[01442949]第二代硅衬底GaN基高功率LED薄膜转移技术的研究

【课题来源与背景】 1. 课题来源 江西省科技支撑计划-工业领域 课题名称：第二代硅衬底GaN基高功率LED薄膜转移技术的研究 课题编号：20151BBE50111 2. 背景 LED产业是当今国际上备受关注的新兴产业,也是江西省重点发展的十大战略性新兴产业之一。传统的GaN基LED通常以蓝宝石或碳化硅为衬底,这两种技术路线已经成功实现商业化生产,其核心技术基本为日、美等厂商所垄断并构筑了严密的专利壁垒,而且蓝宝石和碳化硅衬底的成本较高。为降低成本并打破我国LED产业面临国际大厂技术垄断的不利局面,本单位自主研发出硅衬底GaN基LED技术并实现产业化,走出了全球GaN LED芯片的第三条技术路线,受到国际LED产业界及我国各级政府的重视。然而,由于硅衬底和GaN之间存在巨大的热失配,即便在外延生长过程中采用了多种技术手段,在降至室温时硅衬底上生长的GaN基LED薄膜中仍有较大的残余张应力。众所周知,在后续的芯片制造过程中,薄膜转移过程是影响LED薄膜应力的关键工步。然而,第一代硅衬底LED芯片的薄膜转移技术无法有效释放这一张应力,对于大尺寸的高功率LED芯片而言,如果LED薄膜中的残余应力不能有效释放,将导致芯片在可靠性方面仍然存在一些问题、芯片制造的良率和自动化程度也较低。为进一步提高硅衬底LED技术的竞争力,为我省LED产业提供新动力,有必要对第一代硅衬底LED芯片的薄膜转移技术进行二次创新。 【技术原理及性能指标】 1. 技术原理 本项目在不增加薄膜转移次数的前提下,通过科学设计具有应力释放功能的晶圆键合层的结构（该晶圆键合层含有由单层或多层低熔点金属构成的应力释放层）和材料,并采用退火或二次绑定的方法使部分晶圆键合层熔化或软化,使得LED薄膜自平坦化,从而达到了充分释放LED薄膜中残余张应力的目的。 2. 性能指标 本项目研发的40mil尺寸硅衬底蓝光、绿光LED晶圆片的点测良率均已超过85%;40mil和45mil尺寸硅衬底蓝光LED芯片在350mA电流下测试得到的光功率均超过580mW;白光LED器件在350mA电流下测试得到的光效超过150lm/W。 【技术的创造性与先进性】 本项目在科学设计具有应力释放功能的晶圆键合层结构和材料的基础之上,在不增加薄膜转移次数的前提下,通过简单的二次回熔工艺可充分释放LED薄膜内的残余张应力,提高了LED芯片加工的良率以及器件的可靠性。继承了第一代硅基LED芯片技术工艺简单的特点,同时解决了第一代硅基LED芯片技术 所无法避免的残余张应力无法充分释放的难题。 【技术的成熟程度、适用范围和安全性】 本项目适用于解决硅衬底上制备大尺寸高功率垂直结构LED芯片所面临的加工良率低,可靠性差等问题。应用该项目技术生产的尺寸为45mil×45mil的硅基高亮绿光LED产品目前已实现了批量生产与销售,填补了国内功率型垂直结构绿光LED芯片生产的空白,提升了我国LED行业的国际竞争力。由于目前具有功率型垂直结构绿光LED芯片生产技术的厂家很少,因此本项目研发的垂直结构绿光LED芯片在市场上竞争对手很少;同时售价较高,毛利率高,因此具有很高的推广应用价值。 【应用情况及存在问题】 1. 应用情况 本项目所生产的硅基绿光LED芯片产品目前已应用于显示显像、景观照明、舞台灯、手电筒等领域,用户试用反馈,该产品达到了同期国际其他技术路线的先进水平。 2. 存在的问题 通过项目的成功研发,目前硅基绿光LED已经达到很高的水平,同时实现了产业化,但相比蓝光,市场容量较小。因此,需要进一步围绕硅基绿光LED的特点开发新的应用市场。