燈絲芯片——2015神燈獎(jiǎng)申報(bào)技術(shù)

　　項(xiàng)目名稱：

　　燈絲芯片

　　申報(bào)單位：

　　華燦光電股份有限公司

　　綜合介紹或申報(bào)理由：

　　本項(xiàng)目4英寸襯底，從4英寸PSS外延技術(shù)、外延新結(jié)構(gòu)及縮時(shí)程序開發(fā)、高光效4英寸PSS外延技術(shù)開發(fā)、耐高溫使用的外延技術(shù)等方面掌握適合制作用于LED燈絲燈的芯片、高質(zhì)量、高光效、低成本的外延工藝技術(shù)，同時(shí)對(duì)LED芯片工藝的核心技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化，不斷提高4英寸PSS外延片和LED燈絲燈芯片發(fā)光效率的性價(jià)比，降低外延芯片成本，推進(jìn)LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

　　主要技術(shù)參數(shù)：

　　主波長(zhǎng)455±5nm，在60mA的驅(qū)動(dòng)電流下，實(shí)現(xiàn)12*25mil正裝LED芯片光效≥145lm/W（4200K-6500K）；正向壓降≤3.2V，芯片良率≥85%

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

華燦作為國(guó)內(nèi)第二大LED芯片制造商，第一大顯示屏用LED芯片制造商，與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品或及技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)如下：（1）持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。公司通過持續(xù)加大研發(fā)投入，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，目前，公司已經(jīng)在LED外延生長(zhǎng)和芯片制造的主要工序上擁有了自己的核心技術(shù)，建立了專利保護(hù)體系。（2）可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。公司通過對(duì)外延芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝控制，使得公司的產(chǎn)品品質(zhì)不斷提升，產(chǎn)品得到客戶一致好評(píng)，LED芯片性能指標(biāo)可達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。（3）領(lǐng)先的市場(chǎng)地位。通過近年來的不懈努力，公司逐步建立起了高品質(zhì)LED芯片制造商的良好品牌形象，在廣大客戶中積累了良好的口碑和市場(chǎng)美譽(yù)度，公司產(chǎn)品也日益獲得下游封裝和應(yīng)用客戶的廣泛認(rèn)可。

本項(xiàng)目的技術(shù)成果最終產(chǎn)業(yè)化封裝成LED燈絲燈主要用于光源的蠟燭燈、水晶燈、球泡燈等，隨著LED技術(shù)的提高、LED燈絲燈成本的降低，LED燈絲燈將會(huì)得到更加廣闊的應(yīng)用。

　　經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：

　　技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：

一、外延方面

（1）低翹曲高亮度4英寸PSS外延生長(zhǎng)

①4英寸PSS外延生長(zhǎng)翹曲及外延表面形貌的控制。在PSS上生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN外延層，可顯著降低GaN外延層及量子阱中的位錯(cuò)密度，提高LED發(fā)光芯片的內(nèi)量子效率，并減少漏電流和光衰減，提升LED器件使用壽命。而4英寸PSS上的外延生長(zhǎng)較2英寸具有更大的翹曲，此外，4英寸片外延中由于溫場(chǎng)和流場(chǎng)的均勻性問題，容易產(chǎn)生表面的六角和針孔的缺陷。這些問題給本項(xiàng)目的研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)。采用了一系列獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)條件，對(duì)GaN緩沖層、3D-GaN生長(zhǎng)層、GaN本征層進(jìn)行優(yōu)化，可以在4英寸藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)了整片表面非常平整的LED外延片。

（2）外延新結(jié)構(gòu)及縮時(shí)程序開發(fā)

在4英寸PSS上將LED外延MOCVD生長(zhǎng)時(shí)間由目前的9.5小時(shí)每爐縮減為7小時(shí)每爐。使每個(gè)MOCVD反應(yīng)腔月產(chǎn)能提升35%，外延片成本降低10-15%。目前在研發(fā)實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)在4英寸PSS上成功實(shí)現(xiàn)了7小時(shí)5分鐘的程序，并且各項(xiàng)特性不比9.5小時(shí)程序差。接下來的主要工作是對(duì)此結(jié)構(gòu)的程序進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，驗(yàn)證其可靠性、穩(wěn)定性，以及轉(zhuǎn)小規(guī)模試產(chǎn)等研究工作。

（3）高光效4英寸PSS外延技術(shù)開發(fā)

在對(duì)高光效4英寸PSS外延技術(shù)開發(fā)中，主要從高晶體質(zhì)量GaN外延材料生長(zhǎng)、多量子阱有源區(qū)技術(shù)、作為L(zhǎng)ED發(fā)光芯片的核心部分，高質(zhì)量、合適厚度、In組份及適度摻雜的多量子阱層的生長(zhǎng)技術(shù)是獲得高效率LED發(fā)光器件的關(guān)鍵。為此我們?cè)讷@得高晶體質(zhì)量、低位錯(cuò)密度的GaN層外延層的基礎(chǔ)上，采用有源區(qū)梯度In組份、優(yōu)化Cap（量子阱蓋層）工藝、獨(dú)特的MQW有源區(qū)表面處理和表面恢復(fù)工藝、低In組份InGaN勢(shì)壘、同溫MQW生長(zhǎng)等獨(dú)特外延生長(zhǎng)技術(shù)，對(duì)LED外延片MQW有源區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)獲得高質(zhì)量的量子阱和勢(shì)壘，從而提高材料的內(nèi)量子效率。

