襯底材料

　　LED襯底材料眾多，市場(chǎng)上大規(guī)模商用的LED襯底材料是GaAs、藍(lán)寶石和SiC，同時(shí)Si襯底和GaN同質(zhì)襯底也成為關(guān)注熱點(diǎn)。

　　在GaAs領(lǐng)域，我國(guó)具有一定的實(shí)力，普亮紅、黃光LED中目前襯底材料基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而高亮度和超高亮度紅光LED襯底材料主要依靠進(jìn)口，與國(guó)際水平仍存在一定的差距。

　　藍(lán)寶石襯底材料以其生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量好、穩(wěn)定性高、易于處理和清洗等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)企業(yè)廣泛使用。然而，藍(lán)寶石襯底也存在一些問(wèn)題，首先藍(lán)寶石襯底與GaN外延層的晶格失配和熱應(yīng)力失配較大;同時(shí)，藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好，會(huì)增加大功率LED器件封裝散熱成本。

　　為了提升器件的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，出現(xiàn)了SiC和Si襯底。SiC襯底材料的導(dǎo)熱性能要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上，同時(shí)這種襯底不需要電流擴(kuò)散層，因此光不會(huì)被電流擴(kuò)散層的材料吸收，有利于提高芯片的出光效率，但其制造成本非常高，產(chǎn)品價(jià)格差不多是同尺寸藍(lán)寶石襯底的10倍。Si襯底材料質(zhì)量高、尺寸大、材料成本低、加工工藝成熟，并具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等，但Si與GaN之間存在巨大的晶格失配度和熱失配，同時(shí)Si對(duì)可見(jiàn)光吸收嚴(yán)重，LED出光效率低。

　　近兩年，我國(guó)在Si襯底上生長(zhǎng)GaN外延技術(shù)進(jìn)展很快，尤其是在6英寸、8英寸等大尺寸Si襯底上生長(zhǎng)GaN外延，可大幅降低LED芯片制造成本。目前看來(lái)Si襯底技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。

　　此外AlN、ZnO等材料也可作為襯底，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

　　我國(guó)用于制備紅、黃光LED的GaAs/AlGaInP/InP/GaP四元系襯底材料制備技術(shù)發(fā)展較為成熟，與國(guó)際水平差距較小。在GaAs襯底領(lǐng)域，中科鎵英、中科晶電、國(guó)瑞電子、上海中科嘉浦、中國(guó)電子科技集團(tuán)第46研究所等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)上述產(chǎn)品的量產(chǎn)，特別是中科鎵英和中科晶電憑借突出的產(chǎn)品性價(jià)比，在國(guó)內(nèi)GaAs襯底領(lǐng)域占有絕大部分市場(chǎng)份額。

　　我國(guó)相關(guān)企業(yè)應(yīng)用于藍(lán)、白光LED生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底和GaN襯底材料的性能指標(biāo)和成品率仍然較低，材料生長(zhǎng)專業(yè)人才也較為缺乏。但受市場(chǎng)和政策利好驅(qū)動(dòng)，已有多家企業(yè)開(kāi)始介入或宣布介入寬帶隙襯底領(lǐng)域，逐步擴(kuò)大資金投入和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)。

　　在藍(lán)寶石襯底材料領(lǐng)域，我國(guó)代表企業(yè)有元亮科技、同人電子、協(xié)鑫光電、上城科技、吉星新材料、普吉光電、水晶光電、云南藍(lán)晶、重慶四聯(lián)光電、成都東駿、貴州皓天、九江賽翡、中鎵半導(dǎo)體、哈工大奧瑞德、安徽康藍(lán)光電、青島嘉星晶電、山東天岳、山東元鴻等。

　　在SiC襯底領(lǐng)域，美國(guó)Cree幾乎壟斷了優(yōu)質(zhì)SiC襯底的全球供應(yīng)，其次是德國(guó)SiCrystal、日本新日鐵和日本東纖-道康寧公司，我國(guó)企業(yè)實(shí)力較弱。

　　外延材料

　　外延是LED器件核心環(huán)節(jié)，外延材料是由多層不同組分的材料構(gòu)成，要求單層厚度一致，化學(xué)組分分布均勻，這對(duì)外延過(guò)程控制及設(shè)備提出了非常高的要求。外延生長(zhǎng)過(guò)程中所涉及到的溫度場(chǎng)、氣流控制直接影響所LED芯片中局部成分和厚度的均一性，目前最為常用的方法還是MOCVD方法。由于這一環(huán)節(jié)對(duì)資金、技術(shù)、人才有很高的要求，進(jìn)入門檻較高。

　　目前，我國(guó)與國(guó)際廠商相比，在外延材料生長(zhǎng)技術(shù)方面和經(jīng)驗(yàn)方面，無(wú)論是大功率產(chǎn)品還是小功率產(chǎn)品在發(fā)光效率上都存在一定的差距。從材料上看，在高亮度和超高亮度產(chǎn)品中，由于AlGaInP外延技術(shù)要求較低，目前國(guó)內(nèi)從事這類外延生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量較多，產(chǎn)量較高。作為藍(lán)光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市場(chǎng)潛力拉動(dòng)下，其外延片產(chǎn)量不斷提高，且增速明顯高于AlGaInP外延產(chǎn)品。

　　而作為外延材料生產(chǎn)的核心MOCVD設(shè)備領(lǐng)域，目前全球主要的生產(chǎn)廠商為德國(guó)的Aixtron公司(約占60%-70%市場(chǎng)份額)和美國(guó)的Vecco公司(約占30%-40%市場(chǎng)份額)。其他MOCVD廠家主要包括日本的NIPPON Sanso和Nissin Electric等。我國(guó)MOCVD設(shè)備則基本依靠進(jìn)口。

　　截止2013年年底，中國(guó)共有約1017臺(tái)MOCVD，在生產(chǎn)與完成調(diào)試的MOCVD數(shù)量接近六成，其中85%為GaN系MOCVD。在技術(shù)和生產(chǎn)工藝方面，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的差距較大，特別是在前景較好的四元系和GaN系方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的MOCVD設(shè)備還達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化的要求，基本上依賴進(jìn)口。

　　2012年，中科院半導(dǎo)體研究所負(fù)責(zé)研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)48片2英寸MOCVD工程化樣機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了同類國(guó)際MOCVD設(shè)備產(chǎn)品的水平，意味著一直制約我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的MOCVD設(shè)備技術(shù)水平取得了重大突破。