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LED芯片技術及國內外差異分析

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   芯片,是LED的核心部件。目前國內外有很多LED芯片廠家,然芯片分類沒有統一的標準,若按功率分類,則有大功率和中小功率之分;若按顏色分類,則主要為紅色、綠色、藍色三種;若按形狀分類,一般分為方片、圓片兩種;若按電壓分類,則分為低壓直流芯片和高壓直流芯片。國內外芯片技術對比方面,國外芯片技術新,國內芯片重產量不重技術。

  襯底材料和晶圓生長技術成關鍵

  目前,LED芯片技術的發展關鍵在于襯底材料和晶圓生長技術。除了傳統的藍寶石、硅(Si)、碳化硅(SiC)襯底材料以外,氧化鋅(ZnO)和氮化鎵(GaN)等也是當前LED芯片研究的焦點。目前,市面上大多采用藍寶石或碳化硅襯底來外延生長寬帶隙半導體氮化鎵,這兩種材料價格都非常昂貴,且都為國外大企業所壟斷,而硅襯底的價格比藍寶石和碳化硅襯底便宜得多,可制作出尺寸更大的襯底,提高MOCVD的利用率,從而提高管芯產率。所以,為突破國際專利壁壘,中國研究機構和LED企業從硅襯底材料著手研究。

  但問題是,硅與氮化鎵的高質量結合是LED芯片的技術難點,兩者的晶格常數和熱膨脹系數的巨大失配而引起的缺陷密度高和裂紋等技術問題長期以來阻礙著芯片領域的發展。

  無疑,從襯底角度看,主流襯底依然是藍寶石和碳化硅,但硅已經成為芯片領域今后的發展趨勢。對于價格戰相對嚴重的中國來說,硅襯底更有成本和價格優勢:硅襯底是導電襯底,不但可以減少管芯面積,還可以省去對氮化鎵外延層的干法腐蝕步驟,加之,硅的硬度比藍寶石和碳化硅低,在加工方面也可以節省一些成本。

  目前LED產業大多以2英寸或4英寸的藍寶石基板為主,如能采用硅基氮化鎵技術,至少可節省75%的原料成本。據日本三墾電氣公司估計,使用硅襯底制作大尺寸藍光氮化鎵LED的制造成本將比藍寶石襯底和碳化硅襯底低90%。

  國內外芯片技術差異大

  在國外,歐司朗、美國普瑞、日本三墾等***企業已經在大尺寸硅襯底氮化鎵基LED研究上取得突破,飛利浦、韓國三星、LG、日本東芝等國際LED巨頭也掀起了一股硅襯底上氮化鎵基LED的研究熱潮。其中,在2011年,美國普瑞在8英寸硅襯底上研發出高光效氮化鎵基LED,取得了與藍寶石及碳化硅襯底上***水平的LED器件性能相媲美的發光效率160lm/W;在2012年,歐司朗成功生產出6英寸硅襯底氮化鎵基LED。

  反觀中國內地,LED芯片企業技術的突破點主要還是提高產能和大尺寸藍寶石晶體生長技術,除了晶能光電在2011年成功實現2英寸硅襯底氮化鎵基大功率LED芯片的量產外,中國芯片企業在硅襯底氮化鎵基LED研究上無大的突破,目前中國內地LED芯片企業還是主攻產能、藍寶石襯底材料及晶圓生長技術,三安光電、德豪潤達、同方股份等內地芯片巨頭也大多在產能上取得突破。


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