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未来5年,氮化镓衬底引领LED衬底发展潮流

2012-05-11 16:00
老猫
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  在当今日美垄断LED芯片核心技术的格局下,中国LED企业如何打破格局,完成技术攻坚,促进LED发展显得尤为重要。目前,LED衬底类别包括蓝宝石、碳化硅、硅以及被称为第三代半导体材料的氮化镓。

  与传统衬底材料相比,氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性,是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。时至今日,氮化镓衬底相对于蓝宝石、碳化硅等衬底的性能优势显而易见,最大难题在于价格过高。

  厚膜的衬底产品方面:产品有10~50微米的不同规格,常用的是20~30微米。位错密度在107cm~3量级,根据不同的技术参数可分为两种即n型掺杂与半绝缘。n型掺杂主要运用于LED等光电器件,半绝缘主要运用于电力电子、微波器件上。

  自支撑氮化镓(GaN)衬底方面:位错密度在105cm-3量级,根据不同的技术参数分为三种,即n型掺杂、半绝缘与非掺杂。n型氮化镓,主要运用于LED、激光器方面;半绝缘则运用于高功率微波器件或大电流高电压的开关上。非掺杂即高纯度氮化镓,在探测器上的应用较为广泛,要求材料的电子浓度越低越好。纳维非掺杂氮化镓产品,X射线(002)半峰宽为50秒、(102)半峰宽为80秒左右,块体材料的电子迁移率超过1500cmV-1s-1,处于国际前列水平。纳维是国际上能够生产销售氮化镓自支撑晶片的少数几个单位之一。

  HVPE法生长GaN自支撑衬底

  HVPE主要是金属镓、氯化氢、氨气,金属镓和氯化氢发生反应,生成氯化镓,氯化镓在200℃后变成气体,以这个为原材料,进而通过在衬底表面上与氨气反应变成氮化镓。HVPE这种生成方法,在表面的化学饱和度非常高,因此,其生长速度非常快,比MOCVD的生长速度快50~100倍,它一个小时能够生长200~300个微米,可以在短时间内把这个材料变成高质量的氮化镓,这是它的一个特点。

  未来5年,氮化镓的价格将下降10~20倍,4~6寸进入市场

  现在LED盛行的风潮下,氮化镓作为半导体发光二极管应用于LED照明也已经在中国发展得风起云涌。氮化镓衬底上的同质外延与蓝宝石衬底上的异质外延,单从技术角度上讲,异质外延缺陷密度比同质外延的氮化镓高出2~3个数量级;氮化镓具有导电的特点,可以做成垂直结构的芯片,这样,外延片的利用面积比蓝宝石的提高1.5倍;做成垂直结构之后,氮化镓上电流密度可以很高,期望一个氮化镓衬底上的芯片可以抵十个蓝宝石衬底上的芯片。美国的Sorra和日本的NGK已经开始大力开发这类芯片,并取得重要突破,达到同样亮度,氮化镓衬底上制作的LED能耗比传统芯片低一半以上。

  随着氮化镓的规模量产和价格的下降,以及LED外延技术的不断发展,当将芯片电流密度提高到5~10倍时,氮化镓在LED上运用的优势会比蓝宝石明显很多,这是大家看好的未来的一个发展方向。预计未来5年,用于LED的氮化镓衬底价格能够降10~20倍,氮化镓衬底在单位流明价格上会取得显著优势。我们对未来非常有信心。

  未来氮化镓衬底不完全取代蓝宝石衬底

  蓝宝石衬底根据它独特的优势,以及通过规模生产在未来大幅降低成本的可能性,在未来很长一段时间里将成为LED衬底市场主流。对此,徐总表示认同,在数量规模上,蓝宝石一定是未来一段时期的主流。现在不同衬底技术在细分领域上发展还不是很充分。将来氮化镓大规模发展之后也不会完全取代蓝宝石。

  蓝宝石衬底在对亮度等各方面要求不高时有它的优势。未来通用照明及对发光强度要求光效,光的稳定性等要求非常高的情况下,氮化镓的产品有它的优势。尤其是将LED作为新的光源,不是说简单的红绿蓝景观灯,而用在投影仪上,投射灯、汽车灯、闪光灯等方面,氮化镓衬底有它的绝对优势。

  韩国当初预计,LED液晶电视的需求量非常大,每台LEDTV需要900颗LED,算起来这个需求非常大,但是随着技术的发展,现在做LED电视实际只需要100颗不到,而不是当初的900颗,这样,需求量差不多缩小了十倍。

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