硅基氮化镓在大功率LED的研发及产业化

硅基氮化镓在大功率LED的研发及产业化

日前，在广州举行的2013 年LED 外延芯片技术及设备材料最新趋势专

场中，晶能光电硅衬底LED 研发副总裁孙钱博士向与会者做了题为“硅衬底氮

化镓大功率LED 的研发及产业化”的报告，与同行一道分享了硅衬底大功率

LED 研发及产业化和大尺寸硅衬底LED 技术的最新进展。

在演讲中，孙钱博士讲到目前很重要的就是追求高性价比的LED。从外延

的第一步开始来看衬底，蓝宝石衬底占了10%的市场，技术成熟并且目前是市

场的主流，但蓝宝石衬底有散热的问题，尺寸很难做到8-12 寸，价格也比较贵，P 面电流扩展差，对中国的LED 产业发展也有很多现实的问题。

而硅衬底有一些优势，材料便宜，散热系数好;难点就是有很高的缺陷密度，降低LED 的光度。学术界希望把硅和氮化镓整合在一起，但是有困难，主要

困难是镓与硅之间的大晶格失配。由于很高的缺陷密度，54%的热膨胀系数，

外延膜在降温过程中产生裂纹。金属架直接与硅衬底结束时会有化学回融反应。

氮化镓和硅整合在一起很困难，前面做了很多工作，比如硅衬底表面刻槽，氮化镓超晶格缓冲层，这些可以实现无裂纹，这是基本可行的路线。晶格失配17%，这个会影响材料的性能，现在生产到4 微米氮化镓没有裂纹，晶体质量

与蓝宝石平片衬底上的外延，硅上垫外延片弯曲度小于10 微米。

硅衬底是崭新的导体，它是会吸收阳光分子，我们可以利用化学腐蚀掉，

如果薄膜只有几微米，我们就做金属接触反射。

生产的数据，这是片内的波长标准偏差标准为1.3nm，波长范围为4nm 微米。硅衬底氮化镓基LED 外延片的翘曲度很小，2 英寸硅衬底LED 大多数在

4-5 微米左右，6 英寸在10 微米以下。

2 英寸硅衬底大功率LED 量产硅4545 芯片，平行裸芯光强500lm/W，反向漏电小于0.1uA，平行电压3V，大多数波长在5nm 内。硅衬底做LED 便宜，而且物美，硅衬底大功率LED 性能研发进展，2012 年6 月，2 寸硅达到

110lm/W，2013 年1 月达到140lm 为/W。

硅芯片和蓝宝石的区别，蓝宝石是透明衬底，硅衬垂直结构，白光出光均匀，容易配二次光学。硅衬底氮化镓基LED 直接白光芯片，荧光粉直涂白光

芯片分布集中。

下一步怎么做呢?是提高性能和降低价值。硅衬底倒装波LED 芯片，效率会更高、工艺会更好。6 英寸硅衬底上氮化镓基大功率LED 研发，有望降低成本50%以上。

目前已开发出6 寸硅衬底氮化镓基LED 的外延及先进工艺技术，光效达到125lm/w,解决了制约裂纹和质量的问题，保证没有漏电的问题。垂直结构LED 芯片技术，在350mA 下，45 和55mil 的硅衬底LED 芯片分别达到140lm/w 和150lm/W。

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