,其缺陷密度達(dá)(105~106/cm2)
,可極大提升LED發(fā)光效率,而且加大電流密度時(shí)Droop不明顯
, 使普通照明實(shí)現(xiàn)采用單芯片LED光源
,將LED核心技術(shù)推向新臺(tái)階。用中村修二的話來小結(jié):我們相信有了GaN-on-GaNLED
,我們已經(jīng)真正地譜寫 了LED技術(shù)新篇章
,即LED2.0版。
3、非極性、半極性襯底 藍(lán)寶石(Al2O3)晶面有極性C面
、半極性M面
、R面和非極性A面。采用非極性或半極性襯底
,生長難
,可大幅度降低缺陷密度
。采用非極性襯底生長
LED,可作顯示屏
、電視
、手機(jī)等背光源,沒有取向性
,不要外置擴(kuò)散片
,并可用于錄光、激光
、太陽能板
。
(1)非極性、半極性藍(lán)寶石襯底
英國塞倫光電采用非極性藍(lán)寶石上生長LED
,大幅度降低缺陷密度
,其外延片的光轉(zhuǎn)換效率可提高7倍,大幅度提高亮度而有效改善美元/流明值
。
(2)“npolo”LED
首爾半導(dǎo)體采用非極性GaN襯底生長LED稱為“npolo”LED
,在1mm2芯片上實(shí)現(xiàn)500lm光通量,首爾半導(dǎo)體CEO李貞勛說:同一表面的亮度大幅改善5倍
,未來可提高10倍以上
,是LED光源的終極目標(biāo)。
(3)非極性GaN襯底
三菱化學(xué)采用非極性GaN襯底生長藍(lán)光LED
,其缺陷密度最少僅為1×104/cm2
。計(jì)劃目標(biāo),在1mm2芯片發(fā)光亮度可達(dá)1000lm光通量
。
(4)非極性、半極性GaN襯底產(chǎn)業(yè)化
住友公司宣布已開發(fā)半極性、非極性GaN襯底材料
,可提供制作白光LED的半極性
、非極性襯底。
(5)紫外LED采用非極性襯底
首爾半導(dǎo)體采用非極性GaN襯底開發(fā)紫外LED并與R
、G
、B熒光粉組合可實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)的白光照明和色彩表現(xiàn)范圍大的背光源。
小結(jié):采用半極性
、非極性藍(lán)寶石和GaN襯底生長LED的核心技術(shù)
,已取得突破性進(jìn)展,有可能在1mm2芯片上實(shí)現(xiàn)1000lm光通量
,采用單芯片作為一盞LED燈的光源成為可能
。
4、芯片新結(jié)構(gòu)
LED核心技術(shù),還有LED芯片結(jié)構(gòu)新技術(shù)
。芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是考慮如何提高外量子效率
,即芯片的光萃取效率,提高芯片散熱性能以及在降低成本上進(jìn)行采用新結(jié)構(gòu)新工藝
。芯片有很多種新結(jié)構(gòu)
。
(1)六面體發(fā)光芯片
六面體發(fā)光芯片指芯片的六個(gè)面全部出光,采用多面表面粗化技術(shù)
,減少界面對(duì)光子的反射
,提高光萃取率。
(2)DA芯片結(jié)構(gòu)
Cree公司利用SiC襯底優(yōu)勢
,已推出的DA系列產(chǎn)品
,采用SiC透明襯底作為發(fā)光面,在SiC襯底上制作3D結(jié)構(gòu)
,即在SiC基板的外側(cè)設(shè)置V字形 溝槽
,從V字溝槽一側(cè)發(fā)光,以增強(qiáng)高折射率SiC襯底的光萃取效果
,而且是大電流倒裝芯片
,發(fā)光層一側(cè)與封裝接合,獲得高質(zhì)量的散熱性
,采用共晶焊
、無金 線,面積幾乎是原來的一半
,顯著降低成本
,實(shí)現(xiàn)雙倍性價(jià)比。并在第三代碳化硅技術(shù)SC3平臺(tái)上
,采用匹配的最新封裝技術(shù)
,宣布獲得光效達(dá)276lm/w。
(3)單芯片白光技術(shù)
三星公司采用納米級(jí)的六角棱錐結(jié)構(gòu)技術(shù)做出白光LED
,可以實(shí)現(xiàn)半極性
、非極性襯底上生長GaN,有利于光萃取的提升
