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。