功率型ＬＥＤ芯片產業格局

１、前言　

功率型ＬＥＤ芯片的產業化關鍵技術包括以下四個重要環節：
（1）通過加大工作電流提高芯片的整體功率；
（2）采用新型的封裝結構提高光電功率轉換效率；
（3）設計新的芯片結構以提高取光效率；
（4）采用導 熱和光學性能優良的材料，在大電流下降低芯片結溫。

四個環節相輔相成，共同推動功率型ＬＥＤ的大規模產業化，構成半導體照明的核心力量?！?/P>

２、基礎原理

半導體ＬＥＤ若要作為照明光源，與常規產品白熾燈和熒光燈等通用性光源的光通量相比，差距較大。因此，ＬＥＤ要在照明領域發展，關鍵是要將其發光效率、光通量提高至現有照明光源的等級。

照明用Ｗ級功率型ＬＥＤ要實現產業化，應從以下技術層面進行整體創新突破，從而全面提高功率型ＬＥＤ產品的生產質量和產量。目前國內從事功率型ＬＥＤ研發生產的廠家多關注于個別技術點，尤其是封裝技術。

現在需要倡導的的創新理念是一定要整體創新、全面突破，因為功率型ＬＥＤ芯片產業化的四個關鍵技術環節是相互制約同時又能相互促進的，只有全面提升才能拓寬產業化道路。

３、大功率ＬＥＤ產業簡史

功率型ＬＥＤ器件的研發起始于上世紀90年代中后期，超高亮度ＩｎＧａＡＩＰ紅黃光與ＩｎＧａＮ藍綠光器件的研制成功與迅猛發展，為功率型器件的開發奠定了基礎。首先是美國的ＨＰ公司通過將ＧａＰ晶片直接鍵合于ＩｎＧａＡＩＰ紅黃光ＬＥＤ芯片，制成透明襯底（ＴＳ）的“食人魚”型大功率器件，其正向工作電流達７０ｍＡ，耗散功率大于１５０ｍW，最高量子效率超過５０％，波長６１１ｎｍ的ＬＥＤ器件的流明效率可達１０２ｌｍ/W。

3.1、國際先行者

本世紀初，ＨＰ公司推出了ＴＳ倒梯形結構的功率型大面積芯片，工作電流可進一步增大至５００ｍＡ，發光通量大于６０ｌｍ。以脈沖方式工作時，則可達１４０ｌｍ。

德國Ｏｓｒａｍ公司通過在器件表面制作紋理結構，于２００１年研制出新一代功率型ＬＥＤ芯片，獲得了大于５０％的外量子效率，其基本性能與ＴＳ結構的ＬＥＤ相當。目前，該器件的制作工藝已大為簡化，可批量生產。

3.2、國際先進行列

對于ＧａＮ基藍綠光器件，美國Ｌｕｍｉｌｅｄｓ公司于２００１成功研制了倒裝芯片結構的ＡＩＧａＩｎＮ的功率型器件。當該器件的正向電流為１Ａ，正向電壓為３．３Ｖ時，光輸出功率達４００ｍW。據可靠性試驗表明，該器件性能極為穩定。

同時，美國Ｃｒｅｅ公司開發了背面出光功率型的ＡＩＧａｌｎＮ/ＳｉＣ?。蹋牛男酒Y構，該器件的芯片尺寸達０．９ｍｍ×０．９ｍｍ，采用米字型電極，其工作電流為４００ｍＡ時，輸出光功率達到２５０ｍW。

3.3、國內情況

我國臺灣省是世界上開發生產各類ＬＥＤ器件的主要地區之一。繼國聯光電研制成ＧＢ大功率ＩｎＧａ-ＡＩＰＬＥＤ之后，光鼎電子也成功開發了白光與各種色光的功率型ＬＥＤ器件，并投入了批量生產。這類器件在不附加額外熱時，可通過１５０ｍＡ的工作電流，紅、黃、藍綠光的光通量分別為４～６ｌｍ與２～４ｌｍ。

