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蓝宝石、碳化矽两强相争胜负未定,矽基板GaNl

统佳光电

在刚拉上帷幕的拉斯维加斯美国LightFair International 2012照明展,美商Bridgelux行销副总裁Jason Posselt宣传该公司已经经可实现量产8吋矽基板的GaN型LED。

Jason Posselt指出,该公司先前已经经打造出每一瓦135流明的GaN-On-Silicon LED,在矽基板上面长晶,这类要领最年夜的意义在于要降低年夜尺寸晶圆在出产为LED时的成本,同时,矽基板的价格比蓝宝石基板的价格要低。已往以来,这项技能并无遭到太年夜器重的缘故原由是良率、成本与技能门坎。如今,该公司已经经乐成地打造出具有充足竞争力的产物,同时也得到很多市场客户的选用。Bridgelux此次揭晓的最新结果,是614mW, <3.1V@350mA的1.1mm尺寸LED,是目前8吋矽基LED最高效率的产品,该公司强调未来会继续发表这方面的进度与发展。

在产能方面,矽基板已经经是半导体行业最遍及的基板质料,此中8吋晶圆厂装备已经经老旧,矽基板的LED可以对于原本的产能很利便的哄骗。Bridgelux计谋是与日本年夜厂东芝互助,两家公司将以东芝在亚洲的某间8吋晶圆厂产能,搭配最新改善的GaN-On-Silicon技能,量产8吋矽基板LED,2013年量产的影响可能不小,预期可降低75%的成本。

LED资讯网以为这项成长,实在牵动了以蓝宝石基板为根蒂根基的现有年夜部门LED芯片财产,原本市场预期的技能进展并无那末地快,可是Bridgelux的这项冲破颇有可能转变现有的竞争格式,激发差别技能前进路径的猛烈比武。

基板质料是半导体照明财产技能成长的基石。差别的基板质料,需要差别的外延生长技能、芯片加工技能以及器件封装技能,基板质料决议了半导体照明技能的成长线路。基板质料的选择重要取决于如下九个方面:
[1]布局特征好,外延质料与基板的晶体布局不异或者邻近、晶格常数掉配度小、结led灯珠科锐晶机能好、缺陷密度小;
[2]界面特征好,有益于外延质料成核且黏附性强;
[3]化学不变性好,在外延生长的温度以及氛围中不易分化以及腐化;
[4]热学机能好,包孕导热性好以及热掉配度小;
[5]导电性好,能制成上下布局;
[6]光学机能好,建造的器件所发出的光被基板接收小;
[7]机械机能好,器件轻易加工,包孕减薄、抛光以及切割等;
[8]价格低廉;
[9]年夜尺寸,一般要求直径不小于2英吋。

蓝宝石/Al2O3

今朝用于氮化镓生长的最遍及的基板是Al2O3,其长处是化学不变性好、不接收可见光、价格适中、制造技能相对于成熟;不足方面虽然许多,但均逐一被降服,如很年夜的晶格掉配被过渡层生长技能所降服,导电机能差经由过程同高显指led灯珠侧P、N电极所降服,机械机能差不容易切割经由过程激光划片所降服,很年夜的热掉配对于外延层形成压应力于是不会龟裂。可是,差的导热性在器件小电流事情下没有袒露出较着不足,却在功率型器件年夜电流事情下问题十分凸起。

部门厂商用倒装芯片(flip-chip)来制备功率型器件来降服这个问题。国际市场上Al2O3基板此后的研发使命是生长年夜直径的Al2O3单晶,向4-6英吋标的目的成长,和降低杂质污染以及提高外貌抛光质量。今朝主流蓝宝石基板片厂商均可以或许实现6吋批量交货。韩厂三星LED已经将绝年夜部门产能转为6吋。不外今朝中国的芯片厂主流接纳的照旧2吋片,重要是基于成本的思量。

按照LED资讯网调研今朝基板市场价格以下表:



4吋面积仅为2吋的4倍,可是价格却为靠近2吋片的7倍。

碳化矽/SiC

除了了Al2O3基板外,今朝用于氮化镓生长的基板就是SiC,它在市场上的据有率位居第二,它有很多凸起的长处,如化学不变性好、导电机能好、导热机能好、不接收可见光等,但不足方面也很凸起,如价格过高、晶体质量难以到达Al2O3以及Si那末好、机械加工机能比力差。 别的,SiC基板接收380 nm如下的紫外线,不合适用来研发380 nm如下的紫外线LED。

