20100320-半导体照明技术、市场现状及展望-方志烈.ppt

1. LED外延技术 2. LED芯片技术 3. 功率LED封装技术 4. 功率LED的研制方向 5. LED发光效率的发展 6. 半导体照明应用技术 7. 市场现状和预测 8. 半导体照明发展目标 自从提出半导体照明革命已有十年时间了，离计划达到200lm/W的目标还有十一个年头。发光二极管技术取得了比原来计划更快的进步，原计划指标有可能提前实现。特别是最近四、五年内，发光效率提高了4-5倍。功率LED产品最高水平已从25lm/W提高到120-130lm/W，实验室水平Φ5LED已达249lm/W，功率LED也已达208lm/W（2010.2.3报导）。 LED白光发光效率理论值分析，定义了通用照明的白光包括色坐标和显色指数两个条件，即色坐标X，Y均在0.33左右，显色指数80或更高，则RGB-白光LED理论值为355lm/W；荧光粉（YAG-Ce）转换白光LED的理论值为284lm/W。如放宽色坐标和显色指数要求，则理论值可高达400lm/W。所以说白光LED发光效率还有很大的提高潜力。 当前主要的技术问题是提高发光效率、降低光衰与降低成本。 LED的核心技术主要由四个部分组成：即衬底、外延、芯片、封装。 1.LED外延技术 （1）衬底 1）蓝宝石 估计2010年用量为1000万片，其中三分之二为2英寸片，三分之一为3英寸片，有部分单位已经开始采用4英寸片进行生产。 2）碳化硅 美国Cree公司于2007年5月展示了4英寸零位错单晶。我国山东大学晶体研究所3英寸直径单晶已经研制成功，2英寸片已达到“开盒即用”。中科院物理所2英寸单晶位错密度小于100个/cm2。 3）GaN单晶 德国AixTron采用垂直HVPE法制得了直径2英寸长7cm的单晶，位错5×105cm-2，尾部低至104cm-2。 波兰TOP GaN公司制得Φ10mm单晶，位错密度100cm-2。中科院物理所用熔盐法在小于1000℃和常压下制得可实用的GaN单晶。日本Matsushita将C面GaN斜切出M面非极性面GaN单晶，再生长GaN单晶。 4）GaN薄片 美国TDI公司利用HVPE技术，生长2英寸InGaN衬底片，月产量达上千片。三菱化学用HVPE法在C面蓝宝石上以250μ/h生长速度生长40小时的GaN，然后切出m面的非极性GaN，位错密度4.4×105cm-2。日本日立电线用间隙形成剥离法制得了3英寸GaN晶片。南京大学国内首先制成2英寸HVPE法生产的低位错衬底。 5）氮化铝 美国华盛顿Crystal IS公司于2006年5月制成了2英寸AIN衬底。 6）铝酸锂 上海光机所研制成2英寸单晶衬底，南京大学和上海蓝光科技有限公司用其生长InGaN，有发蓝光LED的初步结果。 7）氧化锌 一般用水热法制备，已有直接用其做LED的报导。国内有上海光机所等多家单位研制成功，但用于InGaN外延，制成LED的结果尚少。 （2） 外延工艺进展 外延质量好坏直接决定内量子效率，它不仅与衬底有关，也与外延工艺和外延层结构有关。 1）缓冲层 二步法和侧向过生长外延可使外延层位错密度从1010个cm-2下降到109个cm-2。悬式和悬臂侧向过生长外延可降到108个cm-2，希望能达到105个cm-2。 2）硅衬底GaN蓝光LED 南昌大学材料研究所制得460nm LED 20mA下6-10mW，2008年4月量产化。制成的功率LED1mm2芯片，453nm波长350mA驱动达到大于458mW输出功率。应用YAG荧光粉制成白光LED在350mA下达到103lm，色温5130K，显色指数69。（2009.10.18-23韩国济州岛国际第八届氮化物半导体会议）。 3）图形衬底外延技术 三菱电线和Stanley公司共同开发，在蓝宝石衬底上进行凹凸状的特殊加工，然后横向外延生长，使位错减少至原来的四分之一，385nm LED外量子效率提高24%。后来“日本21世纪光源小组”利用同样技术使外量子效率提高至43%，发光波长为405nm，取出效率达60%，是传统的三倍。 中科院物理研究所以SiO2为掩膜，对蓝宝石C面以硫酸和磷酸为3:1的混合腐蚀液进行刻蚀，外延结果能使位错密度大为减少，发光效率大为提高。中科院半导体研究所采用类似方法，使光输出增加33%。 4）PPD与MOCVD相结合技术 日本昭和电工发展了将等离子体物理淀积（