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日立/冲电气把发光二极管制造在硅晶圆上

导读: 据日立中央研究实验室报导,他们正在使用传统的CMOS技术,制造一种超薄硅晶薄膜发光二极管,也往未来可能把高速的光互连,建构在传统低成本硅组件上迈进了一步,这样就可避免将化合物半导体材料和标准硅技术整合所产生的问题。

据日立中央研究实验室报导,他们正在使用传统的CMOS技术,制造一种超薄硅晶薄膜发光二极管,也往未来可能把高速的光互连,建构在传统低成本硅组件上迈进了一步,这样就可避免将化合物半导体材料和标准硅技术整合所产生的问题。

以一种稍微世俗但是真实可行的方案,冲电气工业公司正在销售一种小型的彩色打印机,它所使用的发光二极管是经由一个薄膜转换制程,把发光砷化镓薄膜接合于硅电路中所制成的。

日立研究人员从一个制作在绝缘体上硅(SOI)晶圆上的硅薄膜pn接面,得到了波长800纳米到1微米的光波,研究人员使用硅晶局部氧化制程,在SOI基板上来隔离一薄层硅单晶,这层薄硅单晶只有9纳米厚,而且不会损害晶体的质量。由于量子力学的限制效应,这种纳米级的薄膜就像是准直接能隙的半导体。注入电流到二维的量子阱中就可产生电荧光。

日立正在规划下一阶段开发相关技术,将硅薄膜发光组件应用于芯片上的光互连,包括确认可以在10亿赫兹速度下传输,限制光波在需求的光路上而不会散射,及改善光转换效率超过目前的1%,研究人员说他们希望在一到二年内制造出一种硅薄膜激光二极管。

同时,冲电气和它的子公司冲电气数据公司已经跨越研发阶段,他们正在将砷化镓发光二极管直接整合到硅芯片上,并用于商业产品制造,例如它们的小型C3400n数字发光二极管打印机,预计售价大约400到500美元。冲电气实质上把光发射层从砷化镓基板上刻蚀下来,然后使用低温外延薄膜接合技术将它接合到一个CMOS电路上,然后接续制造互连层,把发光二极管整合到一颗芯片上的驱动线路上。

因为被接合的发光二极管单元非常的紧密,并不需要它自己的外部连接线,冲电气的高层职员正式发布说他们可以从每一片砷化镓晶圆多得到5~10倍的发光二极管阵列。

冲电气首先放置一层砷化铝牺牲层在砷化镓晶圆上,然后使用金属有机气相外延法长一层2微米的光发射层。接下来把一个60微米乘8.1毫米的区块从这个光发射层刻蚀出来,正好与硅晶圆上的线路间隔相匹配。光发射层上刻蚀出来的图案被覆盖一层黏着层,然后这层黏着层将被撕掉,并移除光发射膜上阵列排列的区块于位置上。带有驱动线路的硅晶圆,涂布一层钛金属反射层和并覆盖高分子来使表面比较平整。这层有图案的光发射膜放置到有图形的硅,它们之间藉由分子力黏贴。那个黏着层随后就移除,然后晶圆在300℃下退火1小时来强化键结。这个转换层随后刻蚀至发光二极管,再将CMOS互连层加在上面。

冲电气声称产品良率接近百分之百,虽然它只是使用100毫米砷化镓晶圆和150毫米硅晶圆,并且横跨晶圆上的发光二极管光发射强度变化为正负7%,但是在芯片上控制,可以修正改善到正负1%,使用0.6毫安电流100小时后,亮度只变化1.5%。
该光发射层也可以转移到玻璃上,此技术在显示器的发展上颇具潜力。

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