在剛拉上帷幕的拉斯維加斯美國LightFair International 2012照明展，美商Bridgelux行銷副總裁Jason Posselt宣傳該公司已經(jīng)可實現(xiàn)量產(chǎn)8吋矽基板的GaN型LED。

Jason Posselt指出，該公司先前已經(jīng)打造出每瓦135流明的GaN-On-Silicon LED，在矽基板上面長晶，這種方法最大的意義在于要降低大尺寸晶圓在生產(chǎn)為LED時的成本，同時，矽基板的價格比藍寶石基板的價格要低。過去以來，這項技術(shù)并沒有受到太大重視的原因是良率、成本與技術(shù)門檻。如今，該公司已經(jīng)成功地打造出具備足夠競爭力的產(chǎn)品，同時也獲得許多市場客戶的選用。Bridgelux這次發(fā)表的最新成果，是614mW, <3.1V@350mA的1.1mm尺寸LED，是目前8吋矽基LED最高效率的產(chǎn)品，該公司強調(diào)未來會繼續(xù)發(fā)表這方面的進度與發(fā)展。

在產(chǎn)能方面，矽基板已經(jīng)是半導(dǎo)體行業(yè)最普遍的基板材料，其中8吋晶圓廠設(shè)備已經(jīng)老舊，矽基板的LED可以對原有的產(chǎn)能很方便的利用。Bridgelux策略是與日本大廠東芝合作，兩家公司將以東芝在亞洲的某間8吋晶圓廠產(chǎn)能，搭配最新改良的GaN-On-Silicon技術(shù)，量產(chǎn)8吋矽基板LED，2013年量產(chǎn)的影響可能不小，預(yù)期可降低75％的成本。

LEDinside認(rèn)為這項發(fā)展，其實牽動了以藍寶石基板為基礎(chǔ)的現(xiàn)有大部分LED芯片產(chǎn)業(yè)，原本市場預(yù)期的技術(shù)進展并沒有那么地快，但是Bridgelux的這項突破很有可能改變現(xiàn)有的競爭格局，引發(fā)不同技術(shù)進步路徑的激烈交鋒。

基板材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的基板材料，需要不同的外延生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，基板材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線?；宀牧系倪x擇主要取決于以下九個方面：
[1]結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與基板的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)晶性能好、缺陷密度??；
[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性強；
[3]化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕；
[4]熱學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度??；
[5]導(dǎo)電性好，能制成上下結(jié)構(gòu)；
[6]光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被基板吸收??；
[7]機械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等；
[8]價格低廉；
[9]大尺寸，一般要求直徑不小于2英吋。

藍寶石/Al2O3

目前用于氮化鎵生長的最普遍的基板是Al2O3，其優(yōu)點是化學(xué)穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價格適中、制造技術(shù)相對成熟；不足方面雖然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被過渡層生長技術(shù)所克服，導(dǎo)電性能差通過同側(cè)P、N電極所克服，機械性能差不易切割通過激光劃片所克服，很大的熱失配對外延層形成壓應(yīng)力因而不會龜裂。但是，差的導(dǎo)熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。

部分廠商用倒裝芯片（flip-chip）來制備功率型器件來克服這個問題。國際市場上Al2O3基板今后的研發(fā)任務(wù)是生長大直徑的Al2O3單晶，向4-6英吋方向發(fā)展，以及降低雜質(zhì)污染和提高表面拋光質(zhì)量。目前主流藍寶石基板片廠商均能夠?qū)崿F(xiàn)6吋批量交貨。韓廠三星LED已將絕大部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)為6吋。不過目前中國的芯片廠主流采用的還是2吋片，主要是基于成本的考慮。

根據(jù)LEDinside調(diào)研目前基板市場價格如下表：

4吋面積僅為2吋的4倍，但是價格卻為接近2吋片的7倍。

碳化矽/SiC

除了Al2O3基板外，目前用于氮化鎵生長的基板就是SiC，它在市場上的占有率位居第二，它有許多突出的優(yōu)點，如化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可見光等，但不足方面也很突出，如價格太高、晶體質(zhì)量難以達到Al2O3和Si那么好、機械加工性能比較差。 另外，SiC基板吸收380 nm以下的紫外線，不適合用來研發(fā)380 nm以下的紫外線LED。

由于SiC基板優(yōu)異的的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，不需要像Al2O3基板上功率型氮化鎵LED器件采用倒裝焊技術(shù)解決散熱問題，而是采用上下電極結(jié)構(gòu)，可以比較好的解決功率型氮化鎵LED器件的散熱問題，故在發(fā)展中的半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位。目前國際上能提供商用的高品質(zhì)SiC基板的廠家只有美國CREE公司,Cree公司于2012年4月12日宣布，其白光功率型LED光效再度創(chuàng)下LED產(chǎn)業(yè)最高紀(jì)錄，達到254 lm/W。這一記錄要比Al2O3基板實現(xiàn)的最高光效記錄高了近百個lm。SiC基板今后研發(fā)的任務(wù)是大幅度降低制造成本和提高晶體結(jié)晶品質(zhì)。

