LED襯底,、外延及芯片的技術發(fā)展趨勢

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-10-21

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 技術發(fā)展和工藝改進,，使LED成本大幅度下降，推動了LED應用的全面發(fā)展,。為進一步提升LED節(jié)能效果,，全球相關單位均投入極大的研發(fā)力量，對LED性能,、可靠性進行深入的研究開發(fā),，特別在LED襯底、外延,、芯片的核心技術研究方面,，已取得突破性成果。對LED發(fā)展提出了不同的技術路線和“終極目標”的技術方案,，以及提出新的發(fā)光材料,。為此，本文除簡要描述半導體照明上游產業(yè)發(fā)展概況之外,，質量,，也重點介紹了LED襯底、外延,、芯片核心技術發(fā)展動態(tài)并探討相關技術的發(fā)展趨勢,，以及降低外延,、芯片成本的技術。

        一,、半導體照明上游產業(yè)概況

        半導體照明上游產業(yè)是指LED襯底,、外延及芯片相關的內容，這里將簡要介紹上游產業(yè)的概況及主要技術指標,。

        1.LED襯底概況

        目前用于LED產業(yè)化的襯底主要有藍寶石(Al2O3),、Sic和Si,，Cree公司用SiC為襯底,，東芝公司宣布8″的硅襯底生長LED將于2013年產業(yè)化，其余的大部分以藍寶石為主,。全球生產藍寶石襯底有130多家,，其中有80多家是近兩年加入的。2012年的需求量約9600萬片(以2″計算),，其中藍寶石圖形化襯底(PSS)占70%~80%,，目前仍以2″和4″襯底片為主，由于同樣面積的6″晶片比2″晶片要多出52%芯片,，所以預測幾年后將以6″為主,。由于生產能力過大，供大于求,，致使藍寶石晶片價格大幅度下降,，大約為每片7~8美元。在藍寶石晶體生長上大部分采用A軸向生長,，取出C軸向的晶片,，材料利用率過低，2″為35%左右,，6″約為20%,。有資料顯示：采用CHES法直接按C軸向生長，材料利用率可達75%,，而且減少了張力和應力,，從而降低了襯底晶片的彎曲度和翹曲度，因此,，極大提高了藍寶石襯底的生產效率,、晶片質量及降低成本。近幾年全球正在研究很多LED的新襯底,，LED照明企業(yè),，取得了很大成果。

        中國生產藍寶石襯底的企業(yè)約50家,，其中已投產約20家左右,，有人統(tǒng)計，2011年我國生產能力已達15000萬片/年(以2″計算)，超過全球的需求量,。而且由于藍寶石企業(yè)直接生產PSS襯底的不多,，企業(yè)的競爭力較差，企業(yè)走向轉型,、整合,、兼并是必然的。另外,，還有山東華光采用SiC襯底生長LED,，南昌晶能采用6″的Si襯底生長LED，均取得較好成果,。

        2.LED外延及芯片產業(yè)概況

        全球從事LED外延及芯片研發(fā)生產單位約160家,，共有MOCVD設備約3000臺，2011年生產芯片總量為820億只,，2012年為950億只,2012年生產過剩率達35%,。按4″晶片計算，生產能力為200萬片/月,，其中中國占25.8%,、臺灣21.8%、日本19.2%,、韓國17.3%,、美國11.8%、歐洲2.8%,。目前外延晶片以2″和4″為主,，據研究機構預測在幾年內將以6″晶片為主，會超過50%以上,。由于外延技術的不斷發(fā)展,，晶片尺寸不斷擴大，加上工藝技術的進一步改進,，外延片的成本會大幅度下降,。

        中國LED外延及芯片企業(yè)約50多家，其中已投產的約36家,，正在籌建的有20多家,。2012年底已有MOCVD設備約980臺，其中大部分以2″為主,，2012年芯片的產量超過1000億只(含小芯片和四元系芯片),，產值達60億元(另有報道為80億元)。另外中國有16家企業(yè)正在研發(fā)制造MOCVD設備,，其中有8家已做出樣機,，并在上游企業(yè)試用,，預計2013年應該有國產MOCVD設備正式投產。由于國內LED上游企業(yè)過多,，大部分企業(yè)規(guī)模偏小,，缺乏研發(fā)能力和競爭力，走向整合,、兼并是必然的,。

        3.LED主要技術指標

        發(fā)光效率作為LED標志性技術指標，近兩年來有極大提升,，日亞,、飛利浦等幾個大企業(yè)實驗室水平均超過240lm/W，Cree公司2013年2月宣布實驗室光效達276lm/W,，豐田合成宣布在1mm×1mm的led芯片實現(xiàn)光通量400lm(在較大電流下),，首爾半導體宣布光通量達500lm(在1mm×1mm的LED芯片加1000mA電流下)。全球LED產業(yè)化水平,，目前可提供光效120~150lm/W的LED產品，Cree公司2012年12月初宣布可提供光效186lm/W的LED產品,，12月底又宣布可提供200lm/W的LED產品,。由于led技術迅速發(fā)展，到底LED發(fā)光效率能提升到什么程度才算最后結果呢?最近有幾種提法,，美國SSL計劃修定中提到LED光效產業(yè)化水平達266lm/W為終極目標,。三菱化學提出目標：1mm×1mm芯片發(fā)光亮度達1000lm光通量。日本田村制作提出目標：2mm×2mm芯片發(fā)光亮度達2000~3000lm光通量,。上述所提的這些目標均可達到單芯片制作成led光源,。