LED外延与芯片的技术发展趋势.pdf

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1、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外延芯片的发展现状 LED核心技术的发展趋势LED核心技术的发展趋势 垂直薄膜型LED芯片研发现状垂直薄膜型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：90110lm/W芯片（蓝光）功率效率350mW/WVF3.5V饱和电流700mA功率效率:370450mW/WVF3.3V饱和电流1000mA封装白光器件封装白光器件测试结果测试结果注：以上由三安提供S-50ABMUP系列芯片，华联封装器件注：以上由三安提供S

2、-50ABMUP系列芯片，华联封装器件技术特点正装结构芯片技术特点正装结构芯片sapphireITOp-GaNMQWn-GaNP-padu-GaNN-padCBLTiO2/SiO2 DBR 改善型外延结构，提高内量改善型外延结构，提高内量 子效率子效率 PSS/PSS+p-roughPSS/PSS+p-rough 新颖的DBR/ODR设计，提高取新颖的DBR/ODR设计，提高取 光效率光效率 LBR(LaserLBR(Laser Burn Removing)Burn Removing)ITO、CBL工艺优化ITO、CBL工艺优化AlSiO2产业化水平产业化水平典型参数：典型参数：VF(V)：3

3、.03.4Po(mW)：350450WLD(nm)：450465典型光效：典型光效：90110lm/W量产良率量产良率60产能：产能：2kkpcs/月月正装功率型正装功率型LED芯片芯片最高辐射功率：最高辐射功率：522mW（蓝灯）最高白光光效：（蓝灯）最高白光光效：105lm/WTc=5240K垂直结构功率型垂直结构功率型LED芯片芯片最高辐射功率：最高辐射功率：373mW（蓝灯）最高白光光通量：（蓝灯）最高白光光通量：103lmTc=6810K厂商厂商产品特点产品特点量产量产研发研发NichiaNichia正装、PSS正装、PSS90110lm/W 134 lm/WCreeCreeSiC生

4、长衬底、垂直、Si衬底SiC生长衬底、垂直、Si衬底100120lm/W 161 lm/WLumiledsLumileds薄膜倒装结构（TFFC）薄膜倒装结构（TFFC）90110lm/W 140 lm/WOsramOsram垂直、Si衬底垂直、Si衬底100110lm/W 136 lm/WSemiledsSemileds垂直、铜合金衬底垂直、铜合金衬底8090lm/W110 lm/WEpistarEpistar正装、PSS正装、PSS90100lm/W120lm/W三安三安正装、PSS正装、PSS90100lm/W 110 lm/W国内国内正装、PSS、粗化正装、PSS、粗化7090lm/W

5、90lm/W统计更新至统计更新至2009年年9月月国内外国内外功型芯片功型芯片技术水平现技术水平现况况注：注：1W功率型功率型LED、冷白光、工作电流、冷白光、工作电流350mA商业化的大功率薄膜芯片及器件商业化的大功率薄膜芯片及器件Lumileds TFFC in Luxeon RebelCree EZBright in XLampOsram Thin-GaN in Platinum DragonLED核心技术发展趋势薄膜氮化镓芯片VS传统结构芯片薄膜氮化镓芯片VS传统结构芯片芯片结构芯片结构传统结构传统结构(正装正装)薄膜结构薄膜结构发光效率发光效率存在电流拥挤效应存在电流拥挤效应N台面占

6、用有效发光面积N台面占用有效发光面积横向串联电阻大横向串联电阻大p型层粗化提升光效40%p型层粗化提升光效60%N极性面粗化提高光效60%热阻热阻蓝宝石衬底散热差蓝宝石衬底散热差芯片热阻较大芯片热阻较大Si或者金属衬底散热佳Si或者金属衬底散热佳芯片热阻较小芯片热阻较小封装封装芯粒级封装芯粒级封装可实现晶圆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永久衬底的选择和粘合工艺 生长衬底的剥离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反射性P电极系统的设计和制作工艺 氮极

7、性面N型欧姆接触制作工艺氮极性面N型欧姆接触制作工艺 出光表面的粗化工艺出光表面的粗化工艺 光子晶体技术在薄膜芯片的应用光子晶体技术在薄膜芯片的应用关键技术突破关键技术突破外延材料的结构设计和生长工艺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外延结构内量子效率的提升图形衬底、横向外延图形衬底、横向外延垂直薄膜芯片外延结构设计垂直薄膜芯片外延结构设计正装芯片的取光技术正装芯片的取光技术透明导电层工艺透明导电层工艺背镀DBR/ODR提高反射率背镀DBR/ODR提高反射率激光烧蚀物去除和侧壁蚀刻激光烧蚀物去除和侧壁蚀刻薄膜芯片工艺探索薄膜芯片工艺探索衬底转移：晶圆键合激光剥离衬底转移：晶圆

