硅基GaN蓝光LED芯片陆续量产

 众所周知，目前市场上大多数LED晶片都是在蓝宝石或碳化硅(SiC)衬底上沉积以氮化镓为基础的多层结构，晶片尺寸主要为2到4英寸。而相对于蓝宝石或碳化硅衬底，硅有良好的化学稳定性，不易被分解和腐蚀，导热性佳，材料易得，制备简洁，且成本较低，业界甚至认为若能克服硅基GaN外延材料的量产良率问题，预计到了2015年，8英寸硅衬底LED的成本将仅有蓝宝石衬底的十分之一。因此，在硅衬底上开发外延片和芯片是长期以来一些国际大厂重点的产品发展计划。

量产时间表逐渐清晰

实际上，一些厂商针对硅基GaN LED的技术研发已有十年左右的时间，但由于硅基GaN生长有着本身固有的技术瓶颈，使得产品的良率偏低，一直以来都无法实现真正的量产。尽管国内也有厂商在多年前宣布公开量产硅基GaN LED芯片，并且推出了全球首款采用硅衬底的12W球泡灯，但据了解，大部分已经量产的硅基GaN LED芯片仍以小尺寸为主，多应用于显示屏和数码显示等领域，还较少涉及照明应用；另外，硅基GaN LED整灯量产的时间表也还为期尚早。量产时间成为了硅基GaN LED技术发展的重要标志，而令人欣喜的是，目前一些厂商开始陆续公布他们的量产时间表。

从去年开始，美国LED晶圆制造商普瑞光电(Bridgelux)将重心从LED蓝宝石衬底制造转移至成本更低的LED硅衬底制造技术。去年8月，普瑞光电在8英寸硅晶片上生成无裂痕氮化镓层，并已达到顶级蓝宝石衬底LED的效能，冷白光LED的效能高达160Lm/W，相对色温CCT为4350K；以硅基GaN LED晶圆制作的暖白光LED可提供125Lm/W的效能，色温为2940K，演色性指数(CRT)为80。该公司预计两年内首批商业硅基GaN LED产品就会正式面市。

欧司朗光电半导体成功研制硅基蓝白光LED原型 LED

今年初，欧司朗(OSRAM)光电半导体的研发人员成功制造出高性能蓝白光LED原型，当中的氮化镓发光层生长在直径为150毫米(6英寸)的硅晶圆上，且LED硅芯片的质量和性能数据均可与蓝宝石芯片相媲美：标准Golden Dragon Plus LED封装中的蓝光UX:3芯片在3.15V时亮度可达634mW，相当于58%的光效，如果再结合标准封装中的传统荧光粉转换，这些白光LED原型在350mA电流下亮度将达到140lm，色温为4500K时更将实现127lm/W的光效。该公司表示，目前这款全新的LED芯片已经进入试点阶段，将在实际条件下接受测试，欧司朗期望首批硅基LED芯片有望在两年内投放市场。

台湾联胜光电(HPO)也在日前发表了新一代高功率SiliLED照明方案，其推出的全光谱高功率LED照明方案(380nmUV-880nmIR)，全球注册商标为SiliLED9(氮化物)/SiliLED8(砷化物)/SiliLED5(磷化物)，中国大陆统合商标为"犀利589二极管"。联胜光电指出，SiliLED9-VP产品为采用硅衬底散热，适用于环境严苛的户外照明与高功率投影光源。SiliLED9-VP系列已自今年第二季开始出货，月产能将达100万颗，第三季开始平均月产能将上升至300万颗，年底前将达500万颗，产品主要应用于路灯、室内灯、闪光灯及LED微投影机等。

多年来，民用照明市场一直都是LED产业重点开发的应用领域，采用蓝光激发的白光技术通过荧光粉的散射而减少了LED点光源存在的眩光问题，且模块设计更为简单，因而更适合普通照明环境。在这一方面，蓝光硅基GaN LED的未来量产将使得产品在性能和价格上更具优势，从而进一步促进民用照明市场的开发。

外延膜质量成为关键

阻碍硅基GaN LED技术发展的关键在于硅衬底与氮化镓外延材料之间的结构不匹配，以及两种物质之间热膨胀系数的不匹配，导致结晶缺陷密度偏高，外延膜质量较差，容易因为两种材料间的晶格错位而产生应力，造成曲度(bow)和裂痕(crack)，从而影响LED器件的电光学性能。

针对这一课题，目前厂商主要通过引入"缓冲层工艺"来解决，即在硅衬底和氮化镓层之间使用一层缓冲材料，如多层氮化铝等，来解决晶格不匹配的问题。例如普瑞光电利用特别研制的缓冲层技术，成功地在8英寸硅晶圆上生成出无裂痕氮化镓层，并且不会在室温下弯曲变形，提高了硅基板氮化镓LED芯片的效能与可制造性，大幅降低了LED的制造成本，使其可以和传统白光照明技术相竞争。

而早在几年前，欧司朗就已展开和德国Azzurro半导体的合作，借助良好的晶体质量以及最小的弯曲度和弧度，使得GaN层能够在硅衬底上增加厚度(约8微米)，且无裂纹。欧司朗表示，通过多年的研发投入，目前欧司朗不仅提升了硅基氮化镓层的质量，产品的效能和亮度也极具竞争力；此外，欧司朗还针对新研制的硅基GaN LED芯片执行了应力试验，证明其具有较高的质量以及良好的耐用性，这也是传