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(shì)專場(chǎng)中，晶能光電硅襯底LED研發(fā)副總裁孫錢博士向與會(huì)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(bào)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(jià)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(chǎng)，技術(shù)成熟并且目前是市場(chǎng)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(jià)格也比較貴，P面電流擴(kuò)展差，對(duì)中國的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展也有很多現(xiàn)實(shí)的問題。

而硅襯底有一些優(yōu)勢(shì)，材料便宜，散熱系數(shù)好;難點(diǎn)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(shí)會(huì)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(shí)現(xiàn)無裂紋，這是基本可行的路線。晶格失配17%，這個(gè)會(huì)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(huì)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(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)為1.3nm，波長(zhǎng)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(zhǎng)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(jià)值。硅襯底倒裝波LED芯片，效率會(huì)更高、工藝會(huì)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。