二、芯片方面

（1）芯片側(cè)腐蝕技術(shù)

盡管采用其他技術(shù)提升LED芯片的光提取效率，但仍然有少部分光線在LED器件內(nèi)經(jīng)反復(fù)的全反射，最終因材料吸收而損耗掉。為了進(jìn)一步提升LED芯片的出光效率，本課題我們擬采用另一項(xiàng)新工藝－芯片側(cè)腐蝕技術(shù)，它將進(jìn)一步減小器件中全反射被吸收損耗的光，提升LED芯片的外量子效率。

（2）發(fā)絲電極

對(duì)于正裝LED芯片，特別是小尺寸芯片，電極占去整個(gè)發(fā)光區(qū)面積的比例大，為了使電流擴(kuò)散的更加均勻，通常會(huì)在發(fā)光區(qū)內(nèi)加上電極手指，但這樣又會(huì)導(dǎo)致因電極遮光面積過大而損失亮度。發(fā)絲電極是為了使電流均勻擴(kuò)散且遮擋發(fā)光面積最小，在工藝技術(shù)能夠達(dá)到的情況下，將電極手指細(xì)化的一種工藝。該工藝的難度是當(dāng)細(xì)化電極至一定程度后，電極手指與芯片粘附性不強(qiáng)而易于脫落。該工藝與普通電極手指工藝相比，可以有效提高芯片亮度。

（3）反光電極

對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的正裝LED芯片，PN電極均在發(fā)光面一側(cè)，因此，電極會(huì)占據(jù)發(fā)光區(qū)面積，對(duì)于小尺寸的芯片影響更加明顯。如何將因電極遮擋而無法射出芯片表面的光從芯片中出來是一個(gè)直接、有效提升芯片亮度的方法。而反光電極就提供了這樣一個(gè)工藝方案。此方法是將電極下面添加金屬反光層，使其能夠反射被電極遮擋的光同時(shí)與金屬電極和外延層均有較好的粘附性。

（4）增透膜技術(shù)

增透膜技術(shù)是在LED的出光表面或者襯底表面鍍做一層合適厚度的單層膜或者雙層膜,通過調(diào)整該層膜或者膜系的折射率來增大出射角,使更大角度的光透射出來。目前氧化鋅、SiOxN1-x，氧化硅、氧化鈦等多種材料作為增透膜。LED燈絲燈由于是360度全角度發(fā)光、且芯片直接位于透明基板上，因此，芯片背面的光也是可以利用來提高光提取效率的。本項(xiàng)目采用獨(dú)特設(shè)計(jì)的二氧化硅與氧化鈦的雙層膜鍍于藍(lán)寶石襯底表面，通過調(diào)節(jié)該膜系的厚度使光的出射角度最大,從而達(dá)到提高光提取效率的效果。

　　實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見：

　　本項(xiàng)目基于4英寸襯底，從4英寸PSS外延技術(shù)、外延新結(jié)構(gòu)及縮時(shí)程序開發(fā)、高光效4英寸PSS外延技術(shù)開發(fā)、耐高溫使用的外延技術(shù)等方面掌握適合制作用于LED燈絲燈的芯片、高質(zhì)量、高光效、低成本的外延工藝技術(shù)，同時(shí)對(duì)LED芯片工藝的核心技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化，不斷提高4英寸PSS外延片和LED燈絲燈芯片發(fā)光效率的性價(jià)比，降低外延、芯片成本，推進(jìn)LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。項(xiàng)目計(jì)劃產(chǎn)出適用于LED燈絲燈的12mil*25mil?LED芯片。

　　獲獎(jiǎng)、專利情況：

　　申報(bào)單位介紹：

　　華燦光電股份有限公司的前身是武漢華燦光電有限公司，創(chuàng)立于2005年，2011年整體改制為股份有限公司。華燦光電是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）芯片供應(yīng)商。 作為“新材料、新能源”領(lǐng)域的高新技術(shù)企業(yè)，我們致力于研發(fā)、生產(chǎn)、銷售全色系產(chǎn)品為主的高質(zhì)量LED外延材料與芯片。我們擁有國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)研發(fā)能力和成熟的生產(chǎn)工藝，基于客戶的需求持續(xù)創(chuàng)新。目前，我們服務(wù)于全國(guó)的客戶，產(chǎn)品已經(jīng)成功地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。 公司成立八年以來，我們從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和基礎(chǔ)性研發(fā)起步，凝聚人才，引進(jìn)設(shè)備，研發(fā)新品并量產(chǎn)，建設(shè)質(zhì)量管理體系，開拓市場(chǎng)，和客戶及供應(yīng)商建立合作伙伴關(guān)系。我們腳踏實(shí)地，又積極進(jìn)取，迅速確立了技術(shù)和品質(zhì)領(lǐng)先的行業(yè)地位。 公司將持續(xù)擴(kuò)大投資，繼續(xù)引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)設(shè)備，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，占領(lǐng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)地位。

　　產(chǎn)品圖片：