Si襯底高效大功率紫外LED燈珠——2015神燈獎(jiǎng)申報(bào)技術(shù)

　　項(xiàng)目名稱(chēng)：

　　Si襯底高效大功率紫外LED燈珠

　　申報(bào)單位：

　　晶能光電（江西）有限公司

　　綜合介紹或申報(bào)理由：

　　公司量產(chǎn)的紫外LED燈珠性能和國(guó)際主流的日本、韓國(guó)公司同類(lèi)產(chǎn)品性能相當(dāng)，峰值外量子效率達(dá)到了67%，和藍(lán)光LED相當(dāng)。目前已經(jīng)批量出口韓國(guó)。晶能光電紫外LED的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立技術(shù)路線的硅襯底外延技術(shù)；采用垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，提高了出光效率，散熱好，可以承受高的電流密度，是紫外LED的最佳芯片結(jié)構(gòu)；采用的大功率陶瓷封裝技術(shù)，產(chǎn)品可靠性高、非常適合應(yīng)用于大電流密度的紫外LED。

　　主要技術(shù)參數(shù)：

　　芯片尺寸：45 x 45 x 6 mil

　　封裝尺寸：3.5mm x 3.5mm x 2.0mm

　　Vf：2.8V-3.6V，主波長(zhǎng)：390nm-405nm

　　光功率Po：封裝后紫光功率 600-750mW@350mA

　　與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品或同類(lèi)技術(shù)的比較情況：

目前廣泛用于照明、顯示等可見(jiàn)光領(lǐng)域的GaN基藍(lán)、綠光和白光LED市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，已經(jīng)成為“深紅?！薄Ｒ虼?，市場(chǎng)逐漸向被一直認(rèn)為是“藍(lán)海”的紫外（UV）波段滲透。但是，紫外LED由于制作技術(shù)要求高所以生產(chǎn)廠商并不多。當(dāng)前紫外LED市場(chǎng)被日亞、LG、首爾半導(dǎo)體，以及臺(tái)灣光宏等一線廠商所把持。

晶能公司量產(chǎn)的紫外LED燈珠性能和國(guó)際主流的日本、韓國(guó)公司同類(lèi)產(chǎn)品性能相當(dāng)，峰值外量子效率達(dá)到了67%，和藍(lán)光LED相當(dāng)。目前已經(jīng)批量出口韓國(guó)。晶能光電紫外LED的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立技術(shù)路線的硅襯底外延技術(shù)；采用垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，熱電分離，提高了出光效率，散熱好，可以承受高的電流密度，是紫外LED的最佳芯片結(jié)構(gòu)；采用的大功率陶瓷封裝技術(shù)，產(chǎn)品可靠性高、散熱性能好，具有更好的大電流工作性能，非常適合應(yīng)用于大電流密度的紫外LED。是名符其實(shí)“中國(guó)芯的中國(guó)燈珠”。

　　經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：

360-410nm的紫外LED可以應(yīng)用于新型農(nóng)業(yè)植物照明、醫(yī)療美容、驗(yàn)鈔、昆蟲(chóng)誘捕滅殺、顯影、空氣凈化、防偽、以及固化。固化廣泛用于各行各業(yè)，目前占據(jù)整個(gè)應(yīng)用的50%，涵括電子、光子、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。例如油墨印刷、3D打印、顯示屏、太陽(yáng)能面板、光纖接頭、相機(jī)模組、點(diǎn)固化、針頭連接等等。

　　技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：

　　技術(shù)原理：

　　1.采用獨(dú)特的適用于紫外發(fā)光的外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要技術(shù)原理有： 1）采用多種應(yīng)力釋放層和位錯(cuò)過(guò)濾層在Si襯底上制作高質(zhì)量的GaN。2）采用設(shè)計(jì)獨(dú)特的發(fā)光層，克服了InGaN發(fā)光層中的銦組分低，從而發(fā)光效率低的問(wèn)題，使得紫外LED的發(fā)光效率和藍(lán)光LED相當(dāng)。3）紫光LED的光子能量高，量子阱的禁帶寬度大，采用設(shè)計(jì)獨(dú)特的電流阻擋層來(lái)將載流子限制在發(fā)光層中，提高了載流子的輻射復(fù)合率。

