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LED芯片 16 种衬底、内涵及芯片构造剖析

公布日期:2015-12-21    阅读次数:2628

 泉源: 广东LED
http://lights.ofweek.com/2015-12/ART-220001-11000-29041686.html


OFweek半导体照明网讯 远几年LED技术发展敏捷,获得衬底、内涵及芯片核心技术突破性希望。
1、图形化衬底
LED内涵现阶段广泛运用图形化衬底(PSS),PSS现在分为微米级PSS和纳米级nPSS,微米级PSS有种种外形图形,图形高度一样平常1.1~1.6μm,园直径2.5~3μm,周期约4μm,采用光微投影及电浆干式蚀刻手艺,一样平常可进步光效30~40%。nPSS一样平常接纳纳米压印手艺,图形大小约260nm,周期约460nm,一样平常可进步光效70%阁下。
(1)nPSS衬底
对纳米模板及衬底平行度要求刻薄,nPSS长处:LED更高发光效力,匀称性更好,本钱低。如正在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为450nm园孔的六角形阵列,使绿光LED输出光功率是本来的三倍。
(2)纳米柱PSS
英国塞伦公司的新技术,正在蓝宝石衬底上接纳奇特的纳米光刻手艺,构成外面的纳米柱,正在此衬底上内涵发展可减缓应力85%,从而大幅度削减缺点,可进步发光亮度达80~120%,LED光效的产业化程度达200lm/w,并改进Droop效应,衰减减缓约30%。
小结:PSS能较大进步LED发光效力,特别是纳米级nPSS能更大提拔LED发光效力,PSS是现阶段LED核心技术的发展趋势。对PSS正在降低成本方面有差别见解。
2、同质衬底
同质衬底是以GaN做衬底,发展GaN衬底有多种要领,一样平常接纳HVPE(氢化物气相内涵)或钠流法,消费GaN衬底要很好处理残留应力和外面粗拙题目,衬底厚度约400~500μm,现可产业化。GaN衬底的长处:位错密度低(105~106个/cm2),内量子效力可达80%以上,发展工夫短约2小时,节约大量原材料,可大幅度降低成本。
(1)实现下亮度LED
丰田分解接纳c里GaN衬底发展LED芯片,其面积为1mm2,可实现400lm光通量。
(2)HVPE发展GaN衬底产业化
三菱化学、住友电工、日立电线等公司接纳HVPE法发展GaN衬底,厚度450μm阁下,位错密度(106~107个/cm2),三菱化学近期公布可供应6″GaN衬底,并企图2015年将本钱降至现在的十分之一。东莞中镓(北大)可批量消费GaN衬底。
(3)进步内量子效力
日本碍子公司接纳钠流法发展GaN衬底,低缺点密度,内量子效力达90%,正在200mA下,其光效达200lm/w,可供应4″GaN衬底,正在减速开辟低缺点的6″衬底。
(4)大尺寸GaN衬底
住友电工和Soitec协作开辟4″和6″GaN衬底,接纳晶园制造手艺和智能剥离层转移手艺消费超薄下品格GaN衬底,具有低缺点密度,并公布可供应GaN衬底。
(5)LiGaO2衬底
华南理工大学研发正在LiGaO2衬底上接纳激光份子束内涵发展非极性GaN衬底,厚度2μm,作为复合衬底发展GaN芯片,要求到达位错密度为1×106/cm2,内量子效力85%,转换效力为65%。
(6)获奖产物
美国Soraa公司接纳中村修二的GaN-on-GaN手艺建造LED替换灯,被SVIPLA评为“已往30年半导体材料科学获得最重要成绩之一”。其LED晶体完整性进步1000多倍,使每盏灯运用一个LED器件成为能够。
小结:接纳GaN-on-GaN同质衬底发展LED,其缺点密度达(105~106/cm2),可极大提拔LED发光效力,并且加大电流密度时Droop不明显,使一般照明实现接纳单芯片LED光源,将LED核心技术推向新台阶。用中村修二的话去小结:我们信赖有了GaN-on-GaNLED,我们曾经真正天谱写了LED手艺新篇章,即LED2.0版。
3、非极性、半极性衬底
蓝宝石(Al2O3)晶面有极性C里、半极性M里、R里和非极性A里。接纳非极性或半极性衬底,发展易,可大幅度低落缺点密度。接纳非极性衬底发展LED,可做显示屏、电视、手机等背光源,没有与向性,不要外置散布片,并可用于录光、激光、太阳能板。
(1)非极性、半极性蓝宝石衬底
英国塞伦光电接纳非极性蓝宝石上发展LED,大幅度低落缺点密度,其内涵片的光转换效力可进步7倍,大幅度进步亮度而有用改进美圆/流明值。
(2)“npolo”LED
