國(guó)內(nèi)外大功率發(fā)光二極管的研究發(fā)展動(dòng)態(tài)(參考版)
2025-06-30 23:58本頁面
【正文】 參考文獻(xiàn)：[1]張國(guó)義，陸敏，陳志忠. 高亮度白光LED用外延片的新進(jìn)展[DB].北京大學(xué)物理學(xué)院，人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)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(qiáng). 超高亮度LED外延材料及管芯制作技術(shù)[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(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣州（510006）.2 中國(guó)三江航天集團(tuán)設(shè)13 / 13計(jì)所，武漢（430035）[5] 熱效應(yīng)研究[D]. ，5[6]趙清泉，[J].2022,3：48[7]國(guó)家863引導(dǎo)項(xiàng)目“大功率白光LED器件產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”[R] 2022.[8]孫永健，張國(guó)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.。目前LED最大的技術(shù)問題是兩高兩低，即提高內(nèi)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(xiàn)光電效率的衰減)仍是比較大的問題。另外,由壓電極化引起的QCSE效應(yīng)會(huì)使LED發(fā)光波長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的紅移現(xiàn)象,但在增加電流的情況下,由于壓電極化場(chǎng)被屏蔽又會(huì)使LED發(fā)光波長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的藍(lán)移現(xiàn)象,這對(duì)LED在不同工作電流的使用是個(gè)很大的障礙,不同波長(zhǎng)的光對(duì)對(duì)熒光粉的激發(fā)效率是不一樣的,因此QCSE效應(yīng)對(duì)白光LED也是很不利的。相對(duì)常規(guī)LED外延片,側(cè)向外延生長(zhǎng)所得的LED外延片中的位錯(cuò)密度大概下降2個(gè)數(shù)量級(jí)左右,由于位錯(cuò)是有效的漏電流路徑,因此漏電流下降2個(gè)數(shù)量級(jí)左右,但是光學(xué)性能幾乎沒有變。而熱效應(yīng)主要與漏電流和管芯的散熱有關(guān),而漏電流主要與外延片中的位錯(cuò)等缺陷密度有關(guān)。LED可靠性涉及的問題很多,包括芯片制備和封裝的各個(gè)工藝,如光刻、刻蝕、鍍膜、合金、磨片、劃片、鍵合、灌封等,以及各個(gè)工藝中所使用的材料等有關(guān)。另外,需要有模型來模擬分析、確認(rèn)化學(xué)和結(jié)構(gòu)上的變化以改進(jìn)材料性能和最終器件性能。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(dá)到的器件密度的情況下,按照所需圖案可重復(fù)地制備材料。同樣,形成器件的納米結(jié)構(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)、最終電學(xué)特性和界面特性的影響。新興研究器件的成功評(píng)價(jià)需要優(yōu)化的材料體性質(zhì)和界面性質(zhì)以滿足器件高效運(yùn)行,這就需要有表征和模擬手段來確認(rèn)改變或改進(jìn)了的材料性質(zhì)。另外還需要建立模型來模擬和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但是目前若干重要現(xiàn)象的精確模型還沒有建立,因此模型必須做重大改進(jìn)才能使模擬在納米尺度上有效。這種趨勢(shì)減少了材料產(chǎn)業(yè)化的中間環(huán)節(jié)，加快了研究成果的轉(zhuǎn)化，降低了研發(fā)與市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，有利于提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)正向新材料產(chǎn)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(chǔ)材料企業(yè)，利用積累的大規(guī)模生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術(shù)及充足的資金進(jìn)入新材料領(lǐng)域。技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。