AZZURRO率先業界投入GaN-on-Si晶圓量產
- 莊永莉／台北
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具有專利大直徑矽基板氮化鎵(GaN-on-Si)技術的AZZURRO半導體公司，日前展示了該公司在德國德烈斯登(Dresden)新廠設置的生產能力，宣告正式進入量產階段。公司執行長Erwin Wolf強調，AZZURRO是業界唯一一家能同時為LED與功率半導體應用提供GaN-on-Si晶圓的業者。相較於其他僅能為單一應用領域提供GaN-on-Si晶圓的競爭對手來說，將能更快達成經濟規模，讓GaN-on-Si技術更早實現真正的商業化應用。
自2003年起，AZZURRO就擁有德國Magdeburg大學研發的所有GaN-on-Si技術專利。回顧公司的發展歷程，Erwin Wolf表示，「我們於2005年就率先完成無裂痕(crack)的6吋GaN-on-Si晶圓研發，並於2009年證明此技術能達到與藍寶石基板相同的LED亮度。公司自去年10月取得1,500萬歐元的創投資金後，便開始設置產能，到現在終於正式進入量產階段，這是公司發展的重要里程碑。」
AZZURRO已設有MOCVD(有機金屬化學氣相沉積法)機台，能達到每月1,000片以下的150mm(6吋)晶圓產能。公司將持續擴充產能，規劃2013年產能成長10倍，以及2015年產能成長20倍。
鎖定LED與功率半導體市場
AZZURRO的大直徑GaN-on-Si晶圓可用在LED與功率半導體製造，可較現行的藍寶石基板與矽晶晶圓提供更佳的效能與成本效益。Erwin Wolf解釋說，目前LED產業仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的藍寶石基板為基礎，若能利用大直徑的矽基板氮化鎵(GaN-on-Si)技術，便有可能充分發揮現有矽晶生態系統的完備技術與規模經濟效益，達到降低整體LED成本的目標。
而在功率半導體應用方面，GaN材料具備的崩潰電壓(breakdown voltage)及低漏電流特性，能提供高電壓應用所需的性能。而且GaN-on-Si材料能達到矽晶10倍的切換速度，有助於實現更小尺寸的設計。
此外，GaN的導通電阻(Ron)較低，可提供較現有相同面積矽晶元件更佳的效率。由於傳導性更佳，切換時的功率損失就更低，產生的熱能就更少，因此可簡化產品的散熱設計，並滿足下一代環保節能設計的所有需求。
以專利技術實現更佳的薄膜厚度均勻度
雖然GaN-on-Si具顯著優勢，但由於技術難度高，一直未能獲得廣泛應用。Erwin Wolf指出，主要問題在於由於矽基板和GaN的熱膨脹係數不同，在製程中會形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的問題。這不僅會在後段加工時可能產生破裂，同時也會造成同一片晶圓上製作出的LED具不同的峰值波長(peak wavelength)，增加日後LED製造的分選(binning)困擾。均勻度對高壓元件來說也同樣重要，因為高壓元件對於崩潰電壓和漏電流等特性的要求條件更為嚴格。
AZZURRO專利的GaN-on-Si技術是先在矽基板上長出以GaN材料為基礎的緩衝層(buffer layer)，然後可再依LED或功率半導體的不同應用，於此晶圓上生成GaN薄膜。
Erwin Wolf表示，AZZURRO具備專利的應力控制技術，能透過此緩衝層克服曲度和薄膜厚度不均的問題，達到更佳的可製造性。特別是，針對LED應用，客戶能在AZZURRO提供的矽基加緩衝層晶圓上，生成與原來相同結構的GaN薄膜。對MQW結構來說，生成的薄膜厚度僅不到0.5μm。這種隨插即用(plug & play)的方式，不但可簡化從藍寶石移植至矽基板的設計，同時還能縮短週期時間，提升產能利用率。
建立優質團隊 積極擴展市場
目前，AZZURRO的2吋、4吋和6吋LED以及功率半導體用的GaN-on-Si晶圓都已經獲得全球客戶的設計訂單(design-in)，其中包括一家亞洲的LED業者正積極考慮採用其6吋晶圓技術。公司預計明年上半年將完成8吋晶圓樣本。
Erwin Wolf表示，由於LED需花費12~15個月的時間來驗證與移植新製程，而功率半導體的設計週期更長，因此預計要到明年下半年或2013年上半年，就能看到客戶實際生產的成果。儘管面對現階段LED市場的低迷，他表示，客戶對於研發的投資並沒有因此而縮手，不管是LED或功率半導體的design-in，都並未受到影響。
他強調，AZZURRO是最早將GaN-on-Si技術投入商業化應用的業者，技術領先其他對手。隨著AZZURRO已經完成機台設置，將可依客戶需求提供所需的量產晶圓。這對AZZURRO來說，是將GaN-on-Si技術從研發進入量產的重要里程碑。相信未來，在GaN-on-Si晶圓量產過程中，將能透過更多學習曲線的累積，進一步提升此技術的可製造性。
GaN-on-Si是一個鎖定LED和功率半導體等高成長市場的新興技術。目前已有多家業者投入研究的行列。Erwin Wolf表示，他樂見有更多廠商的投入，證明此技術的可行性與商業價值。
Erwin Wolf強調，儘管AZZURRO目前仍在發展初期，但已建立了一個擁有絕佳產業經驗的全球化經營團隊，除了位於德烈斯登(Dresden)的公司總部外，也已於今年八月在台北設立亞洲區辦公室，將為此區域客戶提供更在地的支援服務，並致力於擴展市場。
本文內容專訪AZZURRO半導體公司執行長Erwin Wolf
