矽襯底GaN基LED技術(shù)與前景

目前市場(chǎng)上LED用到的襯底材料有藍(lán)寶石、碳化矽SiC、矽Si、氧化鋅 ZnO、 以及氮化鎵GaN，中國市場(chǎng)上99%的襯底材料是藍(lán)寶石，而就全球范圍來看，藍(lán)寶石襯底的LED市場(chǎng)份額也占到95%以上。

但是藍(lán)寶石襯底的LED技術(shù)已發(fā)展成熟，相關(guān)專利網(wǎng)已被國際領(lǐng)頭公司嚴(yán)密布局，對(duì)后來者非常不利。同時(shí)為了降低成本，基于藍(lán)寶石襯底的LED外延片尺寸的擴(kuò)大(如6英寸)也面臨著一系列技術(shù)上的難題。很多LED廠商為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性價(jià)比，紛紛開始研發(fā)新的技術(shù)路線。諸如韓國首爾半導(dǎo)體公司研發(fā)GaN襯底的LED同質(zhì)外延技術(shù)，美國普瑞光電公司、歐司朗Osram、韓國三星、日本東芝等眾多公司在開發(fā)矽襯底GaN基LED技術(shù)。

上述介紹的幾種LED襯底材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，如下表所示：

此次重點(diǎn)探究矽襯底LED芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。中國大陸有一家從事矽襯底LED研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)——晶能光電有限公司。為了進(jìn)一步了解矽襯底LED的性能優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景，邀請(qǐng)了晶能光電的矽襯底LED技術(shù)研發(fā)副總裁孫錢作更為細(xì)致的介紹。

孫錢博士介紹，晶能光電今年在全球率先開始量產(chǎn)新一代矽襯底大功率LED，并入選國際半導(dǎo)體照明2012年度新聞。目前晶能光電生產(chǎn)的矽襯底LED芯片處于市場(chǎng)推廣階段，已給國內(nèi)外三十多家客戶送樣。與傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底LED芯片的封裝方式不一樣，矽襯底LED垂直結(jié)構(gòu)薄膜芯片的封裝需采用陶瓷基板。而之前中國大陸大多數(shù)下游企業(yè)都是封裝藍(lán)寶石襯底的LED芯片，希望他們能跟上國際主流盡快開發(fā)出陶瓷基板的封裝技術(shù)，把矽襯底LED的光斑好、電壓低、散熱良好、適合大電流驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來。

他表示，大尺寸矽襯底LED有著更高的性價(jià)比，是目前國內(nèi)外行業(yè)的研究熱點(diǎn)。其成本上的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)主要方面：一、大尺寸矽襯底的材料成本比同等大小的藍(lán)寶石襯底的成本要低很多;二、可以采用IC廠折舊的自動(dòng)化矽工藝線，設(shè)備折舊成本低，且工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)品良率將優(yōu)于目前LED行業(yè)的大量人工作業(yè);三、大尺寸矽襯底LED芯片的生產(chǎn)效率也將遠(yuǎn)高于目前基于2英寸的生產(chǎn)模式。

孫錢博士認(rèn)為，藍(lán)寶石襯底的價(jià)格降到了當(dāng)前的水準(zhǔn)，未來進(jìn)一步下調(diào)的空間有限。而矽襯底材料的生產(chǎn)技術(shù)已非常成熟，大尺寸矽襯底LED的高性價(jià)比將推進(jìn)LED芯片價(jià)格降低的下一輪風(fēng)暴。當(dāng)然，藍(lán)寶石襯底LED不會(huì)被淘汰掉，未來應(yīng)該是藍(lán)寶石、矽、和碳化矽等幾種襯底在LED市場(chǎng)上共存的競(jìng)爭(zhēng)格局，根據(jù)各自的性能特點(diǎn)，在不同的細(xì)分領(lǐng)域的來分得市場(chǎng)份額。

對(duì)于未來矽襯底LED芯片的推廣，孫錢博士給出了自己的建議。他表示，先同幾家比較有影響力的封裝大廠進(jìn)行合作封裝矽襯底LED芯片，引導(dǎo)下游產(chǎn)業(yè)中小企業(yè)來參與，共同推進(jìn)矽襯底LED的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，他呼吁國內(nèi)外LED芯片廠家參與到矽襯底LED的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中來，大家一起努力將這條新的技術(shù)路線做好做大。

據(jù)了解，晶能光電目前生產(chǎn)的中大尺寸矽襯底LED芯片的有28 mil X 28mil、35 mil X 35 mil、45 mil X 45 mil、55 mil X 55 mil 等規(guī)格產(chǎn)品，主要用在照明領(lǐng)域。小尺寸產(chǎn)品有8 mil X 8mil規(guī)格，主要用在數(shù)碼產(chǎn)品以及顯示幕等領(lǐng)域。迄今為止晶能光電在國際上取得了200多項(xiàng)專利，正成為在國際市場(chǎng)上較有競(jìng)爭(zhēng)力的中國企業(yè)。

對(duì)于當(dāng)前整個(gè)LED行業(yè)疲倦的狀態(tài)，孫錢博士也給出了自己的看法。他認(rèn)為，產(chǎn)能過剩是相對(duì)的，拓展市場(chǎng)需要有更貼合市場(chǎng)的高性價(jià)比產(chǎn)品，中國的LED企業(yè)需要加強(qiáng)合作，在競(jìng)爭(zhēng)前技術(shù)上應(yīng)該有更多的合作和共享，這樣可以加快行業(yè)的發(fā)展速度。他表示，最近三安光電和臺(tái)灣璨圓的合作，邁開了中國本土LED企業(yè)邁向國際市場(chǎng)的一大步，對(duì)于整個(gè)中國LED行業(yè)有著非常重要的意義。