,因納米結(jié)構(gòu)微小能有效降低應(yīng)變
, 達(dá)到更佳的晶體質(zhì)量,而且散熱性能好
。同時(shí)發(fā)綠光
、黃光、紅光
,其內(nèi)量子效率分別為61%
、45%
、29%。實(shí)現(xiàn)單芯片發(fā)多色光組合白光LED
,取得突破 性進(jìn)展。將會(huì)提高光色質(zhì)量和避免波長轉(zhuǎn)移引起光能損失
,并可減少封裝工藝
,提高封裝可靠性和降低封裝成本,成為實(shí)現(xiàn)白光LED的另一條技術(shù)路線
。
小結(jié):LED芯片結(jié)構(gòu)研發(fā)方面不斷有新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)
,在提高光效、散熱性能
、降低成本上不斷有所突破
。更要關(guān)注單芯片發(fā)多色光組合成白光LED的研發(fā)進(jìn)展,將是
LED照明技術(shù)發(fā)展中另一條可行的技術(shù)路線
。
5、襯底、外延新技術(shù) 以下介紹幾種在LED襯底
、外延核心技術(shù)研究中的新技術(shù)是具有開創(chuàng)性
。
(1)外延偏移生長技術(shù)
美國加州大學(xué)采用掩膜及分層偏移技術(shù)生長低位錯(cuò)GaN,如圖所示
。
示意圖中SiO2厚200nm
,SiNX厚120nm。先低溫530℃生長25nm成核層
,之后在1040℃下外延GaN
,進(jìn)行偏移生長,阻檔位錯(cuò)生 長
,可獲位錯(cuò)密度為7×105個(gè)/cm2
,可極大提高內(nèi)量子效率,減少Droop效應(yīng)
。在外延上采用創(chuàng)新技術(shù)
,取得突破性進(jìn)展,將極大提高LED性能指 標(biāo)
。
(2)3D硅基GaN技術(shù)
Aledia公司發(fā)布采用3D硅基GaNmicrowire技術(shù)
,制造3D硅基
LED芯片的成本僅為傳統(tǒng)2D平面LED的五分之一。該技術(shù)基于升級(jí)了microwire生產(chǎn)工藝
,采用大尺寸園晶和低成本材料的解決方案
,該技術(shù)已在法國LETI-CEA公司開始使用。
(3)氧化鎵β-Ga2O3襯底
氧化鎵Ga2O3具有多種結(jié)構(gòu)形式:α
、β
、γ
、δ、ε等
,其中β結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定
,禁帶寬度為4.8~4.9ev,現(xiàn)已做出高品質(zhì)
、低缺陷密度Ga2O3MOSFET
,具有優(yōu)異器件潛力。
日本田村制作及子公司光波公司采用β-Ga2O3襯底生長GaN藍(lán)光加熒光粉
,芯片尺寸2mm見方
,加6A電流,其可獲500lm光通量
,計(jì)劃目標(biāo)達(dá)2000~3000lm
。
(4)稀土氧化物REO復(fù)合襯底
據(jù)《半導(dǎo)體化合物》2013年7月報(bào)導(dǎo):在Si基上生長REO復(fù)合襯底,并生長大面積GaN園片
,并具有消除應(yīng)力
、減少翹度,可大面積生長
,REO性能穩(wěn)定
,減少成本,并具有更高DBR反射效應(yīng)
。已生長氧化釓
、氧化鉺等復(fù)合襯底,取得很好成果
。
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。?)介質(zhì)復(fù)合襯底
上海藍(lán)光最近發(fā)布:通過緩沖層與介質(zhì)襯底的組合技術(shù),使各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到或超過藍(lán)寶石PSS襯底的水平
,取得突破性的成果
。
小結(jié):上述介紹幾種新技術(shù)研究成果,是具有開拓性的創(chuàng)新成果
,一旦產(chǎn)業(yè)化
,將是顛覆的技術(shù)突破,開辟了
LED照明技術(shù)發(fā)展上另一條重要的技術(shù)路線