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照明级LED芯片技术的发展

上传人:潘群峰 吴志强 林雪娇 吕兴维 叶孟欣 洪灵愿

上传时间: 2010-02-16

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  德国Osram公司早期的产品是以SiC作为衬底材料,相继推出了ATON和NOTA系列产品。近期,Osram的产品和研发方向也是基于薄膜芯片技术,其最新研发的ThinGaN TOPLED采用蓝宝石作为衬底材料,运用键合、激光剥离、表面微结构化和使用全反射镜等技术途径,芯片出光效率达到75%。据最新的报道,目前,Osram的功率型白光LED光效已经达到136lm/W。

  美国Philips Lumileds公司的功率型氮化镓蓝光LED芯片采用蓝宝石作为外延衬底材料,芯片结构上则一直沿用倒装结构。随着薄膜技术的发展,Lumileds创造性地整合了倒装技术和薄膜技术,推出了全新的薄膜倒装芯片(Thin-film Flip-chip,TFFC)技术,集成芯片和封装工艺,最大限度降低热阻并提高取光效率。目前,Lumileds功率型白光的研发水平已经突破140lm/W。

  美国SemiLEDs公司是继Osram和Cree之后采用衬底转移技术商品化生产薄膜GaN垂直结构LED的厂商。他们推出了新型的金属基板垂直电流激发式发光二极管(Metal Vertical
Photon Light Emitting Diodes,MvpLEDTM)产品,其封装成白光器件的发光效率目前可以达到120lm/W。

  韩国和中国台湾地区目前也在积极发展照明级功率型高亮度LED芯片技术,这些地区的LED产业技术正快速赶上世界领先水平,且已具备较高的水准。主要芯片供应商有:Epistar(晶元)、EpiValley、Forepi(璨圆)、Huga(广镓)等。中国台湾、韩国的产品以中高档为主,所生产的功率型LED芯片封装成白光器件的发光效率一般在80~100lm/W,其中台湾晶元光电的技术水平相对领先,其研发水平已达到120lm/W。

  国内半导体照明芯片技术的发展现状

  国内半导体照明芯片技术的发展相对国外起步较晚,技术水平离国际领先业者还存在一定距离。不过,最近几年,在政府有关部门的引导和支持下,国内照明级LED芯片技术的研究、开发以及产业化工作取得了长足进步。特别是在“十五”国家科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”项目和“十一五”863计划半导体照明工程项目的引导下,国内各大LED芯片制造商以及研究所依靠各自科研力量,大力投入对功率型照明级LED芯片技术的开发,技术水平不断提升,产业化进程逐步深入,逐渐缩小与国际领先业者的差距,取得了一系列令人鼓舞的成果。这期间经历了“外延片从外购到自制,芯片结构从正装到倒装再到正装,光效从30lm/W到60lm/W再到100lm/W”的发展历程。

  目前,国产功率型照明级LED芯片产品在光效、寿命以及可靠性等性能方面都取得较大进展,开发出图形衬底、透明电极和全方位反射镜等一系列关键工艺技术。产业化方面,以三安光电为代表的国内厂商突破了100lm/W的技术大关,顺利完成了863计划课题目标。图1展示了国内上游厂商推出的各种外观功率型LED芯片,芯片结构全部采用技术较为成熟且制作成本较低的正装结构。国产芯片有望凭借优越的性能和极具竞争力的价格优势在“十城万盏”试点示范工程、大尺寸液晶显示屏背光以及室内通用照明等应用领域逐步渗透并最终取代进口芯片,推动中国半导体照明产业链整体的健康发展和茁壮成长。

  三安光电作为国内LED产业上游的龙头企业,非常注重技术创新,在政府有关部门的支持下,加大对照明级芯片的研发和攻关力度。三安光电在不同的时期,针对研究热点和趋势,并结合自身需求和产业化基础,开发不同特点的功率型LED芯片产品(如图2所示)。“十五”国家科技攻关计划时期,三安开发出基于双向齐纳硅基板的倒装焊结构芯片;“十一五”时期,三安开发了基于图形衬底、全方位反射镜等技术的正装结构芯片产品,该产品封装白光器件的最高光效可达105lm/W,这可以说是国内目前所能达到的最高水平。薄膜结构氮化镓芯片是三安光电下一步研发的重点,三安目前已完成垂直薄膜芯片的初样试制,测试光效可达90lm/W。未来,三安光电将从薄膜氮化镓芯片的外延结构设计;永久衬底的选择和粘合工艺;生长衬底的剥离工艺;反射性P电极系统的设计和制作工艺;氮极性面N型欧姆接触制作工艺;出光表面的粗化工艺;光子晶体技术在薄膜芯片的应用等七个方面着手,攻关150lm/W照明级薄膜氮化镓LED芯片技术并力争实现产业化。

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