氮化镓衬底或将引领LED衬底发展潮流

【高工LED综合报道】 与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。氮化镓衬底相对于蓝宝石、碳化硅等衬底的性能优势显而易见，但最大难题在于价格过高。
 
厚膜的衬底产品方面：产品有10～50微米的不同规格，常用的是20～30微米。位错密度在107cm-3量级，根据不同的技术参数可分为两种即n型掺杂与半绝缘。n型掺杂主要运用于LED等光电器件，半绝缘主要运用于电力电子、微波器件上。
 
自支撑氮化镓(GaN)衬底方面：位错密度在105cm-3量级，根据不同的技术参数分为三种，即n型掺杂、半绝缘与非掺杂。n型氮化镓，主要运用于LED、激光器方面;半绝缘则运用于高功率微波器件或大电流高电压的开关上。非掺杂即高纯度氮化镓，在探测器上的应用较为广泛，要求材料的电子浓度越低越好。纳维非掺杂氮化镓产品，X射线(002)半峰宽为50秒、(102)半峰宽为80秒左右，块体材料的电子迁移率超过1500cmV-1s-1，处于国际前列水平。纳维是国际上能够生产销售氮化镓自支撑晶片的少数几个单位之一。
 
HVPE法生长GaN自支撑衬底

HVPE主要是金属镓、氯化氢、氨气，金属镓和氯化氢发生反应，生成氯化镓，氯化镓在200℃后变成气体，以这个为原材料，进而通过在衬底表面上与氨气反应变成氮化镓。HVPE这种生成方法，在表面的化学饱和度非常高，因此，其生长速度非常快，比MOCVD的生长速度快50～100倍，它一个小时能够生长200～300个微米，可以在短时间内把这个材料变成高质量的氮化镓，这是它的一个特点。
 
未来5年，氮化镓的价格将下降10～20倍，4～6寸进入市场
 
氮化镓衬底上的同质外延与蓝宝石衬底上的异质外延，单从技术角度上讲，异质外延缺陷密度比同质外延的氮化镓高出2～3个数量级。氮化镓具有导电的特点，可以做成垂直结构的芯片，这样，外延片的利用面积比蓝宝石的提高1.5倍。做成垂直结构之后，氮化镓上电流密度可以很高，期望一个氮化镓衬底上的芯片可以抵十个蓝宝石衬底上的芯片。美国的Sorra和日本的NGK已经开始大力开发这类芯片，并取得重要突破，达到同样亮度，氮化镓衬底上制作的LED能耗比传统芯片低一半以上。
 
随着氮化镓的规模量产和价格的下降，以及LED外延技术的不断发展，当将芯片电流密度提高到5～10倍时，氮化镓在LED上运用的优势会比蓝宝石明显很多。预计未来5年，用于LED的氮化镓衬底价格能够降10～20倍，氮化镓衬底在单位流明价格上会取得显著优势。
 
未来氮化镓衬底不完全取代蓝宝石衬底
 
蓝宝石衬底根据它独特的优势，以及通过规模生产在未来大幅降低成本的可能性，在未来很长一段时间里将成为LED衬底市场主流。现在不同衬底技术在细分领域上发展还不是很充分，将来氮化镓大规模发展之后也不会完全取代蓝宝石。
 
蓝宝石衬底在对亮度等各方面要求不高时有它的优势。未来通用照明及对发光强度要求光效，光的稳定性等要求非常高的情况下，氮化镓的产品有它的优势。尤其是将LED作为新的光源用在投影仪上，投射灯、汽车灯、闪光灯等方面，氮化镓衬底有它的绝对优势。
 
LED液晶电视的需求量非常大，每台LED TV需要900颗LED。但随着技术的发展，现在做LED电视实际只需要100颗不到，这样，需求量差不多缩小了十倍。