我國大陸較晚開展超高亮度紅、黃與藍綠光器件的研制工作，目前上海大晨光電的功率型器件開發工作也達到了一定的水平?！?/P>

3.4、國內產業現狀

到２００４年全國已有ＬＥＤ各類企業約３５００余家，從業人員５０余萬人，ＬＥＤ器件產量超過４００億只/年，年市場規模大于３００億人民幣。目前市場主要集中在珠江三角區域及長江三角區域等制造業發達的地區，市場份額占到全國各類ＬＥＤ應用市場的９５％以上。

全國ＬＥＤ企業９９％的廠家都從事后道封裝生產，所需芯片幾乎全部從國外進口?！熬盼濉币詠硗ㄟ^技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術，使得我國ＬＥＤ的生產技術向前跨進了一步。ＧａＡｓ和ＧａＰ單晶、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ液相外延、ＬＥＤ芯片制造已達到小批量生產能力。

近年來，我國ＬＥＤ產業平均增長率大于３０％。１９９８年實現銷售收入２２．４４億元，產量約為６５億只，產值達３５億元，初步形成了產業規模。

在眾多生產商中，后道封裝廠主要有佛山光電、廈門華聯、蘇州半導體廠、深圳奧倫德電子等２０余家，但中小型封裝廠家在珠江三角洲就有３００多家；

在芯片制作方面有主要有５家，深圳奧倫德、南昌欣磊、廈門三安是目前僅有的能夠批量供應芯片的廠商，每月累計產量僅達１０００ＫＫ只，供不應求。

3.5、國家半導體照明工程

２００３年６月１７日，“國家半導體照明工程”協調領導小組召開了第一次電視電話會議，“國家半導體照明工程”正式啟動。

２００４年３月２２日，協調領導小組與中國照明電器協會聯合主辦了“２００４年中國國際半導體照明論壇”。批準建立上海、廈門、大連、南昌四個半導體照明基地。

２００５年４月，深圳成為第５個國家半導體照明產業基地。２００４年深圳ＬＥＤ產值已超過５０億元，有些企業的產值高達１０億元，分布在上、中、下游產業鏈上的企業有３００多家。

國家計委、科技部發布的“國家優先發展的高技術產業化重點領域指南”中指出，功率型ＬＥＤ是光電器件，是新型電子顯示器件，是國家優先支持的重點產業。ＩｎＧａＡｌＡｓ四元素紅、綠、黃色超高亮度外延片是超高亮度ＬＥＤ的關鍵材料，是國家重點支持的產業。

4、功率型ＬＥＤ產業化的關鍵技術路線

功率型led產業化的關鍵技術如下表示。

４．１　金屬有機化合物汽相淀積（ＭＯＣＶＤ）　

采用金屬有機化合物汽相淀積的外延生長技術和多量子阱結構增大芯片面積，從而加大芯片的工作電流，提高芯片的整體功率。從目前單芯片１Ｗ、３Ｗ和５Ｗ的大功率ＬＥＤ向功率高至１０Ｗ，具有更高發光效率、經濟實用的固態ＬＥＤ照明光源邁進。

4.2、晶片鍵合（Wａｆｅｒ　Bｏｎｄｉｎｇ）　

采用新型封裝結構的主要目標是提高光電功率轉換效率。目前采用晶片鍵合以透明的ＡｌＧａＩｎＰ襯底（ＴＳ）取代吸光的ＧａＡｓ襯底（ＡＳ）的倒梯形結構的功率型大面積芯片，工作電流可達５００ｍＡ，光通量大于６０ｌｍ，以脈沖方式工作時，則可達１４０ｌｍ。

采用ＩｎＧａＡｌＰ（ＡＳ）紋理表面結構的新一代功率型ＬＥＤ芯片，可以獲得大于５０％的外量子效率，其基本性能與ＴＳ結構的ＬＥＤ相當，不僅可取代常