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解读GaN on GaN LED破功率与本钱“魔咒”

来源:http://www.zhyxz.com 责任编辑:ag88环亚 2018-10-11 17:50

  解读GaN on GaN LED破功率与本钱“魔咒”

  发光二极体(LED)的发光功率远高于传统光源,耗电量仅约同亮度传统光源的20%,并具有体积小、寿命长、功率高、不含汞等环保与健康特性,且如今LED产品功率已超出每瓦110流明,LED运用领域更是无限广大。尤其在照明、笔记型电脑/液晶电视背光模组等新式商场全面带动下,2010年全球LED商场规划大幅生长达96亿美元。别的,跟着世界各国节能方针推进,LED照明于照明商场的浸透率已打破3%,全体产量达40亿美元,预估至2015年全球LED照明商场浸透率将达20%;2020年始,LED照明遍及化将逐步完成,并成为LED工业的首要运用。

  自311核灾后,日本消费者为节能,很多收购LED灯泡,显现LED照明年代已然到来。为到达照明节能的方针,各国政府于近年亦连续公布相关方针,如美国「动力之星(Energy Star)」计划、日本「Eco-Point」准则、南韩「15/30」与「绿色LED照明遍及开展计划」、中光电获利创新低后 本年将反败为胜。我国「十一五」、「十二五」等绿能方针,美、日等首要大国更已拟定技能研制蓝图,致力于开展高效能固态照明技能,以提高动力运用功率,并大幅下降温室气体排放量,促进2020年前已开发国家温室气体排放较1990年削减25?40%。

  但是,现在产品化的氮化镓(GaN)半导体光电元件皆以蓝宝石(Sapphire)与碳化矽(SiC)基板为主,为能替代现有照明产品,功率及本钱是各家厂商戮力的方针,也因而,近年来GaN on Si挟带着大尺度低本钱优势,逐步应战GaN on Sapphire的位置;另一方面,GaN on GaN则挟带着高效能及可大电流操作的优势,逐步锋芒毕露。现阶段美国Sorra更已推出以c-plane GaN基板为主的产品,未来,结合全体GaN on GaN的长处再调配基板本钱的下降,预期2015年将有时机替代LED照明计划。

  受惠于技能上的打破,氮化镓已有十分多的晶向面可做为LED基板,包括传统极性面的c-plane、非极性的m-plane和a-plane,以及半极性的(11-22)、(10-12)、(20-2-1)和(20-21)面等,不论在哪一面上,均已有很多研讨团队宣布相关LED效能的论文,但就以全体纯熟的技能、基板巨细和本钱考量,仍以c-plane的氮化镓基板最具竞争力,因而以下概括GaN on c-plane GaN LED的长处,分别为高品质磊晶薄膜、磊晶薄膜与基板之晶格常数匹配、笔直型元件结构和短的磊晶时刻做论说,下述实验所运用的氮化镓基板之缺点密度为105?106cm-2。

  不受晶格常数不匹配影响GaN on GaN功率安稳

  现在氮化镓系列的发光层以氮化镓和氮化铟镓(InGaN)资料为主,此种发光二极体因缺少与基板晶格匹配的基板,一般皆将此资料磊晶生长(Epitaxial Growth)于蓝宝石基板上。

  但是,因为异质磊晶生长之薄膜和基板之间因晶格常数互相不匹配,而形成氮化物薄膜中发生极高的缺点密度(约109?1010cm-2),进一步导致LED发光功率下降,图1(a)?(c)分别为蓝光LED发光层生长于蓝宝石基板与氮化镓基板之AFM量测图,其量子井厚度分别为2.7奈米、6奈米和15奈米,可发现到发光层生长在蓝宝石基板上存在着许多的缺点,跟着发光层厚度逐步增厚,洞的尺度逐步变大。

  

解读GaN on GaN LED技能 破功率与本钱魔咒

  

图1 不同蓝光发光二极体之量子井厚度(a) 2.7nm、(b) 6.0nm、(c)15.0nm之生长在蓝宝石和氮化镓基板之AFM图

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