孫錢(qián)：硅襯底上氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)大功率LED的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

2013年5月14日下午，在由國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與英國(guó)勵(lì)展博覽集團(tuán)共同主辦的“2013上海國(guó)際新光源&新能源照明論壇”之 “新光源&新能源照明的應(yīng)用”分會(huì)上，來(lái)自晶能光電有限公司孫錢(qián)博士做了題為《硅襯底上氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)大功率LED的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》的報(bào)告，他從高質(zhì)量、無(wú)裂紋的硅襯底氮化鎵LED外延技術(shù)高效、散熱好的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片技術(shù)；45 mil的硅襯底LED芯片在350mA下達(dá)到142lm/W；硅襯底LED的LM80可靠性測(cè)試；熒光粉直涂工藝技術(shù)提高封裝效率；6英寸大尺寸硅襯底氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED的低成本優(yōu)勢(shì)、及研發(fā)結(jié)果等幾個(gè)方面，介紹了硅襯底上氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)大功率LED解決方案，以及一些關(guān)鍵器件性能和特點(diǎn)。

晶能光電有限公司孫錢(qián)博士

孫博士指出現(xiàn)在業(yè)界做LED采用硅襯底是因?yàn)楣枳饕r底與藍(lán)寶石作襯底相比具有襯底材料便宜、硅襯底的散熱系數(shù)較大、有大尺寸8-12寸的硅襯底、我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、襯底剝離容易、可利用IC行業(yè)折舊的設(shè)備工藝線(xiàn)等優(yōu)勢(shì)。但硅作襯底也有難點(diǎn)：1、大晶格失配17%：很高的缺陷密度，降低LED光效 ；2、熱膨脹系數(shù)的大失配54%：外延膜在降溫過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重影響材料質(zhì)量和器件性能 ；3、金屬鎵與硅襯底的化學(xué)反應(yīng) 4、高溫外延過(guò)程中片子彎曲度大。

而在硅襯底上外延生長(zhǎng)GaN的主要難點(diǎn)：1、GaN與硅之間的17%大晶格失配: 很高的缺陷密度；2、 54%的熱膨脹系數(shù)的大失配: 外延膜在降溫過(guò)程中產(chǎn)生裂紋；3、金屬Ga直接與硅襯底接觸時(shí)會(huì)有化學(xué)回融反應(yīng)。

晶格失配會(huì)造成很大的缺陷密度，性能效率就會(huì)受到影響，晶格失配就是質(zhì)量問(wèn)題。難點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)的上升，因?yàn)樵诟邷氐臅r(shí)候，外延生長(zhǎng)的時(shí)候，降溫從1000多度降到10的過(guò)程中，收縮比較快，但氮化鎵就返過(guò)來(lái)了，硅不讓它收縮，相當(dāng)于把襯底向外很大的張拉力，拉扯會(huì)像一個(gè)碗一樣，最后會(huì)產(chǎn)生裂紋。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，孫博士介紹利用在硅，積累一個(gè)壓應(yīng)力把它塞進(jìn)去，抵消降溫產(chǎn)生的張應(yīng)力，就會(huì)變成平的。

而對(duì)于硅跟藍(lán)寶石的差別，孫博士指出藍(lán)寶石優(yōu)點(diǎn)是五面儲(chǔ)光，硅不會(huì)進(jìn)入襯底，光只是單面儲(chǔ)光，硅是一個(gè)冷波峰波，冷波峰就是光每個(gè)角度看的時(shí)候它是一個(gè)很均勻的分布，所以?xún)?yōu)點(diǎn)就是很均勻，很適合聚光，二次光很容易配。另外硅的導(dǎo)熱系統(tǒng)比較好，PE型進(jìn)一步降低它的散熱成本，也利于做熒光粉直涂工藝。

最后孫博士認(rèn)為，藍(lán)寶石2寸，肯定往自動(dòng)化、大尺寸、大規(guī)模走，國(guó)內(nèi)目前三安做得很好，現(xiàn)在東芝進(jìn)入了，三星也在做。而對(duì)于硅襯底，克服硅襯底技術(shù)的難題，設(shè)備產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，6英寸研發(fā)進(jìn)展還需加快。