未來紫光LED晶片 將成LED照明研究重點(diǎn)
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上世紀(jì)末,半導(dǎo)體照明開端出現(xiàn)并疾速展開,其間一個(gè)核心條件是藍(lán)光GaN基發(fā)光資料的成長和器材構(gòu)造的制備,而將來資料和器材構(gòu)造技能的水平也終將決議半導(dǎo)體照明技能的高度。就GaN基資料及器材衍生出設(shè)備、源資料、器材規(guī)劃、芯片技能、芯片使用等五大有些進(jìn)行剖析。
設(shè)備
在當(dāng)時(shí)無法制備大塊GaN單晶資料的情況下,MOCVD即金屬有機(jī)物化學(xué)氣相堆積設(shè)備仍是GaN資料異質(zhì)外延最關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)時(shí)商用MOCVD設(shè)備商場首要由世界兩大巨子把握,在此局勢中國MOCVD仍取得較大展開,而且出現(xiàn)48片機(jī)。
但咱們?nèi)孕枨笳J(rèn)識到國內(nèi)MOCVD的缺陷。關(guān)于MOCVD,一般來說,研究型設(shè)備的要點(diǎn)是溫度操控,商業(yè)化設(shè)備是均勻性、重復(fù)性等。在低溫下,能夠 成長高In組分InGaN,合適氮化物系統(tǒng)資料在橙黃光、紅光、紅外等長波長的使用,使氮化物使用涵蓋整個(gè)白光范疇;而在1200oC-1500oC高溫下,能夠成長高Al組分的AlGaN,使得氮化物使用拓展到紫外范疇和功率電子器材范疇,使用規(guī)模取得更大的拓展。
當(dāng)時(shí)國外現(xiàn)已具有1600oC高溫MOCVD設(shè)備,可制備出高功能紫外LED和功率器材。中國MOCVD仍需長時(shí)間展開,擴(kuò)展MOCVD的溫度操控規(guī)模;關(guān)于商用設(shè)備不只要前進(jìn)功能,更要確保均勻性和規(guī)?;?/span>
源資料
源資料首要包含各種氣體資料、金屬有機(jī)物資料、基板資料等。其間,基板資料是重中之重,直接制約外延薄膜質(zhì)量。當(dāng)時(shí),GaN基LED的襯底越來越多元化,SiC、Si以及GaN等襯底技能逐步前進(jìn),有些襯底從2英寸向3英寸、4英寸乃至6英寸、8英寸等大尺度展開。
但歸納來看,當(dāng)時(shí)性價(jià)比最高的仍是藍(lán)寶石;SiC功能優(yōu)越但報(bào)價(jià)昂貴;Si襯底的報(bào)價(jià)、尺度優(yōu)勢以及與傳統(tǒng)集成電路技能銜接的引誘使得Si襯底仍然是當(dāng)下最有遠(yuǎn)景的技能道路之一。
GaN襯底仍需在前進(jìn)尺度和降低報(bào)價(jià)方面下功夫,以便將來在高端綠光激光器和非極性LED使用方面大顯神通;金屬有機(jī)物資料從依靠進(jìn)口到自主出產(chǎn),有了很大的展開;其他氣體資料也取得長足前進(jìn)??傊袊谠促Y料范疇取得很大展開。
外延
外延,即器材構(gòu)造的取得進(jìn)程,是最具有技能含量的技能步驟,直接決議LED的內(nèi)量子功率。當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體照明芯片絕大多數(shù)選用多量子阱構(gòu)造,詳細(xì)技能路 線往往受制于襯底資料。而藍(lán)寶石襯底遍及選用圖形襯底(PSS)技能,降低外延薄膜的為錯(cuò)密度前進(jìn)內(nèi)量子功率,一起也前進(jìn)光的出取功率。將來PSS技能仍 是重要的襯底技能,且圖形尺度逐步向納米化方向展開。
