深度对比半导体照明三条主要技术路线
在LED的制备过程中,上游的衬底材料是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素。衬底材料表面的粗糙度、热膨胀系数、热传导系数、极性的影响、表面的加工要求以及与外延材料间晶格间是否匹配,这些因素与高亮度LED的发光效率与稳定性密切相关。因此,衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石,衬底材料的技术路线必然会影响整个产业的技术路线,是整个产业链的关键。
目前半导体照明主要有三条技术路线,分别是以日本日亚化学为代表的蓝宝石衬底LED技术路线、以美国Cree为代表的碳化硅衬底LED技术路线,以及以中国晶能光电为代表的硅衬底LED技术路线。2016年1月8日,南昌大学联合晶能光电的江风益团队“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”技术项目获得2015年度国家科学技术奖技术发明类唯一的一等奖,LED业界中国芯的梦想再次被激发。硅衬底技术项目的获奖,说明硅衬底已被国家证实可行,并已提升到国家战略层面。硅衬底或将迎来规模化的商业应用。
表1 GaN基LED三种主要衬底材料对比
图1 LED各种衬底材料的市场占有率(数据来源:YOLE,中信建投证劵研究发展部)
蓝宝石(Al2O3)衬底
2014 年10 月7 日瑞典皇家科学院宣布:赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高效蓝色发光二极管”获得2014 年诺贝尔物理学奖。这3 位科学家的突出贡献在于,1993年他们突破了在蓝宝石衬底上制备高光效GaN 基蓝光LED 的核心技术。20多年来,基于蓝宝石衬底的GaN 基蓝光LED技术和产业发展迅猛,占据了衬底市场90%以上的市场份额,成为目前市场上的主流技术路线。
蓝宝石具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性,强度高、硬度大、耐冲刷。作为衬底材料,蓝宝石具有高温下(2000℃)化学性质稳定好、可见光不易吸收、价格便宜等优点。
表2 蓝宝石衬底材料性能

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