　　2. 采用垂直芯片結(jié)構(gòu)。主要技術(shù)原理有：1）采用高反射率的Ag作為P-GaN歐姆接觸層也是反射金屬層。2）通過(guò)晶圓鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)襯底轉(zhuǎn)移，并對(duì)N-GaN表面做粗化處理。3）由于Si襯底易于腐蝕，所以良率比常用的激光剝離易于控制，成本低，良率高，對(duì)芯片的傷害小，從而可靠性更好。芯片的設(shè)計(jì)側(cè)面示意圖如下圖所示：

　　3. 利用AuSn共晶焊技術(shù)，將倒裝大功率LED芯片與3535陶瓷基板相結(jié)合，使產(chǎn)品具有低Vf，低熱阻以及高可靠性的特點(diǎn)。適合于用于大驅(qū)動(dòng)電流，高熱量，高可靠性的紫外LED光源。

　　關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)：

　　晶能光電的Si襯底上高效大功率紫外LED垂直芯片和燈珠具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，具體分為三個(gè)方面：

　　1.晶能光電的硅襯底上紫外LED主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立技術(shù)路線的外延技術(shù)。紫外LED因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短，，晶能采用獨(dú)特的發(fā)光層設(shè)計(jì)，克服了InGaN發(fā)光層中的Indium百分比低發(fā)光效率低于藍(lán)光的問(wèn)題，制作出了效率和藍(lán)光LED相當(dāng)?shù)淖贤?/span>LED。同時(shí)Si襯底上的外延易于實(shí)現(xiàn)襯底剝離，良率高于傳統(tǒng)襯底剝離技術(shù)。

　　2.垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，可以做到熱電分離，因此有散熱好、可靠性高的特點(diǎn)；由于電流擴(kuò)散均勻，可承受高的電流密度；垂直結(jié)構(gòu)還有出光效率高，單面出光、適合于方向光的特點(diǎn)。因此垂直結(jié)構(gòu)是尤其適合功率紫外LED的芯片結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽贤?/span>LED大多在過(guò)驅(qū)動(dòng)電流下應(yīng)用于需要出發(fā)光有方向性的領(lǐng)域。垂直芯片還有封裝打線簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，適合陶瓷封裝。晶能的Si襯底上紫外LED技術(shù)有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是名符其實(shí)的“中國(guó)芯”。

　　3.陶瓷封裝由于具有導(dǎo)電優(yōu)良、熱傳導(dǎo)性好和機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，適合于大電流，大功率，以及可靠性要求高的LED產(chǎn)品，所以非常適合需要應(yīng)用于大電流密度的紫外LED。

　　實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見(jiàn)：

　　申報(bào)單位介紹：

　　晶能光電有限公司是由金沙江、淡馬錫等多家著名的投資機(jī)構(gòu)共同投資，專(zhuān)門(mén)從事LED外延材料與芯片生產(chǎn)的高科技企業(yè)，目前注冊(cè)資金2億美元。 晶能光電擁有的硅襯底氮化鎵基LED材料與器件技術(shù)是一項(xiàng)改寫(xiě)半導(dǎo)體照明歷史的顛覆性新技術(shù)，具有原創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)權(quán)，迄今為止已申請(qǐng)或獲得國(guó)際國(guó)內(nèi)各種專(zhuān)利230多項(xiàng)。國(guó)家863專(zhuān)家組對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的評(píng)價(jià)是：“……打破了目前日本日亞公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國(guó)Cree公司壟斷碳化硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。” 晶能光電目前擁有21臺(tái)MOCVD設(shè)備，總投資已超過(guò)10億元。目前主營(yíng)的產(chǎn)品包括大中小功率硅襯底LED芯片。

　　產(chǎn)品圖片：