2022 年是國(guó)外 LED 電光轉(zhuǎn)換效率又有較大提高的一年。2022 年，國(guó)外的藍(lán)光芯片發(fā)光功率的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到 15 毫瓦，功率型白光 LED 發(fā)光效率達(dá)到了 60lm/W。3．2 國(guó)外大功率LED的研究發(fā)展 應(yīng)用不斷拓寬近年來，LED 技術(shù)發(fā)展迅速。這些都屬于LED燈具的重要部分，任何一環(huán)處理不當(dāng)， 燈具的光衰問題馬上就會(huì)反映出來。LED光衰明顯時(shí)，光學(xué)特征隨著改變，包括：光強(qiáng)分布、亮度、光譜分布、色度坐標(biāo)、顯色性等！綜上所述，LED 的光衰特性可以反映LED燈具的工作電路、散熱結(jié)構(gòu)、元件封裝等諸多方面的解決方案，如此重要的數(shù)據(jù)，制立標(biāo)準(zhǔn)為什么不放在首位，以規(guī)范生產(chǎn)廠家和保護(hù)消費(fèi)者利益，真正達(dá)到推動(dòng)行業(yè)發(fā)展和節(jié)能、環(huán)保、健康的需要。建設(shè)半導(dǎo)體照明特色產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用示范基地，培育一批掌握核心技術(shù)的高技術(shù)企業(yè)。(2)“十五”攻關(guān)項(xiàng)目工作目標(biāo)解決功率型半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)、功率型LED封裝技術(shù)及熒光粉等封裝材料制備等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出市場(chǎng)急需的特殊照明應(yīng)用產(chǎn)品，形成原創(chuàng)性核心技術(shù)和一批專利。現(xiàn)在，只需幾粒這種小米粒大小的芯片，就可以組成一個(gè)可供日常使用的白光臺(tái)燈。直到20世紀(jì)90年代中期，第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破，以及藍(lán)、綠、白光發(fā)光二極管問世后，半導(dǎo)體照明才得以進(jìn)入日常照明這一照明領(lǐng)域的主陣地。綠色、環(huán)保的照明新時(shí)代正快速到來?！?十五” 課題對(duì) 大功率LED的研究(1)“十五”攻關(guān)項(xiàng)目課題設(shè)置分析由于是冷光源，半導(dǎo)體照明不僅自身對(duì)環(huán)境沒有任何污染，而且與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90％以上。第三種途徑是在GaN襯底上生長(zhǎng),類似第一種途徑,可以直接形成上下電極結(jié)構(gòu), GaN襯底上屬于同質(zhì)外延,一定可以獲得最高的發(fā)光效率。不過器件制備過程中涉及激光剝離、鍵合等工藝,較復(fù)雜,而且激光剝離的成品率問題一直是個(gè)難題。第二種途徑是在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng),然后通過激光剝離技術(shù)將LED薄膜轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電的支撐物上(如Si,Cu等),其在結(jié)構(gòu)上的主要問題是N面的電流擴(kuò)展問題,解決的方法主要有叉指型電極、ITO薄膜和外延生長(zhǎng)中在MQW前加入電流阻擋層和電流擴(kuò)展層。Si襯底由于晶格失配嚴(yán)重,其發(fā)光效率不可能太高,因此其不可能成為主流和高端的白光照明LED。下面主要針對(duì)白光照明用途,特別是對(duì)研究較多的垂直結(jié)構(gòu)作一些具體的討論。在圖形化藍(lán)寶石襯底即所謂的結(jié)構(gòu)襯底上生長(zhǎng)LED外延片等?；?LED外延片生長(zhǎng)過程中的外量子效率提高的途徑主要有:采用表面粗化生長(zhǎng)技術(shù)。(4) 基于外量子效率提高的高亮度藍(lán)光LED外延片進(jìn)展內(nèi)量子效率η i的提高必定帶來外量子效率效率 η e的提高,因此,此處討論的外量子效率η e的提高主要是針對(duì)載流子注入效率η j和光出射效率η ex的提高。降低材料的缺陷密度以及InGaN量子阱內(nèi)的壓電極化是減少非輻射復(fù)合、增加輻射復(fù)合幾率的有效手段。有些條件較好的研究所、企業(yè)，如中電集團(tuán)第13所、廈門華聯(lián)、佛山國(guó)星等，均投入較大力量進(jìn)行功率LED封裝的研發(fā)和生產(chǎn)，已封裝的產(chǎn)品發(fā)光效率可達(dá)301m/w，熱阻在10℃/w左右，并批量封裝功率大于或等于1W的LED器件，推動(dòng)L
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