因为SiC基板优秀的的导电机能以及导热机能,不需要像Al2O3基板上功率型氮化镓LED器件接纳倒装焊技能解决散热问题,而是接纳上下电极布局,可以比力好的解决功率型氮化镓LED器件的散热问题,故在成长中的半导体照明技能范畴据有主要职位地方。今朝国际上能提供商用的高品质SiC基板的厂家只有美国CREE公司,Cree公司于2012年4月12日公布,其白光功率型LED光效再度创下LED财产最高纪录,到达254 lm/W。这一记载要比Al2O3基板实现的最高光效记载高了近百个lm。SiC基板此后研发的使命是年夜幅度降低制造成本以及提高晶体结晶品质。

矽/Si

在矽基板上制备发光二极管是本事域里求之不得的一件工作,由于一旦技能得到冲破,外延生长成本以及器件加工成本将年夜幅度降落。Si片作为GaN质料的基板有很多长处,如晶体质量高,尺寸年夜,成本低,易加工,精良的导电性、导热性以及热不变性等。然而,因为GaN外延层与Si基板之间存在伟大的晶格掉配以及热掉配,和在GaN的生长历程中轻易形成非晶氮化矽,以是在Si 基板上很可贵到无龟裂及器件级质量的GaN质料。别的,因为矽基板对于光的接收严峻,LED出光效率低等缺陷。

不外由Bridgelux此次揭晓的最新结果614mW, <3.1V@350mA的1.1mm尺寸LED来看,内量子效率已经取得重大进展。结合早先OSRAM发布的一款6吋矽基板上生长的蓝光芯片,光功率也达到了3.15V时达到634mW,矽基板LED在光效上已经非常逼近Al2O3基板。

 

上面是Osram推出的矽基板LED产物:UX:3

氮化镓/GaN

用于氮化镓生长的最抱负的基板天然是氮化镓单晶质料,如许可以年夜年夜提高外延膜的晶体质量,降低位错密度,提高器件事情寿命,提高内量子效率,提高器件事情电流密度。但是,制备氮化镓体单晶质料很是坚苦,到今朝为止还没有有易于量产且行之有用的措施。有研究职员经由过程HVPE要领在其他基板(如Al2O三、SiC)上生长氮化镓厚膜,然后经由过程剥离技能实现基板以及氮化镓厚膜的分散,分散后的氮化镓厚膜可作为外延用的基板。如许得到的氮化镓厚膜长处很是较着,即以它为基板外延的氮化镓薄膜的位错密度,比在Al2O3 、SiC上外延的氮化镓薄膜的位错密度要较着低;但价格昂贵。于是氮化镓厚膜作为半导体照明的基板之用遭到限定。

不外由三菱化学已经经传播鼓吹可以或许量产GaN加基板。已经投下约5亿日圆在水岛事业所内兴修基板加工产线,并于4月落成,以后将于7月举行基板样品出货,并将于10月正式量产直径为2吋的GaN基板,月产量为500片(可供给10万个LED灯胆使用)。三菱规划于2013年将GaN基板月产能年夜幅倍增至6,000片(以直径2吋的产物换算;如下同),以后并规划于2015年进一步扩增至30,000片的范围,以借此一口吻把握业界尺度,预估三菱化学对于GaN基板的总投资额将达数百亿日圆。

以及现行主流的蓝宝石基板比拟,GaN基板虽具备转换效率高(约为三倍)等长处,惟最浩劫题在于出产成本太高,但因三菱化学已经确立了高效率的出产技能,故从中持久来看,三菱化学阐发其成本面应可抗衡蓝宝石基板。该项目与蓝光LED之父中村修二博士的在加州年夜学芭芭拉分校(UCSB)的研究有关。先前市场也有动静指出,三菱化学与蓝光LED之父中村修二已经乐成应用液相沉积法出产出氮化镓(GaN)晶体。

中国也有公司在这方面睁开摸索,姑苏纳维传播鼓吹能量产直径2吋厚度为300μm的非极性自支撑的GaN基板,这为国际市场上外延芯片厂摸索GaN基外延提供了很好的根蒂根基。不外,就市场成长当前状态而言,中国本土厂商在这方面的技能成长,另有一段时间要遇上国际进度。

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Ledinside阐发,更多差别LED基板技能的选择,对于连结LED财产的活气至关主要,由于这象征着更多的立异以及颠复性的冲破的时机,在与传统财产竞争中取患上更年夜的竞争上风,更快实现绿色节能照明普及的方针。

同时,这也为那些缺乏焦点技能以及通路资源却动辄数亿、数十亿甚至到百亿资金豪赌的厂商来讲,是个主要的启迪,科技财产虽然有着严峻的路径依靠,可是颠复性的技能立异也随时会呈现,过错的投资决议计划颇有可能酿成淹没成本,让企业堕入万劫不复。

LED财产今朝正在关切将来LED基板与LED技能的走向,由于从头洗牌的成本不小,值患上紧密亲密留意。


标签:LED照明欧洲LED市场GaN基板

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