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蘇州納維徐科:未來5年,氮化鎵襯底引領高端器件發展潮流

蘇州納維科技有限公司

在日美壟斷LED芯片核心技術的格局下,中國LED企業如何打破格局,完成技術攻堅,促進LED發展顯得尤為重要。目前, LED襯底類別包括藍寶石、碳化硅、硅以及被稱為第三代半導體材料的氮化鎵。2007年蘇州納維科技有限公司成立,成為我國首家具備氮化鎵晶片生產能力的公司。自此,納維走上了將氮化鎵晶片實現產業化的探索之路。
與傳統襯底材料相比,氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越特性,是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系。時至今日,氮化鎵襯底相對于藍寶石襯底的性能優勢顯而易見,最大難題在于價格過高。“除了價格高,其它都是優點。” 蘇州納維總經理徐科自信而又略顯無奈的對記者說到。
帶著對氮化鎵發展現狀、價格走勢及未來誰將主導LED襯底市場的一系列疑問,中國LED網記者專訪了蘇州納維總經理徐科,與徐博士就LED襯底市場相關問題進行了深入探討。
目標:實現氮化鎵襯底產業化
相對LED藍寶石或碳化硅襯底市場老牌選手,納維氮化鎵于2007年才進軍LED襯底市場,但優勢明顯。目前,納維產品包括氮化鎵厚膜晶片、氮化鎵半絕緣晶片以及氮化鎵自支撐晶片三個系列,近期針對紫外LED推出氮化鋁襯底。各個系列又以技術參數不同而進行了細分。
厚膜的襯底產品方面:產品有10-50微米的不同規格,常用的是20-30微米。位錯密度在107cm-3量級,根據不同的技術參數可分為兩種即n型摻雜與半絕緣。n型摻雜主要運用于LED等光電器件,半絕緣主要運用于電力電子、微波器件上。
自支撐氮化鎵(GaN)襯底方面:位錯密度在105cm-3量級,根據不同的技術參數分為三種,即n型摻雜、半絕緣與非摻雜。n型氮化鎵,主要運用于LED、激光器方面;半絕緣則運用于高功率微波器件或大電流高電壓的開關上。非摻雜即高純度氮化鎵,在探測器上的應用較為廣泛,要求材料的電子濃度越低越好。納維非摻雜氮化鎵產品,X射線(002)半峰寬為50秒、(102)半峰寬為80秒左右,塊體材料的電子遷移率超過1500cmV-1s-1,處于國際前列水平。納維是國際上能夠生產銷售氮化鎵自支撐晶片的少數幾個單位之一。
保持競爭力 技術創新不停息
目前能提供高質量氮化鎵(GaN)襯底的主要是國外的廠家,對于納維產品的競爭力,徐總說到,目前納維的主要客戶也是在國外,首先,納維產品質量比國外好一點,產品缺陷密度相對更低。在價格上,納維有絕對的優勢,徐總笑言:簡單說就是質量稍微好一點,價格優勢明顯。由于高性價比,納維產品,用戶認可度很高。
對于公司近期研發動向,徐總表示,納維目前能提供的自支撐氮化鎵(GaN)襯底主要是2英寸的,2012年年底在研發上會做到4英寸。公司最近三年都集中在氮化鎵產品上,公司做產品的過程中也發展了一些技術,公司運用于生長氮化鎵的HVPE技術,現在也運用到生產其它技術產品,如納維的新產品:氮化鋁,將來會在紫外LED器件和探測器上大顯身手。
HVPE法生長GaN自支撐襯底
生長氮化鎵的HVPE技術,徐總也向記者做了簡單介紹。HVPE技術本身已發展多年,基本原理與MOCVD類似,只是原材料不同。
HVPE主要是金屬鎵、氯化氫、氨氣,金屬鎵和氯化氫發生反應,生成氯化鎵,氯化鎵在200℃后變成氣體,以這個為原材料,進而通過在襯底表面上與氨氣反應變成氮化鎵。HVPE這種生成方法 ,在表面的化學飽和度非常高,因此,其生長速度非常快,比MOCVD的生長速度快50-100倍,它一個小時能夠生長200-300個微米,可以在短時間內把這個材料變成高質量的氮化鎵,這是它的一個特點。
未來5年,氮化鎵的價格將下降10-20倍,4~6寸進入市場
現在LED盛行的風潮下,氮化鎵作為半導體發光二極管應用于LED照明也已經在中國發展得風起云涌。
氮化鎵襯底上的同質外延與藍寶石襯底上的異質外延,單從技術角度上講,異質外延缺陷密度比同質外延的氮化鎵高出2-3個數量級;氮化鎵具有導電的特點,可以做成垂直結構的芯片,這樣,外延片的利用面積比藍寶石的提高1.5倍;做成垂直結構之后,氮化鎵上電流密度可以很高,期望一個氮化鎵襯底上的芯片可以抵十個藍寶石襯底上的芯片。美國的Sorra和日本的NGK已經開始大力開發這類芯片,并取得重要突破,達到同樣亮度,氮化鎵襯底上制作的LED能耗比傳統芯片低一半以上。
隨著氮化鎵的規模量產和價格的下降, 以及LED外延技術的不斷發展,當將芯片電流密度提高到5-10倍時,氮化鎵在LED上運用的優勢會比藍寶石明顯很多,這是大家看好的未來的一個發展方向。預計未來5年,用于LED的氮化鎵襯底價格能夠降10-20倍,氮化鎵襯底在單位流明價格上會取得顯著優勢。我們對未來非常有信心。
未來氮化鎵襯底不完全取代藍寶石襯底
藍寶石襯底根據它獨特的優勢,以及通過規模生產在未來大幅降低成本的可能性,在未來很長一段時間里將成為LED襯底市場主流。對此,徐總表示認同,在數量規模上,藍寶石一定是未來一段時期的主流。現在不同襯底技術在細分領域上發展還不是很充分。將來氮化鎵大規模發展之后也不會完全取代藍寶石。
藍寶石襯底在對亮度等各方面要求不高時有它的優勢。未來通用照明及對發光強度要求光效,光的穩定性等要求非常高的情況下,氮化鎵的產品有它的優勢。尤其是將LED作為新的光源,不是說簡單的紅綠藍景觀燈,而用在投影儀上,投射燈、汽車燈、閃光燈等方面,氮化鎵襯底有它的絕對優勢。
藍寶石襯底產能過剩  LED照明持續升溫
對當前藍寶石襯底市場態勢,徐總表示,藍寶石襯底技術比較成熟,出現了短期產能過剩。現在就是拼成本,拼管理,拼規模的階段。這主要是由于我國企業上馬太快,加大投入而實際需求量未跟上,2011年,我們國內產能如果完全釋放,實際上已經超出全球藍寶石襯底需求的3-4倍。
韓國當初預計,LED液晶電視的需求量非常大,每臺LED TV需要900顆LED,算起來這個需求非常大,但是隨著技術的發展,現在做LED電視實際只需要100顆不到,而不是當初的900顆,這樣,需求量差不多縮小了十倍。
隨著LED技術的發展,將來用氮化鎵襯底做的LED,做一個LED電視可能只需要20,甚至10顆即可。這樣,藍寶石的需求量可能會進一步下降。
在采訪的最后,對于目前的LED照明發展現狀,徐總也表達了自己的觀點,他表示,目前LED技術還未達到通用照明的要求,缺乏良好的市場接受度與認可度,因此市場無法很快起來。當前國內資本炒作成分較多,行業是發展的,但需進一步加強技術的研發,只有那些擁有核心競爭力的企業,才能在產業的大浪淘沙中發展壯大,持續成長。

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