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多孔GaN商业化在即,将掀市场波澜

2020/10/20 9:35:47     

一种相对陌生的材料将在快速增长的氮化镓市场上掀起波澜,推手是一家新成立的英国初创公司。

凭借一系列新颖的特性,打开了高性能光电器件的大门,"多孔氮化镓"在化合物半导体界吸引了越来越多的兴趣。剑桥大学附属公司Poro Technologies(或称Porotech)获得150万英镑的投资基金,有望成为首批将这种介孔型氮化镓推向市场的公司之一。

多孔氮化镓可以被视为固体氮化镓与空气的半导体复合材料。正如Porotech联合创始人兼首席科学官、剑桥氮化镓中心主任Rachel Oliver教授所说的那样,"多孔氮化镓基本上就是含有直径几十纳米孔洞的氮化镓。"

"有了多孔氮化镓,我们可以设计出性能广泛的材料......并提供一个新的材料平台,在此基础上构建半导体器件。"她补充道。

Poro Technologies联合创始人(从左到右)。Zhu Tongtong博士(CEO)、Rachel Oliver教授(CSO)、Liu Yingjun博士(CTO)。

Porotech团队利用电化学蚀刻法在氮化镓晶圆中制备了纳米级的孔隙。蚀刻具有导电性选择性,并根据材料的掺杂浓度产生不同的反应。在掺杂层中产生孔隙,而未掺杂层则不被破坏,从而可以创造复杂的3D纳米结构。

根据Oliver的说法,蚀刻剂通过任何氮化镓晶圆中都存在的许多纳米级通道状缺陷——位错——流向和流出掺杂层。

"即使是质量最好的氮化镓晶圆,每平方厘米仍有大约105个位错,"她解释说,"因此,蚀刻剂将顺着位错流下,当它碰到掺杂层时,将非常迅速地蚀刻它,以制备孔隙,然后再继续沿着该通道流向下一个掺杂层。"

"我们可以把整个晶圆,并使用这种导电性选择性蚀刻机制来创建具有全新特性的氮化镓[结构],这些特性以前没有过,"她补充道,"从商业角度来看,这是非常酷的。"

 

多孔/无孔分布式布拉格反射器(DBRs)结构的横截面SEM图像。

事实上,Oliver和Porotech首席执行官、联合创始人Zhu Tongtong博士都确信,他们的多孔氮化镓制造工艺适合商业开发。该方法已经试用了直径达8英寸的晶圆,Zhu Tongtong估计它将无缝扩展到更大的晶圆尺寸。

"激励我们在商业上追求这种工艺的第一件事是,它可以整片一起工作,"Zhu说,"更重要的是,在这个过程中,我们保留了材料的表面质量和完整性,因此任何人都可以拿着多孔氮化镓晶圆插入他们的生产流程,而不会受到任何干扰。"

将要研发的器件

Oliver、Zhu及其同事已经制造出了一些组件和器件原型。他们已经展示了高反射的分布式布拉格反射器(DBRs)——或称 "多孔镜"——基于由无孔和纳米多孔氮化镓交替层组成的晶圆,然后在这些外延就绪的DBR伪基底上生长出InGaN LED,其能效比标准LED高出25%。

"这种DBR衬底与氮化镓完全兼容,因此客户在LED制造过程中不需要进行任何不同的加工,但仍然可以得到更亮、更高效的LED。"Zhu指出。

种子轮投资目前正用于开发英国剑桥的试验工厂以及Porotech的第一批产品。

Porotech还与其他机构和初创公司联合制造热传感器,使用多孔氮化镓层作为片上隔热层。而在一个新颖的技术转折中,该团队用卤化钙钛矿填充了多孔GaN晶片中的孔,以制造出一种能更持久发光的光电材料。

"这些发光钙钛矿在太阳能电池和LED中很有用,但衰减速度非常快,"Oliver说,"我们可以用多孔氮化镓减缓这种退化。"

令人振奋的是,新型多孔氮化镓器件可能很快就会进入商业市场。尽管新冠病毒大流行,Porotech试验工厂目前正在剑桥建设,Oliver、Zhu和同事们正在将生产工艺从实验室转移到工厂。

"工厂将在今年6月前投入使用,我们将从小规模生产开始,以证明我们的晶圆可以量产。”Zhu说,"我们目前正在准备数十片晶圆供客户试验,最终打算证明我们可以每年生产数千片晶圆。"

该公司还与代工服务商、晶圆生产商和集成设备制造商合作,并希望在未来几年内拿到技术许可。“多年来,我们一直在努力使公司进步,我们现在绝不会停止,”Oliver说,“氮化镓的增长之快前所未有,我们必须保持势头。”


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