氮化鎵襯底或將引領LED襯底發展潮流
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。氮化鎵襯底相對于藍寶石、碳化硅等襯底的性能優勢顯而易見,但最大難題在于價格過高。
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型摻雜主要運用于LED等光電器件,半絕緣主要運用于電力電子、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,主要運用于LED、激光器方面;半絕緣則運用于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,處于國際前列水平。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℃后變成氣體,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
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芯片,這樣,外延片的利用面積比藍寶石的提高1.5倍。做成垂直結構之后,氮化鎵上電流密度可以很高,期望一個氮化鎵襯底上的芯片可以抵十個藍寶石襯底上的芯片。美國的Sorra和日本的NGK已經開始大力開發這類芯片,并取得重要突破,達到同樣亮度,氮化鎵襯底上制作的LED能耗比傳統芯片低一半以上。
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,當將芯片電流密度提高到5~10倍時,氮化鎵在LED上運用的優勢會比藍寶石明顯很多。預計未來5年,用于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。
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里將成為LED襯底市場主流。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后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。
LED液晶電視的需求量非常大,每臺LED TV需要900顆LED。但隨著技術的發展,現在做LED電視實際只需要100顆不到,這樣,需求量差不多縮小了十倍。
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