LED外延与芯片的技术发展趋势

LED外延与芯片的技术发展趋势2009.12.16内容概要LED外延芯片的发展现状LED核心技术的发展趋势垂直薄膜型LED芯片研发现状LED外延芯片的发展现状国产芯片完成情况形式考核指标完成指标封装（白光）发光效率≥100lm/W发光效率：90～110lm/W芯片（蓝光）功率效率≥350mW/WVF≤3.5V饱和电流≥700mA功率效率:370～450mW/WVF≤3.3V饱和电流≥1000mA－封装白光器件测试结果注：以上由三安提供S-50ABMUP系列芯片，华联封装器件技术特点－正装结构芯片sapphireITOp-GaNMQWn-GaNP-padu-GaNN-padCBLTiO2/SiO2DBR改善型外延结构，提高内量子效率PSS/PSS+p-rough新颖的DBR/ODR设计，提高取光效率LBR(LaserBurnRemoving)ITO、CBL工艺优化AlSiO2产业化水平典型参数：VF(V)：3.0~3.4Po(mW)：350～450WLD(nm)：450～465典型光效：90～110lm/W量产良率60％产能：2kkpcs/月正装功率型LED芯片最高辐射功率：522mW（蓝灯）最高白光光效：105lm/W@Tc=5240K垂直结构功率型LED芯片最高辐射功率：373mW（蓝灯）最高白光光通量：103lm@Tc=6810K厂商产品特点量产研发Nichia正装、PSS90~110lm/W134lm/WCreeSiC生长衬底、垂直、Si衬底100~120lm/W161lm/WLumileds薄膜倒装结构（TFFC）90~110lm/W140lm/WOsram垂直、Si衬底100~110lm/W136lm/WSemileds垂直、铜合金衬底80~90lm/W110lm/WEpistar正装、PSS90~100lm/W120lm/W三安正装、PSS90~100lm/W110lm/W国内正装、PSS、粗化70~90lm/W90lm/W统计更新至2009年9月国内外功率型芯片技术水平现况注：1W功率型LED、冷白光、工作电流350mA商业化的大功率薄膜芯片及器件LumiledsTFFCinLuxeonRebelCreeEZBrightinXLampOsramThin-GaNinPlatinumDragonLED核心技术发展趋势薄膜氮化镓芯片VS传统结构芯片芯片结构传统结构(正装)薄膜结构发光效率存在电流拥挤效应N台面占用有效发光面积横向串联电阻大p型层粗化提升光效40%电流分布较为均匀有效发光面积较大串联电阻较大N极性面粗化提高光效60%热阻蓝宝石衬底散热差芯片热阻较大Si或者金属衬底散热佳芯片热阻较小封装芯粒级封装可实现晶圆级封装薄膜型氮化镓芯片的研究課題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关键技术突破外延材料的结构设计和生长工艺外延结构内量子效率的提升图形衬底、横向外延垂直薄膜芯片外延结构设计正装芯片的取光技术透明导电层工艺背镀DBR/ODR提高反射率激光烧蚀物去除和侧壁蚀刻薄膜芯片工艺探索衬底转移：晶圆键合＋激光剥离“反射层/粘合层/阻挡层”结构设计PEC蚀刻N面、表面粗化or图形化封装技术（结构、封装材料、散热、光色、可靠性）商业化薄膜型大功率芯片技术分析厂商芯片架构生长衬底永久衬底衬底剥离表面粗化Cree垂直SiCSi(键合)湿法腐蚀金字塔状Osram垂直蓝宝石orSiCGe(键合)LLO金字塔状Lumileds倒装蓝宝石陶瓷LLO金字塔状Semileds垂直蓝宝石Cu合金(电镀)LLO金字塔状*Sanan垂直蓝宝石Si,金属衬底(键合)LLO金字塔状垂直薄膜芯片研发現況三安垂直芯片结构SisubstrateAgalloyp-GaNMQWn-GaNbarriersolderP-electrodeN-pad外延结构设计:IQE,n-GaN厚度,翹曲度,平整度键合Si衬底＋激光剥离（单元化完全隔离设计）Ag合金“反射接触层/阻挡层”设计热稳定的N面n型欧姆接触设计图形化蚀刻＋随机光辅助电化学蚀刻关键技术－薄膜芯片外延结构设计p-GaNMQWn-GaNsapphirebufferU-GaNp-AlGaNp-contactlayerPolarcontactlayer欧姆接触层设计减少吸光外延层控制晶圆片翘曲度表面平整度耐冲击关键技术－外延内量子效率的提升三安历年蓝光光功率提升情况（小功率芯片@20mA）关键技术－透明电极的制备技术材料选择：氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)镀膜方式：e-beam、sputter、MOCVD参数优化：电阻率、折射率、透光率的权衡表面处理：湿法、干法、组合式，随机粗化，图形化优化的ITO特性参数：n=1.96,电阻率=9,透射率=99.4%(460nm),RMS=8.2nm中紫外光源(PEC)晶圆键合机激光剥离机工作台准分子激光关键技术－晶圆键合与激光剥离YAG激光剥离系统外延片真空键合设备关键技术－晶圆键合与激光剥离NG-1NG-2Good关键技术－表面粗化工艺关键技术－PSS+PECPSS外延片经过LLO后表面PEC处理后表面准光子晶体与纳米压印典型参数（IF=350mA）：工作电压VF：3.3～3.8V最高辐射功率：373mW（蓝灯）最高白光光通量：103lm@Tc=6810K(~90lm/W)目前水平与下一步计划三安垂直结构芯片下一步计划：提高外延内量子效率（×1.2）；降低工作电压（3.0V）并保持其温度稳定性；PQC应用于薄膜芯片以提升取光效率（90％）配合荧光粉、封装工艺等改进，攻关150lm/W目标。蓝光功率蓝光功率LEDLED生产线生产线外延、芯片产业化半自动光刻机半自动光刻机全自动蓝宝石衬底磨、抛系统全自动蓝宝石衬底磨、抛系统芯片激光切割机芯片激光切割机全自动固晶机全自动焊线机全自动点胶机半自动分光机封装产业化设计产能：800KK/月