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LED衬底、外延及芯片的技能发展趋势
来源:http://www.tennissh.cn 责任编辑:尊龙用现金娱乐一下 更新日期:2018-08-06 12:32

  LED衬底、外延及芯片的技能发展趋势

  技能开展和工艺改进,使LED本钱大幅度下降,推动了LED运用的全面开展。为进一步进步LED节能作用,全球相关单位均投入极大的研制力气,对LED功能、可靠性进行深化的研讨开发,特别在LED衬底、外延、芯片的中心技能研讨方面,已获得打破性效果。对LED开展提出了不同的技能道路和“终极方针”的技能方案,以及提出新的发光资料。为此,本文除扼要描绘半导体照明上游工业开展概略之外,也要点介绍了LED衬底、外延、芯片中心技能开展动态并讨论相关技能的开展趋势,以及下降外延、芯片本钱的技能。

  一、半导体照明上游工业概略

  半导体照明上游工业是指LED衬底、外延及芯片相关的内容,这儿将扼要介绍上游工业的概略及首要技能指标。

  1.LED衬底概略

  现在用于LED工业化的衬底首要有蓝宝石(Al2O3)、SiC和Si,CREE公司用SiC为衬底,东芝公司宣告8″的硅衬底成长LED将于2013年工业化,其他的大部分以蓝宝石为主。全球出产蓝宝石衬底有130多家,其间有80多家是近两年参加的。2012年的需求量约9600万片(以2″核算),其间蓝宝石图形化衬底(PSS)占70%~80%,现在仍以2″和4″衬底片为主,因为相同面积的6″晶片比2″晶片要多出52%芯片,所以猜测几年后将以6″为主。因为出产才能过大,供大于求,致使蓝宝石晶片价格大幅度下降,大约为每片7~8美元。在蓝宝石晶体成长上大部分选用A轴向成长,取出C轴向的晶片,资料利用率过低,2″为35%左右,6″约为20%。有资料显现:选用CHES法直接按C轴向成长,资料利用率可达75%,并且削减了张力和应力,然后下降了衬底晶片的弯曲度和翘曲度,因而,极大进步了蓝宝石衬底的出产功率、晶片质量及下降本钱。近几年全球正在研讨许多LED的新衬底,获得了很大效果。

  我国出产蓝宝石衬底的企业约50家,其间已投产约20家左右,甘肃省临泽县举办引导高校毕业生到企业就业专场招聘会,有人核算,2011年我国出产才能已达15000万片/年(以2″核算),超越全球的需求量。并且因为蓝宝石企业直接出产PSS衬底的不多,企业的竞争力较差,企业走向转型、整合、兼并是必定的。别的,还有山东华光选用SiC衬底成长LED,南昌晶能选用6″的Si衬底成长LED,均获得较好效果。

  2.LED外延及芯片工业概略

  全球从事LED外延及芯片研制出产单位约160家,共有MOCVD设备约3000台,2011年出产芯片总量为820亿只,2012年为950亿只,2012年出产过剩率达35%。按4″晶片核算,出产才能为200万片/月,其间我国占25.8%、台湾21.8%、日本19.2%、韩国17.3%、美国11.8%、欧洲2.8%。现在外延晶片以2″和4″为主,据研讨机构猜测在几年内将以6″晶片为主,会超越50%以上。因为外延技能的不断开展,晶片尺度不断扩大,加上工艺技能的进一步改进,外延片的本钱会大幅度下降。

  我国LED外延及芯片企业约50多家,其间已投产的约36家,正在筹建的有20多家。2012年末已有MOCVD设备约980台,其间大部分以2″为主,2012年芯片的产量超越1000亿只(含小芯片和四元系芯片),产量达60亿元(还有报导为80亿元)。别的我国有16家企业正在研制制造MOCVD设备,其间有8家已做出样机,并在上游企业试用,估计2013年应该有国产MOCVD设备正式投产。因为国内LED上游企业过多,大部分企业规模偏小,缺少研制才能和竞争力,走向整合、兼并是必定的。

  3.LED首要技能指标

  发光功率作为LED标志性技能指标,近两年来有极大进步,日亚、飞利浦等几个大企业实验室水均匀超越240lm/W,Cree公司2013年2月宣告实验室光效达276lm/W,丰田组成宣告在1mm×1mm的LED芯片完成光通量400lm(在较大电流下),首尔半导体宣告光通量达500lm(在1mm×1mm的LED芯片加1000mA电流下)。全球LED工业化水平,现在可提供光效120~150lm/W的LED产品,Cree公司2012年12月初宣告可提供光效186lm/W的LED产品,12月底又宣告可提供200lm/W的LED产品。因为LED技能迅速开展,究竟LED发光功率能进步到什么程度才算最终成果呢?最近有几种提法,美国SSL方案修定中说到LED光效工业化水平达266lm/W为终极方针。三菱化学提出方针:1mm×1mm芯片发光亮度达1000lm光通量。日本田村制造提出方针:2mm×2mm芯片发光亮度达2000~3000lm光通量。上述所提的这些方针均可到达单芯片制造成LED光源

  二、LED衬底、外延及芯片技能开展趋势

  近几年LED技能开展迅速,衬底、外延及芯片中心技能获得打破性发展。本章节将对这些中心技能进行详细描绘,并介绍发光新资料,进一步探究LED上游技能开展趋势。

  1.图形化衬底

  LED外延现阶段遍及运用图形化衬底(PSS),PSS现在分为微米级PSS和纳米级nPSS,微米级PSS有各种形状图形,如正角形、梯形、圆形、椭圆形、半球形、三棱锥形、六棱锥形、火山口形等,图形高度一般1.1~1.6μm,圆直径2.5~3μm,周期约4μm,选用光微投影及电浆干式蚀刻技能,2″圆片的成品率为80%~93%,4″圆片为40%~70%,一般可进步光效30%~40%。nPSS一般选用纳米压印技能,图形巨细约260nm,周期约460nm,一般可进步光效70%左右,正在选用纳米光微影(NIL)新技能,将会下降nPSS本钱,并可适用大晶圆尺度,为此介绍二种纳米级nPSS。

  (1)nPSS衬底

  nPSS选用纳米压印是触摸式,对纳米模板及衬底平行度要求严苛,脱模、排气及母版污染等是影响成品率的首要因素,该技能瓶颈将赶快打破,将成为2013年的干流,nPSS长处:LED更高发光功率,均匀性更好,本钱低。如在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为450nm圆孔的六角形阵列,使绿光LED输出光功率是本来的三倍。

  (2)纳米柱PSS

  英国塞伦公司的新技能,在蓝宝石衬底上选用共同的纳米光刻技能,构成外表的纳米柱。该纳米柱直径是几百纳米,在此衬底上外延成长可缓解应力85%,然后大幅度削减缺点,在不添加本钱情况下,可大幅进步发光亮度,LED光效的工业化水平可达200lm/W,并改进Droop效应,衰减减缓约30%。

  小结:PSS能较大进步LED发光功率,特别是纳米级nPSS能更大进步LED发光功率,PSS是现阶段LED中心技能的开展趋势。对PSS在下降本钱方面有不同观点。

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