未来紫光LED晶片 将成LED照明研究重点
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上世纪末,半导体照明开端出现并疾速展开,其间一个核心条件是蓝光GaN基发光资料的成长和器材构造的制备,而将来资料和器材构造技能的水平也终将决议半导体照明技能的高度。就GaN基资料及器材衍生出设备、源资料、器材规划、芯片技能、芯片使用等五大有些进行剖析。
设备
在当时无法制备大块GaN单晶资料的情况下,MOCVD即金属有机物化学气相堆积设备仍是GaN资料异质外延最关键设备。当时商用MOCVD设备商场首要由世界两大巨子把握,在此局势中国MOCVD仍取得较大展开,而且出现48片机。
但咱们仍需求认识到国内MOCVD的缺陷。关于MOCVD,一般来说,研究型设备的要点是温度操控,商业化设备是均匀性、重复性等。在低温下,能够 成长高In组分InGaN,合适氮化物系统资料在橙黄光、红光、红外等长波长的使用,使氮化物使用涵盖整个白光范畴;而在1200oC-1500oC高温下,能够成长高Al组分的AlGaN,使得氮化物使用拓展到紫外范畴和功率电子器材范畴,使用规模取得更大的拓展。
当时国外现已具有1600oC高温MOCVD设备,可制备出高功能紫外LED和功率器材。中国MOCVD仍需长时间展开,扩展MOCVD的温度操控规模;关于商用设备不只要前进功能,更要确保均匀性和规模化。
源资料
源资料首要包含各种气体资料、金属有机物资料、基板资料等。其间,基板资料是重中之重,直接制约外延薄膜质量。当时,GaN基LED的衬底越来越多元化,SiC、Si以及GaN等衬底技能逐步前进,有些衬底从2英寸向3英寸、4英寸乃至6英寸、8英寸等大尺度展开。
但归纳来看,当时性价比最高的仍是蓝宝石;SiC功能优越但报价昂贵;Si衬底的报价、尺度优势以及与传统集成电路技能衔接的引诱使得Si衬底仍然是当下最有远景的技能道路之一。
GaN衬底仍需在前进尺度和降低报价方面下功夫,以便将来在高端绿光激光器和非极性LED使用方面大显神通;金属有机物资料从依靠进口到自主出产,有了很大的展开;其他气体资料也取得长足前进。总之,中国在源资料范畴取得很大展开。
外延
外延,即器材构造的取得进程,是最具有技能含量的技能步骤,直接决议LED的内量子功率。当时半导体照明芯片绝大多数选用多量子阱构造,详细技能路 线往往受制于衬底资料。而蓝宝石衬底遍及选用图形衬底(PSS)技能,降低外延薄膜的为错密度前进内量子功率,一起也前进光的出取功率。将来PSS技能仍 是重要的衬底技能,且图形尺度逐步向纳米化方向展开。
而使用GaN同质衬底能够采纳非极性面或半极性面外延成长技能,有些消除极化电场导致的量子斯塔克效应,在绿光、黄绿光、红橙光GaN基LED使用 方面具有十分重要的含义。别的,当时的外延遍及是制备单发光波长量子阱,选用适当外延技能,能够制备多波长发射的LED,即单芯片白光LED,这也是很有 远景的技能道路之一。
其间,具有代表性的如用InGaN量子阱中相别离,完成了高In组分InGaN黄光量子点和蓝光量子阱组合发出白光。此外,还有使用多重量子阱发光 完成宽光谱发光模式,以此完成单芯片白光输出,但是该白光的显色指数还比较低。无萤光粉单芯片白光LED是很具吸引力的展开方向,如果能完成高功率和高显 色指数,将会改动半导体照明的技能链。
在量子阱构造方面,引进电子阻挠层阻挠电子走漏前进发光功率现已变成LED外延构造的常规方法。此外,优化量子阱的势垒和势阱仍将是重要技能环节, 如何调理应力,完成能带裁剪,能够制备不一样发光波长的LED。在芯片覆盖层方面,如何前进p型层的资料质量、p型层空穴浓度、导电功能和处理大电流下droop效应仍然是当务之急。
芯片
在芯片技能方面,如何前进光获取功率并得到十分好的散热方案变成芯片规划的宗旨,并相应研发了笔直构造、外表粗化、光子晶体、倒装构造、薄膜倒装构造(TFFC)、新式透明电极等技能。其间,薄膜倒装构造使用激光剥离、外表粗化等技能,能够较大起伏前进出光功率。
芯片使用
对于蓝光LED激起黄色萤光粉的白光LED技能方案较低的萤光变换功率,RGB多芯片白光和单芯片无萤光粉白光变成将来白光LED的首要技能趋势,功率较低的绿光LED则变成RGB多芯片白光的首要约束因素,将来半极性或非极性绿光LED将变成重要的展开趋势。
在处理白光LED显色方面,可使用紫光或紫外LED激起RGB三色萤光粉,取得高显色白光LED技能,但必定献身一有些功率。当时,紫光或紫外光芯片功率现已取得很大前进,日亚化学公司出产的365nm波长紫外LED外量子功率现已挨近50%。将来紫外LED将取得更多使用,且无其它紫外发光系统资料替代,展开远景十分无穷。
一些发达国家已纷繁投入很多人力、物力展开UVLED的研究。而氮化物的红光红外光波段使用,除了环境之外,无论是报价仍是功能都难以与砷化物竞赛,因此远景不是很明亮。
依据上述可知,环绕半导体照明的上游资料及设备现已取得很大的展开,尤其在功率方面,蓝光波段现已挨近抱负功率,芯片在半导体照明灯具的报价比也大 起伏降低,将来半导体照明将从光的功率向光质量方向展开,这需求芯片资料突破蓝光范畴,一起向长波长和短波长方向展开,而绿光、紫光和紫外光LED芯片将是将来研究要点。
文章由澳镭照明电器整理发布,澳镭照明官方网站:www.aooled.com