國內外大功率發(fā)光二極管的研究發(fā)展動態(tài)-資料下載頁
2025-06-27 23:58本頁面
【正文】 較廣泛，任何工序都隨時會對燈具的質量造成極大影響，如恒流電源、封裝使用的芯片、膠水、熒光粉、PCB板與輔助的散熱材料等。這些都屬于LED燈具的重要部分，任何一環(huán)處理不當， 燈具的光衰問題馬上就會反映出來。在照明領域中，半衰期之后的燈具屬于報廢產品亦即初始亮度到50%后，該燈具不可以使用 [9]。3．2 國外大功率LED的研究發(fā)展 應用不斷拓寬近年來，LED 技術發(fā)展迅速。藍光、白光 LED 技術指標不斷提升。2022 年，國外的藍光芯片發(fā)光功率的技術水平已經達到 15 毫瓦，功率型白光 LED 發(fā)光效率達到了 60lm/W。藍光芯片量產指標則達到了 812 毫瓦。2022 年是國外 LED 電光轉換效率又有較大提高的一年。據報道，Nichia 的白光LED 芯片的實驗室水平達到了 138 lm / W。技術的進步促進了應用領域的拓展。（含混合 PPD 工藝等）隨著高新技術的發(fā)展，新材料與基礎材料產業(yè)結合日益緊密，產業(yè)結構呈現出橫向擴散的特點?；A材料產業(yè)正向新材料產業(yè)拓展，世界上很多著名的新材料企業(yè)以前都是鋼鐵、化工、有色金屬等基礎材料企業(yè)，利用積累的大規(guī)模生產能力、生產技術及充足的資金進入新材料領域。伴隨著元器件微型化的趨勢，新材料技術與器件的一體化趨勢日趨明顯，新材料產業(yè)與上下游產業(yè)相互合作與融合更加緊密，產業(yè)結構出現垂直擴散趨勢。這種趨勢減少了材料產業(yè)化的中間環(huán)節(jié)，加快了研究成果的轉化，降低了研發(fā)與市場風險，有利于提高企業(yè)競爭力。 芯片、外延片開發(fā)行業(yè)為了提高材料質量,要求度量和表征技術能夠確認限制材料優(yōu)異性能的缺陷、雜質和界面。另外還需要建立模型來模擬和分析實驗結果,但是目前若干重要現象的精確模型還沒有建立,因此模型必須做重大改進才能使模擬在納米尺度上有效。新的國際半導體技術藍圖指出,用于新興研究器件的大多數新材料的制備需要新的化學物質、合成方法和度量技術來表征和改進它們的性能。新興研究器件的成功評價需要優(yōu)化的材料體性質和界面性質以滿足器件高效運行,這就需要有表征和模擬手段來確認改變或改進了的材料性質。分子器件中使用的新化學物質的合成需要對開關機制、接觸形成和輸運機制有更深入的理解。同樣,形成器件的納米結構材料的制備,例如納米管或納米線,需要能夠更好地控制和理解工藝對結構、最終電學特性和界面特性的影響。用于自旋器件的材料的合成需要能夠控制同位素純度、雜質含量、自旋弛豫、界面自旋傳輸和自旋退相干機制。自組織方法要能夠被用于制備高密度器件的材料,要求這種合成方法必須能12 / 13夠在高于光刻達到的器件密度的情況下,按照所需圖案可重復地制備材料。這些挑戰(zhàn)將需要新的度量技術來表征納米尺度下的最終結構、關鍵材料和界面性質。另外,需要有模型來模擬分析、確認化學和結構上的變化以改進材料性能和最終器件性能?！?LED可靠性 對于外延片的要求LED可靠性是指它們對熱、電、機械、射線等的承受能力,可靠性好壞的評價主要是由LED在給定工作條件下壽命的長短來決定,而壽命一般指LED的光輸出下降到初始值的一半的時間。LED可靠性涉及的問題很多,包括芯片制備和封裝的各個工藝,如光刻、刻蝕、鍍膜、合金、磨片、劃片、鍵合、灌封等,以及各個工藝中所使用的材料等有關。LED光輸出下降主要與它的老化或失效有關,而老化或失效的機理很復雜,其中熱效應是個主要因素,熱效應使得pn結溫度增加,導致MQW中位錯間的相互作用而非輻射復合幾率的上升和發(fā)光機理的變化,導致發(fā)光效率的降低和發(fā)光波長的不穩(wěn)定,最終引致LED的失效。而熱效應主要與漏電流和管芯的散熱有關,而漏電流主要與外延片中的位錯等缺陷密度有關。常規(guī)側向外延生長技術( laterally ep itaxial over2growth) [10]:在C面藍寶石襯底上生長2μm左右的GaN外延膜,在上面制作SiO 2掩膜周期性結構,然后側向外延生長15μm左右,得到光滑表面的GaN,最后在上面生長LED外延結構。相對常規(guī)LED外延片,側向外延生長所得的LED外延片中的位錯密度大概下降2個數量級左右,由于位錯是有效的漏電流路徑,因此漏電流下降2個數量級左右,但是光學性能幾乎沒有變。采用同質外延的GaN襯底肯定可以獲得最少的缺陷, GaN的熱導率要高于藍寶石,因此采用GaN襯底是提高LED可靠性的極佳選擇。另外,由壓電極化引起的QCSE效應會使LED發(fā)光波長產生明顯的紅移現象,但在增加電流的情況下,由于壓電極化場被屏蔽又會使LED發(fā)光波長產生明顯的藍移現象,這對LED在不同工作電流的使用是個很大的障礙,不同波長的光對對熒光粉的激發(fā)效率是不一樣的,因此QCSE效應對白光LED也是很不利的。4 結論當前研發(fā)的產品其發(fā)光強度和發(fā)光效率已有較大的提高，在大功率LED 芯片生長與制備、新型襯底研發(fā)、新的器件結構中，尤其需要解決功率型LED 的散熱問題。目前LED最大的技術問題是兩高兩低，即提高內量子效率和出光效率，降低光衰(提高壽命)與降低成本，所以光效Droop(LED在大電流條件下出現光電效率的衰減)仍是比較大的問題。同時，由于目前大功率LED的轉換效率還較低，光通量較小，成本較高等方面因素的制約，因此大功率LED短期內的應用主要是一些特殊領域的特種工作燈具，中長期目標才能是通用照明領域。參考文獻：[1]張國義，陸敏，陳志忠. 高亮度白光LED用外延片的新進展[DB].北京大學物理學院，人工微結構和介觀物理國家重點實驗室，北京大學寬禁帶半導體研究中心. 2022，5(1)：1819.[2]WangW K, Huang S Y, Huang S H et al. App l. Phys. Lett. ,2022, 88: 181113[3]李樹強. 超高亮度LED外延材料及管芯制作技術[R].2022，0910[4]湯莉莉1，唐吉玉，黃偉，李軍，文于華，劉超，吳利鋒，性研究[D].1 華南師范大學物理與電信工程學院，廣州（510006）.2 中國三江航天集團設13 / 13計所，武漢（430035）[5] 熱效應研究[D]. ，5[6]趙清泉，[J].2022,3：48[7]國家863引導項目“大功率白光LED器件產業(yè)化關鍵技術研究與開發(fā)”[R] 2022.[8]孫永健，張國義，陳志忠，于彤軍，[M] 2022，12(7)[9]Nam O H,BremserM D,Zheleva T et al. App l. Phys. Lett. 1997, 71: 2638[10]WangW K,Wuu D S,ShinW C et al. . App l. Phys,Part 1, 2022, 44: 2512.
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