矽/Si

在矽基板上制備發(fā)光二極管是本領(lǐng)域里夢寐以求的一件事情，因為一旦技術(shù)獲得突破，外延生長成本和器件加工成本將大幅度下降。Si片作為GaN材料的基板有許多優(yōu)點，如晶體質(zhì)量高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等。然而，由于GaN外延層與Si基板之間存在巨大的晶格失配和熱失配，以及在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化矽，所以在Si 基板上很難得到無龜裂及器件級質(zhì)量的GaN材料。另外，由于矽基板對光的吸收嚴(yán)重，LED出光效率低等缺陷。

不過由Bridgelux這次發(fā)表的最新成果614mW, <3.1V@350mA的1.1mm尺寸LED來看，內(nèi)量子效率已經(jīng)取得重大進展。結(jié)合早先OSRAM發(fā)布的一款6吋矽基板上生長的藍光芯片，光功率也達到了3.15V時達到634mW，矽基板LED在光效上已經(jīng)非常逼近Al2O3基板。

上面是Osram推出的矽基板LED產(chǎn)品：UX:3

氮化鎵/GaN

用于氮化鎵生長的最理想的基板自然是氮化鎵單晶材料，這樣可以大大提高外延膜的晶體質(zhì)量，降低位錯密度，提高器件工作壽命，提高內(nèi)量子效率，提高器件工作電流密度。可是，制備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有易于量產(chǎn)且行之有效的辦法。有研究人員通過HVPE方法在其他基板(如Al2O3、SiC)上生長氮化鎵厚膜，然后通過剝離技術(shù)實現(xiàn)基板和氮化鎵厚膜的分離，分離后的氮化鎵厚膜可作為外延用的基板。這樣獲得的氮化鎵厚膜優(yōu)點非常明顯，即以它為基板外延的氮化鎵薄膜的位錯密度，比在Al2O3 、SiC上外延的氮化鎵薄膜的位錯密度要明顯低；但價格昂貴。因而氮化鎵厚膜作為半導(dǎo)體照明的基板之用受到限制。

不過由三菱化學(xué)已經(jīng)宣稱能夠量產(chǎn)GaN加基板。已投下約5億日圓在水島事業(yè)所內(nèi)興建基板加工產(chǎn)線，并于4月完工，之后將于7月進行基板樣品出貨，并將于10月正式量產(chǎn)直徑為2吋的GaN基板，月產(chǎn)量為500片(可供應(yīng)10萬個LED燈泡使用)。三菱計劃于2013年將GaN基板月產(chǎn)能大幅倍增至6,000片(以直徑2吋的產(chǎn)品換算；以下同)，之后并計劃于2015年進一步擴增至30,000片的規(guī)模，以借此一口氣掌握業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)估三菱化學(xué)對GaN基板的總投資額將達數(shù)百億日圓。

和現(xiàn)行主流的藍寶石基板相比，GaN基板雖具有轉(zhuǎn)換效率高（約為三倍）等優(yōu)點，惟最大難題在于生產(chǎn)成本過高，但因三菱化學(xué)已確立了高效率的生產(chǎn)技術(shù)，故從中長期來看，三菱化學(xué)分析其成本面應(yīng)可抗衡藍寶石基板。該項目與藍光LED之父中村修二博士的在加州大學(xué)芭芭拉分校（UCSB）的研究有關(guān)。先前市場也有消息指出，三菱化學(xué)與藍光LED之父中村修二已成功運用液相沉積法生產(chǎn)出氮化鎵(GaN)晶體。

中國也有公司在這方面展開探索，蘇州納維宣稱能量產(chǎn)直徑2吋厚度為300μm的非極性自支撐的GaN基板，這為國際市場上外延芯片廠探索GaN基外延提供了很好的基礎(chǔ)。不過，就市場發(fā)展當(dāng)前狀況而言，中國本土廠商在這方面的技術(shù)發(fā)展，還有一段時間要趕上國際進度。

LEDinside觀點

Ledinside分析，更多不同LED基板技術(shù)的選擇，對保持LED產(chǎn)業(yè)的活力至關(guān)重要，因為這意味著更多的創(chuàng)新和顛復(fù)性的突破的機會，在與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)競爭中取得更大的競爭優(yōu)勢，更快實現(xiàn)綠色節(jié)能照明普及的目標(biāo)。

同時，這也為那些缺少核心技術(shù)和通路資源卻動輒數(shù)億、數(shù)十億甚至到百億資金豪賭的廠商來說，是個重要的啟示，科技產(chǎn)業(yè)雖然有著嚴(yán)重的路徑依賴，但是顛復(fù)性的技術(shù)創(chuàng)新也隨時會出現(xiàn)，錯誤的投資決策很有可能變成沉沒成本，讓企業(yè)陷入萬劫不復(fù)。

LED產(chǎn)業(yè)目前正在關(guān)切未來LED基板與LED技術(shù)的走向，因為重新洗牌的成本不小，值得密切注意。