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LED图形化蓝宝石衬底

项目可行性报告

一、立项的背景和意义

在大尺寸背光源渗透率快速提升、照明产品需求逐步扩大等新

兴应用领域快速发展的带动下,近几年,全球LED市场保持了快速

的增长,成为半导体行业中的发展亮点。

LED因其节能、环保、长寿命、耗能低、体积小、应用灵活、

控制方便等特点,LED的应用前景非常广阔,包括通讯、消费性电

子、汽车、照明、信号灯等领域。在资源日渐衰竭的今日,环保、

节能是各产业发展的重心,LED的出现为人类的生活世界带来新革

命、新科技。

近年来,随着全球半导体照明产业升温,欧、美、日等纷纷推

出半导体照明计划。

白光LED的出现,是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一

步。白光LED的应用市场非常广泛,也是取代白炽钨丝灯泡及荧光灯

的“杀手”。目前,白色LED已开始进入一些应用领域,应急灯、手

电筒、闪光灯等产品相继问世。

蓝宝石晶体是目前半导体照明产业发展过程中使用最为广泛的

的衬底材料,蓝宝石具有高强度、高熔点、物理化学性能稳定等特

性,在军事、航天航空、光学、生物、分析、半导体基片以及在高

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速信息处理、电子光子装置的微型化、智能化方面得到广泛的应用。

随着半导体照明技术的不断发展,LED越来越多的进入到各种

照明领域中。LED照明市场的迅速发展,成为蓝宝石应用市场扩展

的又一重要力量。

LED产业中提高器件的内量子效率和光萃取效率是一个一直困

扰产业界的问题,业内技术人员不断尝试各种方法去提高器件的发光

效率,其中影响内量子效率和光萃取效率的因素主要是衬底与外延层

的晶格失配合热膨胀系数适配,以及不同材料间由于折射率不同造成

的光全反射,从而使光无法出射的问题。

蓝宝石衬底和氮化镓材料存在巨大的晶格失配(16%)和热膨胀

系数失配(34%),所以异质外延的GaN材料内部具有很高的位错密

度(109——1011cm-2),这会引起载流子泄漏和非辐射复合中心

增多等不良影响,降低器件的内量子效率;另一方面,由于GaN材料

折射率(2.4)高于蓝宝石衬底(1.7)以及外部封装树脂(1.5),

使得有源区产生的光子在GaN上下界面发生多次全反射,严重降低

器件的光提取效率。图形化衬底技术通过在蓝宝石衬底表面制作具有

细微结构的图形,然后再在这种图形化的衬底表面进行LED材料外

延。

图形化的界面改变了GaN材料的生长过程,能抑制缺陷向外延表

面的延伸,提高器件内量子效率;同时,粗糙化的GaN蓝宝石界面能

散射从有源区发射的光子,使得原本全反射的光子有机会出射到器件

外部,能有效提高光提取效率。

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基于图形化衬底(简称PSS)的外延材料制成的LED器件参数表

明,其20mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底制作的器件光功率增

加约30%,因此采用PSS衬底是提高氮化镓基发光二极管出光效率的

一种有效方法。

当PSS能使外延性能增加的学术文献提出后,韩国大小厂就

急起直追,率先采用PSS作为蓝光外延的基板材料,经过三数年努

力,其LED晶粒亮度已能威胁到台日等外延大厂;因此造就了09

年起九成以上的外延业者把原有平板基板开始全面更换为PSS的风

潮。随着09年以后比例的提升,表1的估算明年PSS预计需求量

达到每月近100万片,当年全球市场规模达到2.5亿美金以上。

图形化蓝宝石市场需求状况以及三年市场预估(单位:万片)

蓝宝石基板图案化蓝宝石基板

年份比例

(FSS)(PSS)

2009上5301800.33

2009下60

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