未來5年,氮化鎵襯底引領LED襯底發展潮流

2020-12-01 OFweek維科網

　　在當今日美壟斷LED晶片核心技術的格局下，中國LED企業如何打破格局，完成技術攻堅，促進LED發展顯得尤為重要。目前，LED襯底類別包括藍寶石、碳化矽、矽以及被稱為第三代半導體材料的氮化鎵。

　　與傳統襯底材料相比，氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越特性，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系。時至今日，氮化鎵襯底相對於藍寶石、碳化矽等襯底的性能優勢顯而易見，最大難題在於價格過高。

　　厚膜的襯底產品方面：產品有10～50微米的不同規格，常用的是20～30微米。位錯密度在107cm～3量級，根據不同的技術參數可分為兩種即n型摻雜與半絕緣。n型摻雜主要運用於LED等光電器件，半絕緣主要運用於電力電子、微波器件上。

　　自支撐氮化鎵(GaN)襯底方面：位錯密度在105cm-3量級，根據不同的技術參數分為三種，即n型摻雜、半絕緣與非摻雜。n型氮化鎵，主要運用於LED、雷射器方面；半絕緣則運用於高功率微波器件或大電流高電壓的開關上。非摻雜即高純度氮化鎵，在探測器上的應用較為廣泛，要求材料的電子濃度越低越好。納維非摻雜氮化鎵產品，X射線(002)半峰寬為50秒、(102)半峰寬為80秒左右，塊體材料的電子遷移率超過1500cmV-1s-1，處於國際前列水平。納維是國際上能夠生產銷售氮化鎵自支撐晶片的少數幾個單位之一。

　　HVPE法生長GaN自支撐襯底

　　HVPE主要是金屬鎵、氯化氫、氨氣，金屬鎵和氯化氫發生反應，生成氯化鎵，氯化鎵在200℃後變成氣體，以這個為原材料，進而通過在襯底表面上與氨氣反應變成氮化鎵。HVPE這種生成方法，在表面的化學飽和度非常高，因此，其生長速度非常快，比MOCVD的生長速度快50～100倍，它一個小時能夠生長200～300個微米，可以在短時間內把這個材料變成高質量的氮化鎵，這是它的一個特點。

　　未來5年，氮化鎵的價格將下降10～20倍，4～6寸進入市場

　　現在LED盛行的風潮下，氮化鎵作為半導體發光二極體應用於LED照明也已經在中國發展得風起雲湧。氮化鎵襯底上的同質外延與藍寶石襯底上的異質外延，單從技術角度上講，異質外延缺陷密度比同質外延的氮化鎵高出2～3個數量級；氮化鎵具有導電的特點，可以做成垂直結構的晶片，這樣，外延片的利用面積比藍寶石的提高1.5倍；做成垂直結構之後，氮化鎵上電流密度可以很高，期望一個氮化鎵襯底上的晶片可以抵十個藍寶石襯底上的晶片。美國的Sorra和日本的NGK已經開始大力開發這類晶片，並取得重要突破，達到同樣亮度，氮化鎵襯底上製作的LED能耗比傳統晶片低一半以上。

　　隨著氮化鎵的規模量產和價格的下降，以及LED外延技術的不斷發展，當將晶片電流密度提高到5～10倍時，氮化鎵在LED上運用的優勢會比藍寶石明顯很多，這是大家看好的未來的一個發展方向。預計未來5年，用於LED的氮化鎵襯底價格能夠降10～20倍，氮化鎵襯底在單位流明價格上會取得顯著優勢。我們對未來非常有信心。

　　未來氮化鎵襯底不完全取代藍寶石襯底

　　藍寶石襯底根據它獨特的優勢，以及通過規模生產在未來大幅降低成本的可能性，在未來很長一段時間裡將成為LED襯底市場主流。對此，徐總表示認同，在數量規模上，藍寶石一定是未來一段時期的主流。現在不同襯底技術在細分領域上發展還不是很充分。將來氮化鎵大規模發展之後也不會完全取代藍寶石。

　　藍寶石襯底在對亮度等各方面要求不高時有它的優勢。未來通用照明及對發光強度要求光效，光的穩定性等要求非常高的情況下，氮化鎵的產品有它的優勢。尤其是將LED作為新的光源，不是說簡單的紅綠藍景觀燈，而用在投影儀上，投射燈、汽車燈、閃光燈等方面，氮化鎵襯底有它的絕對優勢。

　　韓國當初預計，LED液晶電視的需求量非常大，每臺LEDTV需要900顆LED，算起來這個需求非常大，但是隨著技術的發展，現在做LED電視實際只需要100顆不到，而不是當初的900顆，這樣，需求量差不多縮小了十倍。

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