照明级LED芯片技术的发展

冰點檸檬

从2006年8月，科技部启动“十一五”863计划新材料领域“半导体照明工程”重大项目以来，我国LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉等方面均已显现具有自主技术产权的单元技术，部分核心技术具有原创性，初步形成了从上游材料、中游芯片制备、下游器件封装及集成应用的比较完整的研发与产业体系。本栏目将陆续介绍863项目的进展，以促进科技成果产业化。

　　半导体照明被誉为第三代照明技术并在世界范围内引起广泛的关注，其核心技术和竞争领域主要是在整个产业链的上游，即外延和芯片。近年来，半导体照明功率型LED芯片技术的研究和开发得到长足的发展，半导体照明也将在未来几年内得到广泛的应用。在所有可实现半导体照明的相关材料中，氮化镓（GaN）基材料是最重要的，也是最有希望真正意义上实现半导体照明的材料。GaN基发光二极管（Light-Emitting Diode, LED）材料与器件是当前研究开发和商业化的重点与热点。


　　国外半导体照明芯片技术的发展现状

　　目前，Cree、Nichia、Lumileds、Osram等少数几家国外公司是国际上主流的照明级LED芯片及器件制造商，他们具有各自独特的外延和芯片技术路线，各家所生产的芯片产品封装白光器件的发光效率普遍超过100lm/W（见表1）。下面简要地介绍当前各家公司的工艺技术路线和产品现状。


      国内半导体照明芯片技术的发展现状

　　国内半导体照明芯片技术的发展相对国外起步较晚，技术水平离国际领先业者还存在一定距离。不过，最近几年，在政府有关部门的引导和支持下，国内照明级LED芯片技术的研究、开发以及产业化工作取得了长足进步。特别是在“十五”国家科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”项目和“十一五”863计划半导体照明工程项目的引导下，国内各大LED芯片制造商以及研究所依靠各自科研力量，大力投入对功率型照明级LED芯片技术的开发，技术水平不断提升，产业化进程逐步深入，逐渐缩小与国际领先业者的差距，取得了一系列令人鼓舞的成果。这期间经历了“外延片从外购到自制，芯片结构从正装到倒装再到正装，光效从30lm/W到60lm/W再到100lm/W”的发展历程。

      目前，国产功率型照明级LED芯片产品在光效、寿命以及可靠性等性能方面都取得较大进展，开发出图形衬底、透明电极和全方位反射镜等一系列关键工艺技术。产业化方面，以三安光电为代表的国内厂商突破了100lm/W的技术大关，顺利完成了863计划课题目标。图1展示了国内上游厂商推出的各种外观功率型LED芯片，芯片结构全部采用技术较为成熟且制作成本较低的正装结构。国产芯片有望凭借优越的性能和极具竞争力的价格优势在“十城万盏”试点示范工程、大尺寸液晶显示屏背光以及室内通用照明等应用领域逐步渗透并最终取代进口芯片，推动中国半导体照明产业链整体的健康发展和茁壮成长。


　　三安光电作为国内LED产业上游的龙头企业，非常注重技术创新，在政府有关部门的支持下，加大对照明级芯片的研发和攻关力度。三安光电在不同的时期，针对研究热点和趋势，并结合自身需求和产业化基础，开发不同特点的功率型LED芯片产品（如图2所示）。“十五”国家科技攻关计划时期，三安开发出基于双向齐纳硅基板的倒装焊结构芯片；“十一五”时期，三安开发了基于图形衬底、全方位反射镜等技术的正装结构芯片产品，该产品封装白光器件的最高光效可达105lm/W，这可以说是国内目前所能达到的最高水平。薄膜结构氮化镓芯片是三安光电下一步研发的重点，三安目前已完成垂直薄膜芯片的初样试制，测试光效可达90lm/W。未来，三安光电将从薄膜氮化镓芯片的外延结构设计；永久衬底的选择和粘合工艺；生长衬底的剥离工艺；反射性P电极系统的设计和制作工艺；氮极性面N型欧姆接触制作工艺；出光表面的粗化工艺；光子晶体技术在薄膜芯片的应用等七个方面着手，攻关150lm/W照明级薄膜氮化镓LED芯片技术并力争实现产业化。












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我们的LED技术正在突飞猛进的发展哦。