高端纳米压印制备图形化蓝宝石衬底的研发

项目负责人:程鑫
技术领域:光电材料、高端LED照明材料

项目简介


高亮度、高效率蓝光LED是LED照明光源未来的市场趋势。基于图形化蓝宝石衬底生长氮化镓外延技术是制备高效率蓝光LED的必由之路。目前蓝宝石衬底已全部由平片向图形化衬底(PSS)转变。市场上PSS技术是基于微米级别的表面结构,实现20-30%的出光效率提升。为更进一步提升出光效率,纳米级别的表面结构是下一代PSS技术的发展方向。

基于200-300纳米的表面微纳结构(光子晶体)可实现70%的出光效率,提高器件亮度80%-120%,产业化LED光效达到200lm/W。同时,衬底上外延生长可缓解应力85%,大幅度减少缺陷,改善droop效应,衰减减缓约30%。

尽管纳米PSS技术优势明显,但其技术门槛较高,主要体现在两个方面:
  光子晶体的设计较为复杂,特别是高出光效率的光子晶体结构设计需要用到近场光学模拟;
  亚微米的加工制造无法使用传统的黄光工艺,加工技术难度大,成本高。
 
项目组成员过去十多年一直从事大面积表面微纳结构的加工研究,具备从设备开发、胶体材料制备、工艺优化的完整经验。采用卷对卷加工方式,可实现每小时图形化720片4吋蓝宝石衬底。通过使用中间层软模板,大大减少图形化缺陷的产生。同时,项目组成员研究纳米光学结构有多年历史,熟悉光子晶体的工作原理和设计方法,能设计高效的基于光子晶体的纳米结构,实现高性能的蓝光LED器件。

市场现状


用于蓝色LED芯片生产,LED照明产业的最上游技术之一,主要客户为国内外氮化镓外延片生产厂家,包括德豪润达、上海蓝光、三安光电、华灿光电、国星光电、同方光电等,市场规模在10亿美元以上。