首尔半导体接纳非极性GaN衬底发展LED称为“npolo”LED,正在1mm2芯片上实现500lm光通量,首尔半导体CEO李贞勋说:统一外面的亮度大幅改进5倍,将来可进步10倍以上,是LED光源的终极目标。
(3)非极性GaN衬底
三菱化学接纳非极性GaN衬底发展蓝光LED,其缺点密度起码仅为1×104/cm2。企图目的,正在1mm2芯片发光亮度可达1000lm光通量。
(4)非极性、半极性GaN衬底产业化
住友公司公布已开辟半极性、非极性GaN衬底质料,可供应建造白光LED的半极性、非极性衬底。
(5)紫外LED接纳非极性衬底
首尔半导体接纳非极性GaN衬底开辟紫外LED并取R、G、B荧光粉组合可实现下显色指数的白光照明和颜色显示局限大的背光源。
小结:接纳半极性、非极性蓝宝石和GaN衬底发展LED的核心技术,已获得突破性希望,有可能正在1mm2芯片上实现1000lm光通量,接纳单芯片作为一盏LED灯的光源成为能够。
4、芯片新构造
LED核心技术,另有LED芯片构造新技术。芯片结构设计重要是思索如何进步中量子效力,即芯片的光萃取效力,进步芯片散热机能和正在降低成本上停止接纳新构造新工艺。芯片有许多种新构造。
(1)六面体发光芯片
六面体发光芯片指芯片的六个里全部出光,接纳多面外面粗化手艺,削减界面对光子的反射,进步光萃取率。
(2)DA芯片构造
Cree公司应用SiC衬底上风,已推出的DA系列产品,接纳SiC通明衬底作为发光面,正在SiC衬底上建造3D构造,即正在SiC基板的外侧设置V字形沟槽,从V字沟槽一侧发光,以加强下折射率SiC衬底的光萃取结果,并且是大电流倒装芯片,发光层一侧取封装接合,得到下质量的散热性,接纳共晶焊、无金线,面积险些是本来的一半,明显降低成本,实现双倍性价比。并正在第三代碳化硅手艺SC3平台上,接纳婚配的最新封装手艺,公布得到光效达276lm/w。
(3)单芯片白光手艺
三星公司接纳纳米级的六角棱锥构造手艺做出白光LED,能够实现半极性、非极性衬底上发展GaN,有益于光萃取的提拔,果纳米构造细小能有用低落应变,到达更佳的晶体质量,并且散热机能好。同时发绿光、黄光、红光,其内量子效力离别为61%、45%、29%。实现单芯片发多色光组合白光LED,获得突破性希望。将会进步光色质量和制止波长转移引发光能丧失,并可削减封装工艺,进步封装可靠性和低落封装本钱,成为实现白光LED的另外一条手艺道路。
小结:LED芯片构造研发方面络续有新构造泛起,正在进步光效、散热机能、降低成本上络续有所打破。更要存眷单芯片发多色光组合成白光LED的研发希望,将是LED照明技术发展中另外一条可行的手艺道路。
5、衬底、内涵新技术
以下引见几种正在LED衬底、内涵中心技术研究中的新技术是具有开创性。
(1)内涵偏移发展手艺
美国加州大学接纳掩膜及分层偏移手艺发展低位错GaN,如图所示。
示意图中SiO2薄200nm,SiNX薄120nm。先高温530℃发展25nm成核层,以后正在1040℃下内涵GaN,停止偏移发展,阻档位错发展,可获位错密度为7×105个/cm2,可极大进步内量子效力,削减Droop效应。正在内涵上接纳立异手艺,获得突破性希望,将极大进步LED性能指标。
(2)3D硅基GaN手艺
Aledia公司公布接纳3D硅基GaNmicrowire手艺,制造3D硅基LED芯片的本钱仅为传统2D平面LED的五分之一。该手艺基于晋级了microwire生产工艺,接纳大尺寸园晶和低成本质料的解决方案,该手艺已正在法国LETI-CEA公司最先运用。
(3)氧化镓β-Ga2O3衬底
氧化镓Ga2O3具有多种构造情势:α、β、γ、δ、ε等,个中β构造最为稳固,禁带宽度为4.8~4.9ev,现已做出下品格、低缺点密度Ga2O3MOSFET,具有优秀器件潜力。
日本田村建造及子公司光波公司接纳β-Ga2O3衬底发展GaN蓝光加荧光粉,芯片尺寸2mm见方,加6A电流,其可获500lm光通量,企图目的达2000~3000lm。
(4)稀土氧化物REO复合衬底
据《半导体化合物》2013年7月报导:正在Si基上发展REO复合衬底,并发展大面积GaN园片,并具有消弭应力、削减翘度,可大面积发展,REO机能稳固,削减本钱,并具有更高DBR反射效应。已发展氧化钆、氧化铒等复合衬底,获得很好结果。
(5)介质复合衬底
上海蓝光近来公布:经由过程缓冲层取介质衬底的组合手艺,使各项参数到达或凌驾蓝宝石PSS衬底的程度,获得突破性的结果。
小结:上述引见几种新技术研究成果,是具有开辟性的立异结果,一旦产业化,将是推翻的手艺打破,拓荒了LED照明技术发展上另外一条主要的手艺道路。

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