襯底材料和晶元生長技術(shù)成關(guān)鍵
目前，LED芯片技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于襯底材料和晶元生長技術(shù)。除了傳統(tǒng)的藍寶石、硅(Si)、碳化硅(SiC)襯底材料以外，氧化鋅(ZnO)和氮化鎵(GaN)等也是當前LED芯片研究的焦點。目前，市面上大多采用藍寶石或碳化硅襯底來外延生長寬帶隙半導體氮化鎵，這兩種材料價格都非常昂貴，且都為外國大企業(yè)所壟斷，而硅襯底的價格比藍寶石和碳化硅襯底便宜得多，可制作出尺寸更大的襯底，提高MOCVD的利用率，從而提高管晶產(chǎn)率。所以，為突破國際專利壁壘，中國研究機構(gòu)和LED企業(yè)從硅襯底材料著手研究。
但問題是，硅與氮化鎵的高質(zhì)量結(jié)合是LED芯片的技術(shù)難點，兩者的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的巨大失配而引起的缺陷密度高和裂紋等技術(shù)問題長期以來阻礙著芯片領(lǐng)域的發(fā)展。
無疑，從襯底角度看，主流襯底依然是藍寶石和碳化硅，但硅已經(jīng)成為芯片領(lǐng)域今后的發(fā)展趨勢。對于價格戰(zhàn)相對嚴重的中國來說，硅襯底更有成本和價格優(yōu)勢：硅襯底是導電襯底，不但可以減少管晶面積，還可以省去對氮化鎵外延層的干法腐蝕步驟，加之，硅的硬度比藍寶石和碳化硅低，在加工方面也可以節(jié)省一些成本。
目前LED產(chǎn)業(yè)大多以2英寸或4英寸的藍寶石基板為主，如能采用硅基氮化鎵技術(shù)，至少可節(jié)省75%的原料成本。據(jù)日本三墾電氣公司估計，使用硅襯底制作大尺寸藍光氮化鎵LED的制造成本將比藍寶石襯底和碳化硅襯底低90%。
中外芯片技術(shù)差異大
國際間歐司朗、美國普瑞(BRIDGELUX)、日本莎姆克(SAMCO INC)等一流企業(yè)已經(jīng)在大尺寸硅襯底氮化鎵基LED研究上取得突破，飛利浦、韓國三星、LG、日本東芝等國際LED巨頭也掀起了一股硅襯底上氮化鎵基LED的研究熱潮。其中，在2011年，美國普瑞在8英寸硅襯底上研發(fā)出高光效氮化鎵基LED，取得了與藍寶石及碳化硅襯底上頂尖水平的LED器件性能相媲美的發(fā)光效率160lm/W;在2012年，歐司朗成功生產(chǎn)出6英寸硅襯底氮化鎵基LED。
反觀中國，LED芯片企業(yè)技術(shù)的突破點主要還是提高產(chǎn)能和大尺寸藍寶石晶體生長技術(shù)，除了晶能光電在2011年成功實現(xiàn)2英寸硅襯底氮化鎵基大功率LED芯片的量產(chǎn)外，中國芯片企業(yè)在硅襯底氮化鎵基LED研究上無大的突破，目前中國LED芯片企業(yè)還是主攻產(chǎn)能、藍寶石襯底材料及晶圓生長技術(shù)，三安光電、德豪潤達、同方股份等中國芯片巨頭也大多在產(chǎn)能上取得突破。
