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)及設備材料最新趨勢專(zhuān)場(chǎng)中，晶能光電硅襯底LED研發(fā)副總裁孫錢(qián)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(qián)博士講到目前很重要的就是追求高性?xún)r(jià)比的LED。從外延的第一步開(kāi)始來(lái)看襯底，藍寶石襯底占了10%的市場(chǎng)，技術(shù)成熟并且目前是市場(chǎng)的主流，但藍寶石襯底有散熱的問(wèn)題，尺寸很難做到8-12寸，價(jià)格也比較貴，P面電流擴展差，對中國的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展也有很多現實(shí)的問(wèn)題。

而硅襯底有一些優(yōu)勢，材料便宜，散熱系數好;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，外延膜在降溫過(guò)程中產(chǎn)生裂紋。金屬架直接與硅襯底結束時(shí)會(huì )有化學(xué)回融反應。

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)現無(wú)裂紋，這是基本可行的路線(xiàn)。晶格失配17%，這個(gè)會(huì )影響材料的性能，現在生產(chǎn)到4微米氮化鎵沒(méi)有裂紋，晶體質(zhì)量與藍寶石平片襯底上的外延，硅上墊外延片彎曲度小于10微米。

硅襯底是嶄新的導體，它是會(huì )吸收陽(yáng)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)的數據，這是片內的波長(cháng)標準偏差標準為1.3nm，波長(cháng)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500lm/W，反向漏電小于0.1uA，平行電壓3V，大多數波長(cháng)在5nm內。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寸硅達到110lm/W，2013年1月達到140lm為/W。

硅芯片和藍寶石的區別，藍寶石是透明襯底，硅襯垂直結構，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(kāi)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)，光效達到125lm/w,解決了制約裂紋和質(zhì)量的問(wèn)題，保證沒(méi)有漏電的問(wèn)題。垂直結構LED芯片技術(shù)，在350mA下，45和55mil的硅襯底LED芯片分別達到140lm/w和150lm/W。