LED照明第二幕(三)东芝的实用化突飞猛进有望实现“发光的线”

  光导照明系统     |      2024-08-20 15:32

  最近情况有了变化。因为美国普瑞光电公司开发出了能减轻GaN晶体与Si基板的不匹配问题的技术,东芝采用该技术快速推进了GaN on Si技术的实用化。

  东芝还在快速提高LED的发光效率等性能。2012年12月推出的首款产品,发光效率在施加350mA电流时为112lm/W,而2014年3月提高到了135lm/W。另外,还计划使2014年10月推出的第四款产品达到170lm/W,使2015年4月推出的产品达到190lm/W。如果能实现,那么只用一年半就实现了以往的白色LED技术用5年多时间提高的性能。意昂官网注册

  福冈介绍说,“Si基板上的GaN缺陷密度高达5~8×108个/cm2,是采用普通蓝宝石基板时的约2倍。不过,通过研究开发,削减到了与蓝宝石基板差不多的3×108个/cm2。在不久的将来,性能将追上蓝宝石基板。成品率也比较高”。顺便一提,在东芝等的技术中,吸收光的Si基板会在中途去除,因此不会出现问题。

  不过还有课题。东芝等的技术采用的Si基板是半导体不常用的(111)晶体面的Si。福冈说,这是“为了提高与GaN的匹配性”。但这样的话,利用现有半导体制造装置对Si基板面进行微细加工等的工序就无法使用了。比如,在蓝宝石基板的表面形成凹凸以提高LED光提取效率的“PSS(Patterned Sapphire Substrate)”技术就难以用于Si基板。

  在GaN on Si技术的研究中,还有人在开发能消除这种制约,从而全面发挥利用现有半导体制造装置的优势的方法。名古屋大学天野研究室开发出了在普通半导体技术采用的Si(001)面上生长GaN晶体的技术。重点是在Si与AlN之间夹住某金属层。而且,由于金属层会反射GaN的光,因此也不用去除Si。另外还有一些其他优点,比如“与金属层掺杂的Si基板能直接作为电极使用”(天野)。

  目前,在GaN on Si技术注2)上,除东芝外,还有很多其他企业纷纷参战。但东芝已经超越了单纯的LED芯片制造,又出了新招。该公司开发的CSP(Chip Scale Package)技术已于2014年3月实用化,该技术是在晶圆上封装利用GaN on Si技术制作的LED芯片(图10)。

  东芝CSP技术的制造流程概要(a)以及与以往封装的不同(b)。即使采用相同尺寸的LED芯片,封装的面积也只有1/10。

  注2)抢在东芝之前全球率先量产采用GaN on Si技术的LED芯片的中国晶能光电、继东芝之后于2013年3月开始生产8英寸晶圆的法国Aledia、德国欧司朗光电半导体、NTT、荷兰飞利浦流明等。韩国三星电子也开发出了采用8英寸硅晶圆的技术。坚持进行研究开发的日本企业就更多了。

  以往的采用蓝宝石基板的LED也开发出了CSP技术,但据称东芝的LED使用Si基板,CSP工序也可沿用现有半导体制造技术,制造更容易。例如,在基板的去除工序中,蓝宝石基板需要使用激光,而Si基板只需蚀刻即可。


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