教授在內(nèi)的華人博士團(tuán)隊(duì)長期致力于以硅為襯底的氮化鎵(GaN)系化合物半導(dǎo)體的研究。 該中心的主要研究課題是“硅襯底基片上的GaN系外延片生長技術(shù)、LED 、HEMT”研究。該項(xiàng)課題研究從2003年開始,到2005年結(jié)束,歷時3年。此外,還同時與日本大陽日酸公司共同開發(fā)MOCVD,與日本沖電氣共同研發(fā)電子設(shè)備。2003年度,成功開發(fā)了2英寸的襯底基片、氮化鎵系的外延片生長及其各種設(shè)備。

　　2004年度,該中心又成功開發(fā)了硅襯底基片上4英寸的InGaN的LED和AlGaN/GaN的HEMT。目前,正在利用日本大陽日酸公司開發(fā)的專門針對6英寸硅襯底基片的設(shè)備,開展6英寸的外延片生長技術(shù)的相關(guān)研究。 另一項(xiàng)課題是“調(diào)諧環(huán)境型高功能納米傳感器、材料開發(fā)”。該項(xiàng)課題將歷時5年,主要目標(biāo)是：使藍(lán)寶石基片上能夠生長出高質(zhì)量的外延片(AlGaN/GaN)結(jié)晶,開發(fā)出能夠在4英寸基片上生長出均一的外延片結(jié)晶的MOCVD設(shè)備、使AIN固態(tài)溶化在GaN上,開發(fā)出禁帶寬度更寬的半導(dǎo)體紫外線傳感器。 2名城大學(xué) 名城大學(xué)的赤崎勇教授是全球LED領(lǐng)域的先驅(qū)。開發(fā)的藍(lán)光LED、紫光LD,直接或間接地給產(chǎn)業(yè)界帶來了恩澤。隨著紫光LED在實(shí)際生活中的應(yīng)用逐步得到普及,目前又開始致力于從AIN基片制作到外延片的生長、高效率發(fā)光以及醫(yī)療或加工專用設(shè)備的制作等多方面的研發(fā)工作。 利用獨(dú)特的高溫生長法與化合反應(yīng),在低壓下制造出大型的晶錠,以求象GaAs襯底一樣,通過切割高效地獲得襯底。與此同時,他們還試圖在AIN襯底上生長出氮化合物系的外延片,以求制作出高品質(zhì)的晶體和納米結(jié)構(gòu)。 在激光的紫外領(lǐng)域,將其波長縮短的競爭在全球一直持續(xù)不斷。名城大學(xué)于2004年3月發(fā)表了世界最短的波長僅為350.9nm紫外激光的論文,再一次顯示了其居于世界領(lǐng)先水平的氮系化合物半導(dǎo)體的技術(shù)實(shí)力。之后,美國的能量(power)半導(dǎo)體、LED廠商CREE公司在學(xué)會上公布：他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了343nm波長的紫外激光。名城大學(xué)的研究成果中,在活性層中使用了GaN而沒有加入Al,CREE公司卻有可能在活性層中加入了Al,因此在這個層面上,他們兩家開始了第二輪競爭。 世界上很多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在加快高效白光LED的開發(fā)。名城大學(xué)已在研究項(xiàng)目中,把實(shí)現(xiàn)量子效率達(dá)32%、發(fā)光效率達(dá)80lm/W當(dāng)成他們的目標(biāo)。該項(xiàng)研究在日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)的資助下,從2004年開始,將用3年的時間完成。

　　二、化合物半導(dǎo)體設(shè)備裝置的最新動向 MOCVD設(shè)備和MBE設(shè)備市場,由于各公司在2000年以GaAs系為中心進(jìn)行了大量投資,因此自2001年以后,其增長呈現(xiàn)出放緩的趨勢。不過,在MOCVD設(shè)備市場,雖然GaAs系的電子設(shè)備和InP系的通信專用半導(dǎo)體激光的需求有所下降,但是在手機(jī)專用背光、車載、照明器械等領(lǐng)域,GaN系的藍(lán)光和白光LED 的應(yīng)用卻相當(dāng)活躍,DVD的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光、GaAs系的紅光LED的需求仍很堅(jiān)挺,呈現(xiàn)出整體上漲的趨勢。全球量產(chǎn)的MOCVD出貨量估計(jì)在2003年為80-100臺,2004年將會有所上升。 隨著以GaN系LED和藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光為中心的設(shè)備不斷地增長,MOCVD的需求也在逐步擴(kuò)大。此外,隨著設(shè)備的高功率化和芯片尺寸的大型化,基片的需求也會逐步呈現(xiàn)出大口徑化的趨勢,其處置設(shè)備也將隨之增大。 在MOCVD和MBE設(shè)備的供貨商中,歐美企業(yè)的技術(shù)實(shí)力在全球首屈一指。

