硅基氮化鎵在大功率LED的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化
日前,在廣州舉行的2013年LED外延芯片技術(shù)及設(shè)備材料最新趨勢專場中,晶能光電硅襯底LED研發(fā)副總裁孫錢博士向與會者做了題為“硅襯底氮化鎵大功率LED的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”的報告,與同行一道分享了硅襯底大功率LED研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化和大尺寸硅襯底LED技術(shù)的最新進(jìn)展。
在演講中,孫錢博士講到目前很重要的就是追求高性價比的LED。從外延的第一步開始來看襯底,藍(lán)寶石襯底占了10%的市場,技術(shù)成熟并且目前是市場的主流,但藍(lán)寶石襯底有散熱的問題,尺寸很難做到8-12寸,價格也比較貴,P面電流擴(kuò)展差,對中國的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展也有很多現(xiàn)實的問題。
而硅襯底有一些優(yōu)勢,材料便宜,散熱系數(shù)好;難點就是有很高的缺陷密度,降低LED的光度。學(xué)術(shù)界希望把硅和氮化鎵整合在一起,但是有困難,主要困難是鎵與硅之間的大晶格失配。由于很高的缺陷密度,54%的熱膨脹系數(shù),外延膜在降溫過程中產(chǎn)生裂紋。金屬架直接與硅襯底結(jié)束時會有化學(xué)回融反應(yīng)。
氮化鎵和硅整合在一起很困難,前面做了很多工作,比如硅襯底表面刻槽,氮化鎵超晶格緩沖層,這些可以實現(xiàn)無裂紋,這是基本可行的路線。晶格失配17%,這個會影響材料的性能,現(xiàn)在生產(chǎn)到4微米氮化鎵沒有裂紋,晶體質(zhì)量與藍(lán)寶石平片襯底上的外延,硅上墊外延片彎曲度小于10微米。
硅襯底是嶄新的導(dǎo)體,它是會吸收陽光分子,我們可以利用化學(xué)腐蝕掉,如果薄膜只有幾微米,我們就做金屬接觸反射。
生產(chǎn)的數(shù)據(jù),這是片內(nèi)的波長標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)為1.3nm,波長范圍為4nm微米。硅襯底氮化鎵基LED外延片的翹曲度很小,2英寸硅襯底LED大多數(shù)在4-5微米左右,6英寸在10微米以下。
2英寸硅襯底大功率LED量產(chǎn)硅4545芯片,平行裸芯光強(qiáng)500lm/W,反向漏電小于0.1uA,平行電壓3V,大多數(shù)波長在5nm內(nèi)。硅襯底做LED便宜,而且物美,硅襯底大功率LED性能研發(fā)進(jìn)展,2012年6月,2寸硅達(dá)到110lm/W,2013年1月達(dá)到140lm為/W。
硅芯片和藍(lán)寶石的區(qū)別,藍(lán)寶石是透明襯底,硅襯垂直結(jié)構(gòu),白光出光均勻,容易配二次光學(xué)。硅襯底氮化鎵基LED直接白光芯片,熒光粉直涂白光芯片分布集中。
下一步怎么做呢?是提高性能和降低價值。硅襯底倒裝波LED芯片,效率會更高、工藝會更好。6英寸硅襯底上氮化鎵基大功率LED研發(fā),有望降低成本50%以上。
目前已開發(fā)出6寸硅襯底氮化鎵基LED的外延及先進(jìn)工藝技術(shù),光效達(dá)到125lm/w,解決了制約裂紋和質(zhì)量的問題,保證沒有漏電的問題。垂直結(jié)構(gòu)LED芯片技術(shù),在350mA下,45和55mil的硅襯底LED芯片分別達(dá)到140lm/w和150lm/W。
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