LED照明光学设计
好长时间没来写点东西了,那是因为LZ去了6~10月的股市,LZ也只是个苦逼的90后,没钱没房没车,现在就剩下一堆不值钱的股票了,那心情......其实LZ在一年半前就把题纲写好了,可惜一直静不下心来写这些东西,零零散散,只能让这些文字碎片化了,见谅......(LZ最近决定未来4个月完成“LED照明光学设计”的写作第二章 LED晶片分析
1、晶片结构 晶片的结构根据衬底材料的导电性可分为单电极结构和双电极结构,以下为GaN基晶片的结构图 横向双电极结构 垂直单电极结构2、晶片衬底 衬底是支撑外延薄膜的基底,晶片衬底可分为Si衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底、GaAs衬底、GaP衬底、铜衬底以及GaN同质衬底。目前市场上运用较多的是蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底,其中蓝宝石衬底因其优良的性价比运用最为广泛。 1) 蓝宝石(Al2O3)衬底目前用于GaN生长最普遍的衬底是蓝宝石,其优点是化学稳定性好、不吸收可见光、制造技术成熟、价格适中。蓝宝石衬底分为“未图形化”的平蓝宝石基板和“图形化”的平蓝宝石基板。由于GaN的折射率(2.4)比蓝宝石(1.8)的要高,为了减少光在蓝宝石与GaN接触面的全反射,正装芯片一般选择在“图形化”的蓝宝石基板上进行外延生长来提高光的散射,常见图形衬底的图案一般为六边形密排尺寸为微米量级圆锥阵列,可以将LED的内量子效率提高至60%以上。同时也有研究表明,利用图形衬底并结合一定的生长工艺可以控制GaN中位错的延伸方向从而有效降低GaN外延层的位错密度。在未来相当一段时间内图形衬底依然是正装芯片采取的主要技术手段。未来图形衬底的发展方向是向更小的尺寸发展。目前,受限于制作成本,蓝宝石图形衬底一般采用接触式曝光和ICP干法刻蚀的方法进行制作,尺寸只能做到微米量级。如能进一步减小尺寸至和光波长可比拟的百nm量级,则可以进一步提高对光的散射能力。 蓝宝石衬底不足方面很多,但均一一被克服,如蓝宝石与GaN的晶格失配率高达到17%,但通过在蓝宝石和GaN之间生长缓冲层可以减小失配率,导电性能差能够通过同侧P、N电极所克服。但是较差的导热性,在器件小电流下工作没有暴露出明显的不足,却在功率型器件大电流下问题十分突出。 目前业界2英寸蓝宝石衬底为主流,一些国际大厂有在使用3英寸甚至4英寸,未来会扩展到6英寸,使用大尺寸衬底能减小外延片的边缘效应,提高成品率,目前大尺寸衬底的价格还是比较贵的,且尺寸扩大外延材料生产设备及工艺设备都需要升级 。2) SiC衬底 SiC是宽禁带LED照明材料,SiC衬底与GaN材料的晶格失配率只有3%,远小于蓝宝石的,因此在SiC衬底上生长外延片能够减小外延层的位错密度,生长出来的晶体质量要好于蓝宝石衬底上生长的。SiC的导热性能也比蓝宝石的要好,所以在功率型器件大电流下较适合使用,但是SiC衬底的制备技术及成本要求很高,目前业界只有Cree公司凭借其在SiC衬底制备技术上的优势,实现在SiC衬底上生长外延片的量产,这也是Cree公司的大功率产品在市场上独占优势的一个原因,目前SiC衬底以3英寸为主,未来会扩展到4英寸,不过随着宽禁带LED照明功率型电子器件的发展(减少光子的吸收),未来SiC衬底的价格会进一步降低,应用也会日趋广泛。3) Si衬底
Si衬底被视为能降低LED外延成本的有效方式,其在大尺寸衬底(8寸或12寸)方面技术较成熟,但是其晶格失配率和热失配率较大,基于Si衬底的生长的LED外延质量较差,成品率相对较低,目前市场是只有少数几家公司能实现基于Si衬底的LED外延片的量产,其中以江西晶能光电、美国普瑞、日本东芝为代表,多数使用6寸及以下衬底为主,考虑到Si衬底用在LED外延上的成品率,Si衬底相对于蓝宝石衬底在LED外延成本上并没有明显优势,大多数公司及研究机构更愿意将其用在生长电子器件方面而非LED,未来8寸或12寸这种大尺寸Si衬底的量产会降低LED外延的成本。
先来这些,后面继续更新......
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