LED照明技术路线及长期以来的改进路线

2019-09-11 04:44

②碳化硅衬底(SiC) SiC衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好(其导热系数490W/(m·K)比蓝宝石衬底高出10倍以上)、不吸收可见光等突出优点,有利于解决大功率型GaN基LED器件的散热问题。因此,SiC衬底材料应用程度仅次于蓝宝石,在半导体照明技术领域占重要地位。美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底,其LED芯片两个电极各分布在器件的表面和底部,电流纵向流动,所产生的热量可以通过电极直接导出;同时这种衬底不需要电流扩散层,因此不存在出射光被电流扩散层的材料吸收的问题,提高了出光效率。但是,SiC衬底材料价格太高,晶体质量不如蓝宝石好,机械加工性能比较差的缺点。

③硅衬底 硅单晶是最常用的二极管、三极管及集成电路的半导体基础材料,生产历史悠久,成本低廉。因为大尺寸(8寸、12寸)发展最为成熟,被看作是降低外延片成本的最佳选择,但由于晶格失配和热失配太大且难以控制,使基于硅衬底的LED品质较差,且成品率较低。其成本与目前主流为6寸以下的蓝宝石衬底LED相比并不占优势而且光效也不如。目前,只有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是L型接触(Laterial-contact 水平接触)和 V型接触(Vertical-contact垂直接触),通过这两种接触方式,LED芯片内部的电流可以做成是横向流动的,或者也可以做成是纵向流动的。由于电流可以纵向流动,因此增大了LED的发光面积,从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体,所以器件的导热性能可以明显改善,从而延长了器件的寿命。硅衬底的突出缺点是:a)与GaN的晶格失配度差导致位错缺陷密度大,內量子效率低,发光效率较低;b) 与GaN的热膨胀系数失配度差,导致在外延层生长的降温过程中龟裂。所以,大规模商业应用还需待时机,一步步扩大市场占有率。

④氮化镓衬底(GaN) 用于GaN生长的最理想衬底就是同质的GaN单晶材料,可以大大提高外延膜的晶体质量,降低位错密度,提高器件工作寿命,提高发光效率,提高器件工作电流密度。但是制备GaN体单晶非常困难,到目前为止还未有行之有效的商业化生产办法。

绿色照明简史系列之半导体照明（二）

⑤ 氧化锌衬底(ZnO)ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底,是因为两者具有非常惊人的相似之处。两者晶体结构相同、晶格识别度非常小,禁带宽度接近(能带不连续值小,接触势垒小)。但是,ZnO作为GaN外延衬底的致命弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中易分解和腐蚀。ZnO半导体材料尚不能用来制造光电子器件或高温电子器件,主要是材料质量达不到器件水平和P型掺杂问题没有得到真正解决,适合ZnO基半导体材料生长的设备尚未研制成功。

绿色照明简史系列之半导体照明（二）