孙钱：硅衬底上氮化镓基垂直结构大功率LED的研发及产业化

2013年5月14日下午，在由国家半导体照明工程研发及产业联盟与英国励展博览集团共同主办的“2013上海国际新光源&新能源照明论坛”之 “新光源&新能源照明的应用”分会上，来自晶能光电有限公司孙钱博士做了题为《硅衬底上氮化镓基垂直结构大功率LED的研发及产业化》的报告，他从高质量、无裂纹的硅衬底氮化镓LED外延技术高效、散热好的垂直结构LED芯片技术；45 mil的硅衬底LED芯片在350mA下达到142lm/W；硅衬底LED的LM80可靠性测试；荧光粉直涂工艺技术提高封装效率；6英寸大尺寸硅衬底氮化镓基垂直结构LED的低成本优势、及研发结果等几个方面，介绍了硅衬底上氮化镓基垂直结构大功率LED解决方案，以及一些关键器件性能和特点。

晶能光电有限公司孙钱博士

孙博士指出现在业界做LED采用硅衬底是因为硅作衬底与蓝宝石作衬底相比具有衬底材料便宜、硅衬底的散热系数较大、有大尺寸8-12寸的硅衬底、我国自主知识产权、衬底剥离容易、可利用IC行业折旧的设备工艺线等优势。但硅作衬底也有难点：1、大晶格失配17%：很高的缺陷密度，降低LED光效 ；2、热膨胀系数的大失配54%：外延膜在降温过程中产生裂纹，严重影响材料质量和器件性能 ；3、金属镓与硅衬底的化学反应 4、高温外延过程中片子弯曲度大。

而在硅衬底上外延生长GaN的主要难点：1、GaN与硅之间的17%大晶格失配: 很高的缺陷密度；2、 54%的热膨胀系数的大失配: 外延膜在降温过程中产生裂纹；3、金属Ga直接与硅衬底接触时会有化学回融反应。

晶格失配会造成很大的缺陷密度，性能效率就会受到影响，晶格失配就是质量问题。难点是热膨胀系数的上升，因为在高温的时候，外延生长的时候，降温从1000多度降到10的过程中，收缩比较快，但氮化镓就返过来了，硅不让它收缩，相当于把衬底向外很大的张拉力，拉扯会像一个碗一样，最后会产生裂纹。对于这个问题，孙博士介绍利用在硅，积累一个压应力把它塞进去，抵消降温产生的张应力，就会变成平的。

而对于硅跟蓝宝石的差别，孙博士指出蓝宝石优点是五面储光，硅不会进入衬底，光只是单面储光，硅是一个冷波峰波，冷波峰就是光每个角度看的时候它是一个很均匀的分布，所以优点就是很均匀，很适合聚光，二次光很容易配。另外硅的导热系统比较好，PE型进一步降低它的散热成本，也利于做荧光粉直涂工艺。

最后孙博士认为，蓝宝石2寸，肯定往自动化、大尺寸、大规模走，国内目前三安做得很好，现在东芝进入了，三星也在做。而对于硅衬底，克服硅衬底技术的难题，设备产生裂纹的问题，6英寸研发进展还需加快。