現今LED技術以採用藍寶石(Sapphire)作為基板(Substrate)為主, 但以矽(Silicon)為基礎的LED研發已經如火如荼的展開, 除了Cree所用的碳化矽基板技術之外, 位於中國江西的晶能光電(Lattice Power)實已具有以矽作為基板的各項LED量產能力. 矽在中國稱為硅, 江西晶能光電所使用的硅襯底氮化鎵(GaN) LED材料技術將很有可能改寫半導體技術的照明歷史, 此技術具有原創技術產權, 迄今為止已獲得或者公開國際國內發明專利70多項, 而目前在LED基板技術中, 已經形成了藍寶石, 碳化矽, 矽三種材料基板技術鼎立的局面.
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| Lattice Power's silicon based thin film process |
在基板材料的研究上, 以矽作為發光材料所必需克服的課題為不同材料間晶格常數(Lattice Constant)的不匹配, 以及熱延展係數的不匹配, 晶格常數的不匹配會造成材料長在基板上時, 與基板的交接處會形成缺陷, 吸收發光的電子電動對(EHP)進而影響發光效率, 而LED製程中需加熱到1,000度左右的高溫, 熱延展係數的不匹配則會在LED材料冷卻時, 造成材料收縮程度不一產生龜裂, 而南昌大學於2006年時發表出的相關研究中, 對兩主要問題提出了相關的解決方案, 進而實現了於矽基板上生成氮化鎵LED發光材料的可能.
而實際上, 江西晶能光電的矽基LED已經具有量產的實力, 除了200m x 200m 尺寸的背光元件已經進入量產之外, 作為照明用的高亮度(HB) LED也已經在試生產的階段, 而以高亮度的產品來說, 一顆LED Chip約可以提供100~110lm的照明, 換算成單位功率約是95lm/W左右.
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| High-performance 500 μm and 1 mm chips made from GaN-on-silicon substrates |
比較兩種技術, 目前全世界約有95%的LED都使用藍寶石作為基板, 近年來投入於藍寶石的研究為數眾多, 甚至可能將LED效率提高到單一晶片160~170lm, 而相較之下矽技術在成本方面則有較好的優勢, 主要因為原料取得容易,大尺寸的晶元(Wafer)製作技術成熟, 另外MOCVD所需的長晶時間較長, 半導體製程則有較適合快速大量生產的優勢, 還有以矽作為技術基礎的半導體相關製程研究完整, 以及儀器設備多而且成熟可以使得矽技術的廠商在進入LED市場時擁有較好的優勢, 如台積電等半導體大廠也在積極進軍LED產業, 如果能使用矽基板為主的相關技術來生產LED將會是這些半導體廠的一大優勢, 矽基板的技術在未來會越來越受到重視是肯定的.
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