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ZnO TCL技术提升GaN-LED光效—新世纪LED沙龙
[2013/1/25 0:00:00]   来源:新世纪LED网",违者本网将依法追究责任。   编辑:zhaomingr   评论0
摘要:1月12日,沙龙开年第一站来到了历史文化名城 — 苏州,泛舟江南水乡,走进姑苏古城,与历经千年的文化积淀和如今走在前列的科学技术发展,共叙LED技术!本次沙龙以“LED上游新技术、新材料、新设备探讨”为主题,汇集长三角地区LED上游企业相关技术工程师,来自苏州纳维科技、苏州德龙激光、苏州新纳晶、飞利浦、京东方、晶瑞半导体、璨扬、同方、晶元等企业的技术工程人员参与本次沙龙的分享与讨论。......

  “技术无国界,交流无止境”以技术和交流为核心的“阿拉丁神灯奖全国巡回推广项目之一 — 中昊光电独家冠名的2013新世纪LED沙龙”,于13年1月正式拉开序幕。

  1月12日,沙龙开年第一站来到了历史文化名城 — 苏州,泛舟江南水乡,走进姑苏古城,与历经千年的文化积淀和如今走在前列的科学技术发展,共叙LED技术!本次沙龙以“LED上游新技术、新材料、新设备探讨”为主题,汇集长三角地区LED上游企业相关技术工程师,来自苏州纳维科技、苏州德龙激光、苏州新纳晶、飞利浦、京东方、晶瑞半导体、璨扬、同方、晶元等企业的技术工程人员参与本次沙龙的分享与讨论。

  作为本次沙龙的技术分享嘉宾,来自中昊光电的童存生外延部长与大家分享了该公司的“ZnO TCL技术提升GaN-LED发光效率”的技术,该技术是中昊光电科技有限公司与中山大学佛山研究院多年联合开发的成果,于2012年成功实现在COB光源产品的生产和应用。因此,中昊光电也成为全球首家提供高性能ZnO TCL芯片产品的企业。

  提升GaN-LED发光效率的主要措施

  Ⅰ、提升IQE和EQE。

  Ⅱ、EQE集中于电学特性的结构设计:电极引线图案和器件结构和集中于光学特性的TCL技术。

  Ⅲ、TCL技术是提升LED发光效率的核心技术之一。

  为什么GaN LED必需要TCL技术

  众所周知,MOCVD同质外延生长TCL是最佳的LED结构,如红、黄光LED:得益于有匹配的衬底和容易获得良好电性的P型层,可以在外延完成LED结构后同质外延TCL结构:厚P-型层。

  目前GaN技术只能在异质衬底,且极难获得高电导的厚P-型层,因此,GaN-LED无法实现最优的同质外延TCL结构。若无TCL技术,根据LED电光输运特性,其发光效率将极低,无法应用。

  为此,日亚化学开发了Ni/Au TCL技术,实现GaN-LED的商业化。台湾工研院也为避开专利和进一步提升发光效率,开发了ITO TCL技术,是目前GaN-LED的主流技术。

  中昊光电童存生部长还分享了ITO取代Ni/Au的主要原因,是因为具有更高的透过率,可利用增透膜原理及萃取部分全反射角内的光线,其萃取效率更高。

  那是否ITO TCL是最优于GaN-LED?答案是否定的!童存生部长为我们解析了原因:

  1)ITO与GaN不属于同一体系材料,决定了高功率下器件稳定性不高。

  2)GaN-LED上获取方式为PVD,属物理粘附:非结晶、生长模式不可控,TCL形貌无法优化。

  3)PVD与MOCVD不兼容:制造工序无法提高LED自动化程度。

  为了避开现有的TCL技术专利、提升高发光效率和LED制造工序自动化。中昊光电开发了GaN-LED ZnO TCL技术。

  ZnO TCL技术的主要特点

  在谈到ZnO TCL技术的应用之前,童存生部长解释了ZnO TCL技术的特点,其属于TCO材料体系,具备作为TCL材料基础。其次,与GaN晶格几乎匹配,是实现同质外延材料基础。

  ZnO TCL技术也可采用MOCVD,可获得高质量薄膜且与GaN系统共用平台,提高自动化程度。再者,高的薄膜质量具有更高电子迁移率,可获得更高透光率及可输送更高能量密度。

  最后,使用此技术可灵活实现薄膜层状,混合状及三维模式生长,控制TCL结构,获得更高的光萃取效率。另外,Zn属常规金属,而In为稀有有毒金属。

  ZnO TCL技术开发产品的优势

  使用ZnO TCL技术可以简化制造工艺:MOCVD工序( LED及其 TCL)-chip process工序-packaging工序。将TCL工序一体式集成于MOCVD工序,大幅度简化LED作业工序利于萃取光效的表面形貌:在外延工艺上很好地获得了表面粗化结构,且开发的Chip process可无损伤、无过侧腐蚀地护该结构。

  在0.2mA小电流驱动下发光,ZnO TCL芯片发光图片显示电流扩展均匀,表面布满小白亮点,形象地体现ZnO 较ITOTCL具有高更的萃取效率。在350mA电流驱动下频谱图,ZnO TCL芯片粗化表面结构无干涉损失,亮度较ITO高13.3%

  I-V及I-Rs曲线:10*23芯片大电流下,ZnO TCL芯片电压更稳定,其TCL的导电性稳定,Rs不增加;而I-Iv曲线:在中小电流下,Iv提升10.2%,而大电流下,Iv提升到14.9%。,更说明了ZnO TCL稳定,适合大功率下应用。

  通过实践,童存生部长根据COB需要高的正面出光和ZnO TCL结构特点,将其应用于COB获得较ITO高9.2%的流明光效。

  针对封装后产品可靠性测试中,中昊光电比对CREE和晶电的ITO TCL芯片和自产ZnO TCL芯片,在20—180°,通过10—1000mA电流,比较TCL的承载能力,结果显示ZnO TCL芯片性能非常稳定,仅受LED内部结构影响。

  因此,从材料、制造方式、结构特点及器件应用、测试清晰提现了ZnO TCL技术可有效提高GaN-LED发光效率,且其高功率下性能更加稳定。

  目前ZnO TCL技术应用的主要问题是MOCVD系统成本投入

  童存生部长分析了ZnO TCL对LED成本的影响:

  1、MOCVD可简化LED制造工序,提高作业自动化和LED MOCVD利用率。

  2、MOCVD虽增加装备成本,但其替代ITO,亦可以抵消部分成本,特别是Sputter,两者投资额相差。

  3、原料构成:O2(water)+Zn-Mo源,下降空间大

  4、目前ZnO TCL直接制造成本高至5元 (ITO为2.5),但其在LED外延片所占比例确很小,5/600≈8.3‰。

  5、因性能提升而增加LED的附加值,是以外延片为基础等比例增加。

  因此,成本问题是可以理解和解决。

  通过最终论述,童存生部长认为ZnO TCL技术

  1)能有效提升LED发光效率、改善电流Droop效应

  2)突破国外LED专利壁垒

  3)将取代ITO成为新一代的GaN-LED TCL技术

  4)应用的成本问题是可以承受和解决

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关键词: 新世纪LED沙龙  ZnOTCL技术  提升GaN-LED发光效率  中昊光电  晶格匹配  
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