[00119019]SiC衬底外延制备高效白光LED技术

1、研究背景和意义 目前基于蓝宝石衬底（含图形化蓝宝石衬底）技术路线制备白光LED的指标已进入瓶颈阶段,进一步提升器件效率难度很大。 基于上述背景,课题组将SiC衬底技术路线制备白光LED产品作为攻关方向,建立了包含SiC单晶生长、SiC衬底制备、GaN LED外延材料生长、GaN LED管芯制备、白光LED封装、LED灯具制备的技术团队进行合作开发,以期实现覆盖全产业链的技术突破,获得拥有自主知识产权的高品质白光照明产品,打破国外技术垄断,带动我国半导体照明产业发展。 2、项目创新点 本项目主要是通过SiC衬底高效白光LED的关键外延和芯片制备技术研究,实现掌握高效SiC衬底GaN LED产业化制备技术,解决基于大尺寸SiC衬底的高效白光LED制备技术,获得实用的高效白光LED器件;并利用封装和应用产品对芯片进行验证。同时大力推进SiC衬底等原材料国产化进程,降低LED芯片成本,实现高效LED产品在更广阔领域的应用。 项目主要成果如下： （1）通过研究高质量N型和透明SiC单晶的生长和晶片加工技术,解决了N晶型SiC衬底制备难题,使衬底表面达到“开盒即用”的标准,符合GaN基LED薄膜材料的外延工艺要求,填补国内空白。 （2）根据SiC衬底外延需要,设计并优化AlN缓冲层、量子阱、AlGaN量子垒结构和生长条件,实现高内量子效率的外延结构设计,同时重点研究低阻欧姆接触层的外延生长条件,配合芯片工艺实现低电压芯片制备技术。 （3）通孔型薄膜芯片的制备技术：国内首次实现高反射率P面制备反射镜和欧姆接触金属复合层,同时适合大面积键合需求;创新性的通过研磨、抛光、等离子体刻蚀将SiC衬底移除,得到N面N-GaN的发光面,并对N面N-GaN进行粗化以提高芯片出光;在薄膜结构中首次利用通孔结构解决N型GaN氮面欧姆接触制备困难,同时实现P型电极的引脚在正面。 （4）重点解决MEMS技术管壳设计与制作工艺以及低热阻贴片、高效封装等关键技术;重点研究了LED封装器件的材料特性,封装工艺参数,解决了芯片的防护问题,提高光源的环境适应性;解决了光输出的折射率匹配问题,提高了光电转换效率;解决了芯片散热问题,提高光源的可靠性。 （5）开展了基于SiC LED芯片的灯具开发,研制了高效率恒流电源、高光效配光及散热器结构,形成了4大类基于SiC LED芯片的照明灯具,与进口芯片进行对比试验,并进行了光效、照度、寿命、电磁兼容等测试,为国产SiC LED芯片产业化应用奠定了基础。 3、社会经济效益 项目掌握了SiC外延制备技术,获得了低微管缺陷密度高质量SiC衬底材料,实现了基于SiC衬底白光LED技术路线的贯通,SiC衬底达到了开盒即用水平,为电力电子器件、蓝绿光激光器的发展奠定了基础,带动了第三代半导体照明产业的发展。