而使用GaN同質(zhì)襯底能夠采納非極性面或半極性面外延成長技能,有些消除極化電場導(dǎo)致的量子斯塔克效應(yīng),在綠光、黃綠光、紅橙光GaN基LED使用 方面具有十分重要的含義。別的,當(dāng)時(shí)的外延遍及是制備單發(fā)光波長量子阱,選用適當(dāng)外延技能,能夠制備多波長發(fā)射的LED,即單芯片白光LED,這也是很有 遠(yuǎn)景的技能道路之一。
其間,具有代表性的如用InGaN量子阱中相別離,完成了高In組分InGaN黃光量子點(diǎn)和藍(lán)光量子阱組合發(fā)出白光。此外,還有使用多重量子阱發(fā)光 完成寬光譜發(fā)光模式,以此完成單芯片白光輸出,但是該白光的顯色指數(shù)還比較低。無螢光粉單芯片白光LED是很具吸引力的展開方向,如果能完成高功率和高顯 色指數(shù),將會(huì)改動(dòng)半導(dǎo)體照明的技能鏈。
在量子阱構(gòu)造方面,引進(jìn)電子阻撓層阻撓電子走漏前進(jìn)發(fā)光功率現(xiàn)已變成LED外延構(gòu)造的常規(guī)方法。此外,優(yōu)化量子阱的勢壘和勢阱仍將是重要技能環(huán)節(jié), 如何調(diào)理應(yīng)力,完成能帶裁剪,能夠制備不一樣發(fā)光波長的LED。在芯片覆蓋層方面,如何前進(jìn)p型層的資料質(zhì)量、p型層空穴濃度、導(dǎo)電功能和處理大電流下droop效應(yīng)仍然是當(dāng)務(wù)之急。
芯片
在芯片技能方面,如何前進(jìn)光獲取功率并得到十分好的散熱方案變成芯片規(guī)劃的宗旨,并相應(yīng)研發(fā)了筆直構(gòu)造、外表粗化、光子晶體、倒裝構(gòu)造、薄膜倒裝構(gòu)造(TFFC)、新式透明電極等技能。其間,薄膜倒裝構(gòu)造使用激光剝離、外表粗化等技能,能夠較大起伏前進(jìn)出光功率。
芯片使用
對于藍(lán)光LED激起黃色螢光粉的白光LED技能方案較低的螢光變換功率,RGB多芯片白光和單芯片無螢光粉白光變成將來白光LED的首要技能趨勢,功率較低的綠光LED則變成RGB多芯片白光的首要約束因素,將來半極性或非極性綠光LED將變成重要的展開趨勢。
在處理白光LED顯色方面,可使用紫光或紫外LED激起RGB三色螢光粉,取得高顯色白光LED技能,但必定獻(xiàn)身一有些功率。當(dāng)時(shí),紫光或紫外光芯片功率現(xiàn)已取得很大前進(jìn),日亞化學(xué)公司出產(chǎn)的365nm波長紫外LED外量子功率現(xiàn)已挨近50%。將來紫外LED將取得更多使用,且無其它紫外發(fā)光系統(tǒng)資料替代,展開遠(yuǎn)景十分無窮。
一些發(fā)達(dá)國家已紛繁投入很多人力、物力展開UVLED的研究。而氮化物的紅光紅外光波段使用,除了環(huán)境之外,無論是報(bào)價(jià)仍是功能都難以與砷化物競賽,因此遠(yuǎn)景不是很明亮。
依據(jù)上述可知,環(huán)繞半導(dǎo)體照明的上游資料及設(shè)備現(xiàn)已取得很大的展開,尤其在功率方面,藍(lán)光波段現(xiàn)已挨近抱負(fù)功率,芯片在半導(dǎo)體照明燈具的報(bào)價(jià)比也大 起伏降低,將來半導(dǎo)體照明將從光的功率向光質(zhì)量方向展開,這需求芯片資料突破藍(lán)光范疇,一起向長波長和短波長方向展開,而綠光、紫光和紫外光LED芯片將是將來研究要點(diǎn)。
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