襯底材料和晶元生長技術(shù)成關(guān)鍵
目前，LED芯片技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于襯底材料和晶元生長技術(shù)。除了傳統(tǒng)的藍(lán)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(dāng)前LED芯片研究的焦點(diǎn)。目前，市面上大多采用藍(lán)寶石或碳化硅襯底來外延生長寬帶隙半導(dǎo)體氮化鎵，這兩種材料價(jià)格都非常昂貴，且都為外國大企業(yè)所壟斷，而硅襯底的價(jià)格比藍(lán)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M(jìn)OCVD的利用率，從而提高管晶產(chǎn)率。所以，為突破國際專利壁壘，中國研究機(jī)構(gòu)和LED企業(yè)從硅襯底材料著手研究。
但問題是，硅與氮化鎵的高質(zhì)量結(jié)合是LED芯片的技術(shù)難點(diǎn)，兩者的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的巨大失配而引起的缺陷密度高和裂紋等技術(shù)問題長期以來阻礙著芯片領(lǐng)域的發(fā)展。
無疑，從襯底角度看，主流襯底依然是藍(lán)寶石和碳化硅，但硅已經(jīng)成為芯片領(lǐng)域今后的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于價(jià)格戰(zhàn)相對(duì)嚴(yán)重的中國來說，硅襯底更有成本和價(jià)格優(yōu)勢(shì)：硅襯底是導(dǎo)電襯底，不但可以減少管晶面積，還可以省去對(duì)氮化鎵外延層的干法腐蝕步驟，加之，硅的硬度比藍(lán)寶石和碳化硅低，在加工方面也可以節(jié)省一些成本。
目前LED產(chǎn)業(yè)大多以2英寸或4英寸的藍(lán)寶石基板為主，如能采用硅基氮化鎵技術(shù)，至少可節(jié)省75%的原料成本。據(jù)日本三墾電氣公司估計(jì)，使用硅襯底制作大尺寸藍(lán)光氮化鎵LED的制造成本將比藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底低90%。
中外芯片技術(shù)差異大
國際間歐司朗、美國普瑞(BRIDGELUX)、日本莎姆克(SAMCO INC)等一流企業(yè)已經(jīng)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(fā)出高光效氮化鎵基LED，取得了與藍(lán)寶石及碳化硅襯底上頂尖水平的LED器件性能相媲美的發(fā)光效率160lm/W;在2012年，歐司朗成功生產(chǎn)出6英寸硅襯底氮化鎵基LED。
反觀中國，LED芯片企業(yè)技術(shù)的突破點(diǎn)主要還是提高產(chǎn)能和大尺寸藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)，除了晶能光電在2011年成功實(shí)現(xiàn)2英寸硅襯底氮化鎵基大功率LED芯片的量產(chǎn)外，中國芯片企業(yè)在硅襯底氮化鎵基LED研究上無大的突破，目前中國LED芯片企業(yè)還是主攻產(chǎn)能、藍(lán)寶石襯底材料及晶圓生長技術(shù)，三安光電、德豪潤達(dá)、同方股份等中國芯片巨頭也大多在產(chǎn)能上取得突破。