8、键合激光剥离“反射层反射层/粘合层粘合层/阻挡层阻挡层”结构设计结构设计PEC蚀刻N面、表面粗化or图形化PEC蚀刻N面、表面粗化or图形化封装技术封装技术（结构、封装材料、散热、光色、可靠性）（结构、封装材料、散热、光色、可靠性）商业化薄膜型大功芯片技术分析商业化薄膜型大功芯片技术分析厂商厂商芯片架构芯片架构生长衬底生长衬底永久衬底永久衬底衬底剥离衬底剥离表面粗化表面粗化Cree垂直垂直SiCSi(键合键合)湿法腐蚀湿法腐蚀金字塔状金字塔状Osram垂直垂直蓝宝石蓝宝石 or SiCGe(键合键合)LLO金字塔状金字塔状Lumileds倒装倒装蓝宝石蓝宝石陶瓷陶瓷LLO金字塔状金字塔状Sem

9、ileds垂直垂直蓝宝石蓝宝石Cu合金合金 (电镀电镀)LLO金字塔状金字塔状*Sanan *Sanan 垂直垂直 蓝宝石蓝宝石 Si,金属衬底金属衬底(键合键合)LLO 金字塔状金字塔状垂直薄膜芯片研发現況三安垂直芯片结构三安垂直芯片结构Si substrateAg alloyp-GaNMQWn-GaNbarriersolderP-electrodeN-pad 外延结构设计:IQE,n-GaN厚度,外延结构设计:IQE,n-GaN厚度,翹翹 曲度,平整度曲度,平整度 键合Si衬底激光剥离（单元化完键合Si衬底激光剥离（单元化完 全隔离设计）全隔离设计）Ag合金Ag合金“反射接触层/阻挡层反射

10、接触层/阻挡层”设计设计 热稳定的N面n型欧姆接触设计热稳定的N面n型欧姆接触设计 图形化蚀刻随机光辅助电化学蚀图形化蚀刻随机光辅助电化学蚀 刻刻关键技术薄膜芯片外延结构设计关键技术薄膜芯片外延结构设计p-GaNMQWn-GaNsapphirebufferU-GaNp-AlGaNp-contact layerPolar contact layer 欧姆接触层设计欧姆接触层设计 减少吸光外延层减少吸光外延层 控制晶圆片翘曲度控制晶圆片翘曲度 表面平整度表面平整度 耐冲击耐冲击关键技术外延内量子效率的提升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（小功率芯片三安历年蓝光光功率提升情况（

11、小功率芯片20mA）关键技术透明电极的制备技术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)材料选择：氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)镀膜方式：e-beam、sputter、MOCVD镀膜方式：e-beam、sputter、MOCVD 参数优化：电阻率、折射率、透光率的权衡参数优化：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，图形化表面处理：湿法、干法、组合式，随机粗化，图形化优化的优化的ITO特性参数：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中紫

12、外光源(PEC)晶圆键合机激光剥离机工作台工作台准分子 激光准分子 激光关键技术晶圆键合与激光剥离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表面粗化工艺关键技术PSS+PEC关键技术PSS+PECPSS外延片经过LLO后表面PEC处理后表面PSS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准光子晶体与纳米压印典型参数（典型参数（IF=350mA）：）：工作电压工作电压VF：3.33.8V最高辐射功率：最高辐射功率：373mW（

13、蓝灯）最高白光光通量：（蓝灯）最高白光光通量：103lmTc=6810K(90 lm/W)目前水平与下一步计划目前水平与下一步计划三安垂直结构芯片三安垂直结构芯片下一步计划：下一步计划：提高外延内量子效率（提高外延内量子效率（1.21.2）；）；降低工作电压（降低工作电压（3.0V9090）配合荧光粉、封装工艺等改进，攻关配合荧光粉、封装工艺等改进，攻关150lm/W150lm/W目标。目标。蓝光功率蓝光功率LEDLED生产线生产线外延、芯片产业化外延、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 机封装产业化封装产业化设计产能：800KK/月设计产能：800KK/月