LEDinside探究矽衬底GaN基LED技术与前景

目前市场上LED用到的衬底材料有蓝宝石、碳化矽SiC、矽Si、氧化锌 ZnO、 以及氮化镓GaN,中国市场上99%的衬底材料是蓝宝石,而就全球范围来看,蓝宝石衬底的LED市场份额也占到95%以上。

但是蓝宝石衬底的LED技术已发展成熟,相关专利网已被国际领头公司严密布局,对后来者非常不利。同时为了降低成本,基于蓝宝石衬底的LED外延片尺寸的扩大(如6英寸)也面临着一系列技术上的难题。很多LED厂商为了进一步提高产品的性价比,纷纷开始研发新的技术路线。诸如韩国首尔半导体公司研发GaN衬底的LED同质外延技术,美国普瑞光电公司、欧司朗Osram、韩国三星、日本东芝等众多公司在开发矽衬底GaN基LED技术。

上述介绍的几种LED衬底材料各有优缺点,如下表所示:

LEDinside此次重点探究矽衬底LED芯片产业的现状。中国大陆有一家从事矽衬底LED研发和生产的企业——晶能光电有限公司。为了进一步了解矽衬底LED的性能优势和市场前景,11月26日,LEDinside致电晶能光电,邀请晶能光电的矽衬底LED技术研发副总裁孙钱(美国耶鲁大学博士、中组部首批国家“青年千人计划”入选者)作更为细致的介绍。

孙钱博士介绍,晶能光电今年在全球率先开始量产新一代矽衬底大功率LED,并入选国际半导体照明2012年度新闻。目前晶能光电生产的矽衬底LED芯片处于市场推广阶段,已给国内外三十多家客户送样。与传统的蓝宝石衬底LED芯片的封装方式不一样,矽衬底LED垂直结构薄膜芯片的封装需采用陶瓷基板。而之前中国大陆大多数下游企业都是封装蓝宝石衬底的LED芯片,希望他们能跟上国际主流尽快开发出陶瓷基板的封装技术,把矽衬底LED的光斑好、电压低、散热良好、适合大电流驱动等优点发挥出来。

他表示,大尺寸矽衬底LED有着更高的性价比,是目前国内外行业的研究热点。其成本上的优势体现在以下几个主要方面:一、大尺寸矽衬底的材料成本比同等大小的蓝宝石衬底的成本要低很多;二、可以采用IC厂折旧的自动化矽工艺线,设备折旧成本低,且工艺稳定性和产品良率将优于目前LED行业的大量人工作业;三、大尺寸矽衬底LED芯片的生产效率也将远高于目前基于2英寸的生产模式。

孙钱博士认为,蓝宝石衬底的价格降到了当前的水准,未来进一步下调的空间有限。而矽衬底材料的生产技术已非常成熟,大尺寸矽衬底LED的高性价比将推进LED芯片价格降低的下一轮风暴。当然,蓝宝石衬底LED不会被淘汰掉,未来应该是蓝宝石、矽、和碳化矽等几种衬底在LED市场上共存的竞争格局,根据各自的性能特点,在不同的细分领域的来分得市场份额。

对于未来矽衬底LED芯片的推广,孙钱博士给出了自己的建议。他表示,先同几家比较有影响力的封装大厂进行合作封装矽衬底LED芯片,引导下游产业中小企业来参与,共同推进矽衬底LED的广泛应用。同时,他呼吁国内外LED芯片厂家参与到矽衬底LED的产业当中来,大家一起努力将这条新的技术路线做好做大。

LEDinside打探到,晶能光电目前生产的中大尺寸矽衬底LED芯片的有28 mil X 28mil、35 mil X 35 mil、45 mil X 45 mil、55 mil X 55 mil 等规格产品,主要用在照明领域。小尺寸产品有8 mil X 8mil规格,主要用在数码产品以及显示幕等领域。迄今为止晶能光电在国际上取得了200多项专利,正成为在国际市场上较有竞争力的中国企业。

对于当前整个LED行业疲倦的状态,孙钱博士也给出了自己的看法。他认为,产能过剩是相对的,拓展市场需要有更贴合市场的高性价比产品,中国的LED企业需要加强合作,在竞争前技术上应该有更多的合作和共享,这样可以加快行业的发展速度。他表示,最近三安光电和台湾璨圆的合作,迈开了中国本土LED企业迈向国际市场的一大步,对于整个中国LED行业有着非常重要的意义。

LEDinside认为,在蓝宝石衬底LED的领域里,中国的LED企业几乎没有核心技术专利,并一直处于被动状态。但是矽衬底LED芯片方面,中国LED企业可以和国外厂家站在同一起跑线上,并且掌握了多项专利技术,具有较强的竞争优势。

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