　　三、化合物半導(dǎo)體結(jié)晶、外延片的最新動向 單結(jié)晶技術(shù)、外延片技術(shù)成為關(guān)鍵技術(shù)。化合物半導(dǎo)體單晶片襯底材料主要有：用于低亮度型LED的GaP襯底;用于高亮度四元系LED、紅外LED、光盤用半導(dǎo)體LD、手機(jī)等移動電子設(shè)備上的GaAs襯底、通信專用LD上的InP襯底。除此以外,最近,以藍(lán)光LED為代表的GaN系LED制造專用的藍(lán)寶石襯底的增長非常顯著。此外,外延片的生長也成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。以下為主要藍(lán)光化合物半導(dǎo)體材料的動向。 GaN 目前的主流制作GaN結(jié)晶方法是MOCVD法。不過,它的最大課題是,通過量產(chǎn)技術(shù)的確立從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的供貨能力。GaN襯底最早由日本的住友電工確立了量產(chǎn)技術(shù)。除此以外,日立電線、古河機(jī)械金屬、CREE等公司也計(jì)劃參入該領(lǐng)域。 藍(lán)寶石 單結(jié)晶藍(lán)寶石基片作為藍(lán)光和白光LED專用基片,其需求正呈逐年上升的趨勢。按出貨量來算,它每年的平均增幅約為20%。2004年預(yù)計(jì)全球的出貨量大約為25萬枚(按2英寸的來計(jì)算)。在藍(lán)寶石基片上制作LED時,需要在絕緣的一面取2個電極,因此它的芯片比其他的導(dǎo)電性基片的尺寸要大,但是其生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢使其遙遙領(lǐng)先于其他材料。在它的供貨當(dāng)中,2英寸的占據(jù)了一大半的比例,3英寸和4英寸的需求也呈逐漸升高的趨勢。 藍(lán)寶石單結(jié)晶的作法主要采用EFG法、CZ法等。LED一般采用C面的藍(lán)寶石。最近,隨著LED的亮度越來越高,對基片廠商的要求也越來越嚴(yán)格。不僅在結(jié)晶的精度方面有很高的要求,對基片的平坦程度、潔凈度等后加工的精度和品質(zhì)的要求也在逐步提高。針對這些要求,基片廠商也在積極地摸索對策。

　　2005年,LED 廠商在不斷加強(qiáng)前工程的能力,因此,市場形勢整體來說還不錯。而且,SOS(Silicononsapphire)技術(shù)很快就要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化,因此,在IC和電子設(shè)備專用市場,有可能會產(chǎn)生新的需求。對此,廠商們紛紛開始做SOS專用R面基片的量產(chǎn)準(zhǔn)備。大口徑化也將是今后的一個重要課題。 SiC 2004年SiC基片的市場規(guī)模大約達(dá)到25萬枚-30萬枚。其中8成以上被用作GaN-LED的襯底。隨著GaN-LED市場規(guī)模的急劇擴(kuò)大,SiC基片的需求也呈增長勢頭。在SiC基片市場中,美國的CREE公司獨(dú)占鰲頭。該公司的市場份額有可能會高達(dá)85%-90%。該公司同時還自己生產(chǎn)藍(lán)光和白光的GaN-LED芯片,生產(chǎn)規(guī)模估計(jì)大約在3.5億個。 除了年產(chǎn)超過20萬枚的美國CREE公司以外,大多數(shù)公司的生產(chǎn)能力停留在月產(chǎn)數(shù)百-數(shù)千枚的程度。各公司都處于一邊觀察著市場動向,一邊謹(jǐn)慎進(jìn)行增產(chǎn)投資的階段。

　　目前,SiC基片市場已成為LED強(qiáng)大的牽引力。開發(fā)的關(guān)注點(diǎn)也從LED轉(zhuǎn)向高能器件。今后高能器件專用市場的襯底將有很大的增長幅度。使用SiC制作高能器件時,能夠制造出比硅效率更高、耐用性更強(qiáng)的高能器件。實(shí)際上,目前很多公司都在積極嘗試著利用SiC制造高能器件。 現(xiàn)在SiC市場主要以4H、6H襯底居多。6H主要用于LED,但是基片生產(chǎn)商的開發(fā)焦點(diǎn)正在向適用于高能器件上的4H襯底轉(zhuǎn)移,試圖實(shí)現(xiàn)4H襯底的高品質(zhì)化。 另一方面,不止是4H、6H這一類六方晶體襯底,立方晶體SiC也有所抬頭。3英寸以上的大口徑化也成為該領(lǐng)域的開發(fā)重點(diǎn)。CREE公司率先實(shí)現(xiàn)了3英寸化,其他公司仍在努力實(shí)現(xiàn)3英寸化。不過,從用戶方面來看,4英寸化的需求也非常大。因此,各公司的開發(fā)關(guān)注點(diǎn)也在逐漸向4英寸化轉(zhuǎn)移。只是在大口徑化方面,立方晶體襯底比六方晶體襯底要更有優(yōu)勢,更加容易實(shí)現(xiàn)大口徑化。因此,我們可以預(yù)見,今后在高能器件市場,4H襯底與立方晶體襯底之間將會發(fā)生激烈競爭。