未來5年 氮化鎵襯底引領(lǐng)LED襯底發(fā)展潮流

在當(dāng)今日美壟斷LED芯片核心技術(shù)的格局下，中國LED企業(yè)如何打破格局，完成技術(shù)攻堅(jiān)，促進(jìn)LED發(fā)展顯得尤為重要。目前，LED襯底類別包括藍(lán)寶石、碳化硅、硅以及被稱為第三代半導(dǎo)體材料的氮化鎵。
與傳統(tǒng)襯底材料相比，氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越特性，是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系。時(shí)至今日，氮化鎵襯底相對(duì)于藍(lán)寶石、碳化硅等襯底的性能優(yōu)勢(shì)顯而易見，最大難題在于價(jià)格過高。
厚膜的襯底產(chǎn)品方面：產(chǎn)品有10～50微米的不同規(guī)格，常用的是20～30微米。位錯(cuò)密度在107cm～3量級(jí)，根據(jù)不同的技術(shù)參數(shù)可分為兩種即n型摻雜與半絕緣。n型摻雜主要運(yùn)用于LED等光電器件，半絕緣主要運(yùn)用于電力電子、微波器件上。
自支撐氮化鎵(GaN)襯底方面：位錯(cuò)密度在105cm-3量級(jí)，根據(jù)不同的技術(shù)參數(shù)分為三種，即n型摻雜、半絕緣與非摻雜。n型氮化鎵，主要運(yùn)用于LED、激光器方面;半絕緣則運(yùn)用于高功率微波器件或大電流高電壓的開關(guān)上。非摻雜即高純度氮化鎵，在探測(cè)器上的應(yīng)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(chǎn)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，處于國際前列水平。納維是國際上能夠生產(chǎn)銷售氮化鎵自支撐晶片的少數(shù)幾個(gè)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(fā)生反應(yīng)，生成氯化鎵，氯化鎵在200℃后變成氣體，以這個(gè)為原材料，進(jìn)而通過在襯底表面上與氨氣反應(yīng)變成氮化鎵。HVPE這種生成方法，在表面的化學(xué)飽和度非常高，因此，其生長速度非?？?，比MOCVD的生長速度快50～100倍，它一個(gè)小時(shí)能夠生長200～300個(gè)微米，可以在短時(shí)間內(nèi)把這個(gè)材料變成高質(zhì)量的氮化鎵，這是它的一個(gè)特點(diǎn)。
未來5年，氮化鎵的價(jià)格將下降10～20倍，4～6寸進(jìn)入市場(chǎng)
現(xiàn)在LED盛行的風(fēng)潮下，氮化鎵作為半導(dǎo)體發(fā)光二極管應(yīng)用于LED照明也已經(jīng)在中國發(fā)展得風(fēng)起云涌。氮化鎵襯底上的同質(zhì)外延與藍(lán)寶石襯底上的異質(zhì)外延，單從技術(shù)角度上講，異質(zhì)外延缺陷密度比同質(zhì)外延的氮化鎵高出2～3個(gè)數(shù)量級(jí);氮化鎵具有導(dǎo)電的特點(diǎn)，可以做成垂直結(jié)構(gòu)的芯片，這樣，外延片的利用面積比藍(lán)寶石的提高1.5倍;做成垂直結(jié)構(gòu)之后，氮化鎵上電流密度可以很高，期望一個(gè)氮化鎵襯底上的芯片可以抵十個(gè)藍(lán)寶石襯底上的芯片。美國的Sorra和日本的NGK已經(jīng)開始大力開發(fā)這類芯片，并取得重要突破，達(dá)到同樣亮度，氮化鎵襯底上制作的LED能耗比傳統(tǒng)芯片低一半以上。
隨著氮化鎵的規(guī)模量產(chǎn)和價(jià)格的下降，以及LED外延技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)將芯片電流密度提高到5～10倍時(shí)，氮化鎵在LED上運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)會(huì)比藍(lán)寶石明顯很多，這是大家看好的未來的一個(gè)發(fā)展方向。預(yù)計(jì)未來5年，用于LED的氮化鎵襯底價(jià)格能夠降10～20倍，氮化鎵襯底在單位流明價(jià)格上會(huì)取得顯著優(yōu)勢(shì)。我們對(duì)未來非常有信心。
未來氮化鎵襯底不完全取代藍(lán)寶石襯底
藍(lán)寶石襯底根據(jù)它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以及通過規(guī)模生產(chǎn)在未來大幅降低成本的可能性，在未來很長一段時(shí)間里將成為LED襯底市場(chǎng)主流。對(duì)此，徐總表示認(rèn)同，在數(shù)量規(guī)模上，藍(lán)寶石一定是未來一段時(shí)期的主流?，F(xiàn)在不同襯底技術(shù)在細(xì)分領(lǐng)域上發(fā)展還不是很充分。將來氮化鎵大規(guī)模發(fā)展之后也不會(huì)完全取代藍(lán)寶石。
藍(lán)寶石襯底在對(duì)亮度等各方面要求不高時(shí)有它的優(yōu)勢(shì)。未來通用照明及對(duì)發(fā)光強(qiáng)度要求光效，光的穩(wěn)定性等要求非常高的情況下，氮化鎵的產(chǎn)品有它的優(yōu)勢(shì)。尤其是將LED作為新的光源，不是說簡(jiǎn)單的紅綠藍(lán)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(duì)優(yōu)勢(shì)。
韓國當(dāng)初預(yù)計(jì)，LED液晶電視的需求量非常大，每臺(tái)LEDTV需要900顆LED，算起來這個(gè)需求非常大，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在做LED電視實(shí)際只需要100顆不到，而不是當(dāng)初的900顆，這樣，需求量差不多縮小了十倍。