【环保论文】_LED论文,新能源论文,低碳论文

1994年日本日亚化工突破了GaN材料成核生长的关键技术，不久P型GaN采用退火技术得以实现，随后GaNLED研制成功。近几年，通过外延技术的提升，GaNLED的内量子效率大大提升，结合粗化、倒装、PSS衬底等提高光输出效率的技术，GaN基LED已广泛应用于全彩显示、交通信号灯、汽车灯具、液晶背光、室内照明和路灯照明等领域，半导体照明已经日臻成熟，走进千家万户。

目前，绝大部分GaN基LED均采用价格相对低廉的蓝宝石为衬底材料制备。然而，蓝宝石衬底与GaN材料有高达17%的晶格失配度，如此大的晶格失配造成了很高的位错密度，导致GaNLED中的非辐射复合中心增多，限制了其内量子效率的进一步提升。

SiC衬底与GaN材料的晶格适配度只有3%，远小于蓝宝石衬底与GaN材料间的晶格适配度，因此在SiC衬底上外延生长的GaN材料的位错密度会更少，晶体质量会更高，同时SiC的热导率（4.2W/cm.K）远大于蓝宝石，有利于器件在大电流下工作。图1 SiC衬底上外延GaN的X-Ray半宽结果 但是SiC衬底的制备难度较高，外延生长GaN的成核也具有一定难度。

因此，SiC衬底上制备GaNLED的技术仅限于以美国CREE为代表的少数掌握SiC衬底制备技术的公司手中。目前，美国Cree公司生产的GaNLED封装成白光后，流明效率已经超过200lm/W，远远超过其他同行厂家。

2010年上半年，山东华光光电子有限公司和山东大学联合设立的SiC衬底的制备及SiC衬底上的GaN-LED外延技术研发项目获得了突破性进展，在国内实现了SiC衬底上GaNLED的制备。项目运作期间，山东大学在国家863项目的支持下利用5年多的时间成功突破了SiC单晶的生长和加工，目前3英寸SiC衬底已达到GaNLED外延时的“开盒即用”水平。

山东华光光电子有限公司借鉴其在蓝宝石衬底上外延GaNLED的丰富经验，通过优化MOCVD生长工艺，成功生长出了高质量的GaN材料，GaN层厚度可达4um以上而不开裂。GaN薄膜X-Ray测量的（002）和（102）半宽分别达到160s和190s，位错密度比蓝宝石衬底上外延生长的GaN低了接近1个数量级。

图1是SiC衬底上的X-Ray测量结果。由于成核质量较高，SiC衬底上外延的GaN材料具有更好的表面形貌。

图2是SiC衬底上和蓝宝石衬底上外延出的GaN材料的表面原子力显微镜照片，从图中可以看出，SiC衬底上外延的GaN材料表面形貌更加平整，粗糙度Ra达到0.3nm，晶体质量更好。图2 SiC衬底（左）和蓝宝石衬底（右）外延GaN表面原子力显微镜形貌 通过优化外延生长条件生产出高结晶质量的SiC衬底GaN外延片之后，我们通过理论模拟，优化设计了SiCLED管芯结构，并在工艺上先后解决了SiC LED切割、欧姆接触及研磨等关键工艺。

目前，8×10mil规格芯片封装后光输出功率达到16mW，20mA以上，远高于相同管芯尺寸的蓝宝石衬底类产品指标12mW，20mA。另外，由于SiC