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    昊太课堂

    LED 芯片技术及国内外差异分析

      芯片是 LED 的核心部件,国内外厂家众多,但芯片没有统一的分类标准。若按功率分类,则有大功率和中小功率之分;若按颜色分类,则主要为红色、绿色、蓝色三种;若按形状分类,一般分为方片、圆片两种;若按电压分类,则分为低压直流芯片和高压直流芯片。国内外芯片技术对比方面,国外芯片技术新,国内芯片重产量不重技术。
    衬底材料和晶圆生长技术是 LED 芯片技术的关键所在。
      目前,LED芯片技术的发展关键在于衬底材料和晶圆生长技术。除了传统的蓝宝石、硅(Si)、碳化硅(SiC)衬底材料以外,氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等也是当前 LED 芯片研究的焦点。目前,市面上大多采用蓝宝石或碳化硅衬底来外延生长宽带隙半导体氮化镓,这两种材料价格都非常昂贵,且都为国外大企业所垄断,而硅衬底的价格比蓝宝石和碳化硅衬底便宜得多,可制作出尺寸更大的衬底,提高 MOCVD 的利用率,从而提高管芯产率。所以,为突破国际专利壁垒,中国研究机构和 LED 企业从硅衬底材料着手研究。

     


      硅与氮化镓的高度结合是 LED 芯片的技术难点,两者的晶格常数和热膨胀系数的巨大失配引起的缺陷密度高和裂纹等技术问题一直制约着芯片领域的发展。
      从衬底角度看,主流衬底依然是蓝宝石和碳化硅,但硅已经成为芯片领域今后的发展趋势。对于价格战相对严重的国内市场来说,硅衬底更有成本和价格优势:硅衬底是导电衬底,不但可以减少管芯面积,还可以省去对氮化镓外延层的干法腐蚀步骤,加之硅的硬度比蓝宝石和碳化硅低,在加工方面也可以降低成本。
      目前 LED 产业大多以 2 或 4 英寸的蓝宝石基板为主,如能采用硅基氮化镓技术,至少可节省 75%的原料成本。据日本三垦电气公司估计,使用硅衬底制作大尺寸蓝光氮化镓 LED 的制造成本将比蓝宝石衬底和碳化硅衬底低 90% 。
      在国外,欧司朗、普瑞、三垦等一流企业已经在大尺寸硅衬底氮化镓基 LED 研究上取得突破,飞利浦、三星、LG、东芝等国际 LED 巨头也掀起了一股硅衬底上氮化镓基 LED 的研究热潮。其中,在 2011 年,美国普瑞在 8 英寸硅衬底上研发出高光效氮化镓基 LED,取得了与蓝宝石及碳化硅衬底上顶尖水平的 LED 器件性能相媲美的发光效率 160lm/W;在 2012 年,欧司朗成功生产出 6 英寸硅衬底氮化镓基 LED。
      国内 LED 芯片企业的技术突破点主要集中在提高产能和大尺寸蓝宝石晶体生长技术两方面,除了晶能光电在 2011 年成功实现 2 英寸硅衬底氮化镓基大功率 LED 芯片的量产外,中国芯片企业在硅衬底氮化镓基LED 研究上无大的突破。

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