侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

解读GaN on GaN LED破效率与成本“魔咒”

2013-11-04 09:04
蓝林笑生
关注

  发光二极体(LED)的发光效率远高于传统光源,耗电量仅约同亮度传统光源的20%,并具有体积小、寿命长、效率高、不含汞等环保与健康特性,且现今LED商品效率已超出每瓦110流明,LED应用领域更是无限宽广。尤其在照明、笔记型电脑/液晶电视背光模组等新兴市场全面带动下,2010年全球LED市场规模大幅成长达96亿美元。另外,随着世界各国节能政策推动,LED照明于照明市场的渗透率已突破3%,整体产值达40亿美元,预估至2015年全球LED照明市场渗透率将达20%;2020年始,LED照明普及化将逐步实现,并成为LED产业的主要应用。

  自311核灾后,日本消费者为节能,大量采购LED灯泡,显示LED照明时代已然到来。为达到照明节能的目标,各国政府于近年亦陆续颁布相关政策,如美国「能源之星(Energy Star)」计划、日本「Eco-Point」制度、南韩「15/30」与「绿色LED照明普及发展方案」、中国「十一五」、「十二五」等绿能政策,美、日等主要大国更已拟定技术研发蓝图,致力于发展高效能固态照明技术,以提升能源使用效率,并大幅降低温室气体排放量,促成2020年前已开发国家温室气体排放较1990年减少25?40%。

  然而,目前商品化的氮化镓(GaN)半导体光电元件皆以蓝宝石(Sapphire)与碳化矽(SiC)基板为主,为能取代现有照明产品,效率及成本是各家厂商戮力的目标,也因此,近年来GaN on Si挟带着大尺寸低成本优势,逐步挑战GaN on Sapphire的地位;另一方面,GaN on GaN则挟带着高效能及可大电流操作的优势,逐步崭露头角。现阶段美国Sorra更已推出以c-plane GaN基板为主的商品,未来,结合整体GaN on GaN的优点再搭配基板成本的下降,预期2015年将有机会取代LED照明方案。

  受惠于技术上的突破,氮化镓已有非常多的晶向面可做为LED基板,包含传统极性面的c-plane、非极性的m-plane和a-plane,以及半极性的(11-22)、(10-12)、(20-2-1)和(20-21)面等,不管在哪一面上,均已有众多研究团队发表相关LED效能的论文,但就以整体纯熟的技术、基板大小和成本考量,仍以c-plane的氮化镓基板最具竞争力,因此以下归纳GaN on c-plane GaN LED的优点,分别为高品质磊晶薄膜、磊晶薄膜与基板之晶格常数匹配、垂直型元件结构和短的磊晶时间做论述,下述实验所使用的氮化镓基板之缺陷密度为105?106cm-2。

  不受晶格常数不匹配影响 GaN on GaN效率稳定

  目前氮化镓系列的发光层以氮化镓和氮化铟镓(InGaN)材料为主,此种发光二极体因缺乏与基板晶格匹配的基板,一般皆将此材料磊晶成长(Epitaxial Growth)于蓝宝石基板上。

  然而,由于异质磊晶成长之薄膜和基板之间因晶格常数彼此不匹配,而造成氮化物薄膜中产生极高的缺陷密度(约109?1010cm-2),进一步导致LED发光效率下降,图1(a)?(c)分别为蓝光LED发光层成长于蓝宝石基板与氮化镓基板之AFM量测图,其量子井厚度分别为2.7奈米、6奈米和15奈米,可发现到发光层成长在蓝宝石基板上存在着许多的缺陷,随着发光层厚度逐渐增厚,洞的尺寸逐渐变大。

  

图1    不同蓝光发光二极体之量子井厚度(a) 2.7nm、(b) 6.0nm、(c)15.0nm之成长在蓝宝石和氮化镓基板之AFM图

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号