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硅衬底LED

       硅衬底led是近年来新开发的一种在硅衬底上制造的gan基led,目前国际上商品化的gan基led均是在蓝宝石衬底或sic衬底上制造的。但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因,对后期器件加工和应用带来很多不便,sic同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处,而价格相对便宜的si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势,因此si衬底gan基led制造技术受到业界的普遍关注。

硅衬底led的基本技术路线

       在si衬底上生长gan,制作led蓝光芯片。  工艺流程:在si衬底上生长aln缓冲层→生长n型gan→生长ingan/gan多量子阱发光层→生长p型aigan层→生长p型gan层→键合带ag反光层并形成p型欧姆接触电极→剥离衬底并去除缓冲层→制作n型掺si层的欧姆接触电极→合金→钝化→划片→测试→包装。


硅衬底led的芯片制造工艺

       采用thomas swan ccs低压mocvd系统在50 mm si(111)衬底上生长gan基mqw结构。使用三甲基镓(tmga)为ga源、三甲基铝(tmai)为al源、三甲基铟(tmin)为in源、氨气(nh3)为n源、硅烷(sih4)和二茂镁(cp2mg)分别用作n型和p型掺杂剂。首先在si(111)衬底上外延生长aln缓冲层,然后依次生长n型gan层、ingan/gan多量子阱发光层、p型algan层、p型gan层,接着在p面制作ag反射镜并形成p型欧姆接触,然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上,再用si腐蚀液把si衬底腐蚀去除并暴露n型gan层,使用碱腐蚀液对n型面粗化后再形成n型欧姆接触,这样就完成了垂直结构led芯片的制作。结构图见图1。  从结构图中看出,si衬底芯片为倒装薄膜结构,从下至上依次为背面au电极、si基板、粘接金属、金属反射镜(p欧姆电极)、gan外延层、粗化表面和au电极。这种结构芯片电流垂直分布,衬底热导率高,可靠性高;发光层背面为金属反射镜,表面有粗化结构,取光效率高。

GaN的特点

       蓝宝石衬底gan基led的成功商业化为硅衬底gan基的发展奠定了基础。然而还有不少问题值得研究,如足够厚无裂纹薄膜生长、晶体质量的提高等。在si衬底上制造gan基具有广阔的应用前景。相信通过进一步优化工艺,高亮度、大功率、低成本的si衬底gan基投人市场只是时间的问题。

我国原创硅衬底led面临的挑战

       最近,以国际金融公司(ifc)为首的投资机构对晶能光电增资5550万美元,这一事件在led业界还是颇引人注目的。ifc是国际知名的融资公司,而晶能光电因为其拥有中国原创的硅衬底led技术,在业界拥有特殊地位。  据了解,此次融资的目的是扩产,但是投资方并没有明确表示重点扩产那部分业务。因为晶能目前在推进硅衬底led大功率照明技术的同时,也在关注大尺寸背光源市场,而据了解,晶能目前在大尺寸背光市场所用的技术主要是蓝宝石衬底led技术。  电视背光源市场有其特殊性,led作为背光源,就其芯片来讲,属于中等尺寸。目前大陆地区还没有一家led芯片企业顺利进入大尺寸背光市场。在今年9月全国led行业学术会议上,南昌大学教授江风益曾经指出,硅衬底led的优势是“一大一小”。大是指大功率照明芯片,小是指应用于显示显像领域的小尺寸芯片,而目前看中等尺寸芯片在背光源市场应用还未见明显优势。作为企业,晶能想利用蓝宝石led技术进入电视背光市场是可以理解的,但晶能的优势是硅衬底led的先发优势,如果公司一旦放慢硅衬底led的研发和产业化速度,无论对晶能公司本身还是国家(我国led产业发展),都将可能失去市场先机。  从投资的角度看,这次融资对硅衬底led技术的发展和产业化具有一定的推动作用,但有利有弊。对于高新技术的融资,是好事不是坏事。但海外资金注资中国原创技术,是福是祸还需要时间的检验。机构融资资金是一把双刃剑,具有一定的垄断性,其实并不利于这一中国原创的技术在中国的辐射和推广。不可否认,风险投资资金在促进技术发展和产业化的同时,也对这一技术在中国的辐射和推广产生制约。当初引进海外风险投资,随后产生一系列问题,这是当初的决策者没有想到的。  从管理看,一个公司在不同的成长阶段要用不同的管理理念。不能否认,晶能目前还是一个小公司,用大公司的管理架构,致使其效率低下,包括管理效率、研发效率、生产效率等。目前晶能的运作模式并不利于硅衬底led技术的发展。同时,国家对这一原创技术的支持力度和关注度也不够。目前三星等国际大公司以及led行业几大巨头如飞利浦、欧司朗、cree等都加大了对硅衬底led技术的研发力度,如果此时我们不加以重视,我们将失去我们已经具有的先发优势。无论从企业的角度还是国家的角度,加快发展这一中国原创技术已经迫在眉睫。现在已经到了从国家层面考虑如何做大做强这一原创技术的产业化问题的时候,而不能仅仅局限于江西、南昌以及晶能光电一家公司。希望晶能光电能够在中华大地上开花并结出硕果,使中国原创技术走向世界,为人类照明事业作贡献。






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