高亮度LED主要分為紅外光的GaAs體系和AlGaAs體系，紅、橙、黃、綠色的AlGaInP體系，綠色和藍色的InGaN體系，以及紫外光的GaN和AlGaN體系。白光應用是藍光LED芯片的重要市場，也是最為重要的發(fā)展方向，其采用藍光芯片加YAG黃色熒光粉從而形成白光光源。目前，國際LED大廠在大功率藍光芯片方面有著較為明顯的優(yōu)勢，而國內(nèi)LED芯片企業(yè)目前主要是在中小功率藍光芯片方面有較大的發(fā)展，但由于前幾年的過度投資引起了產(chǎn)能過剩，導致中小功率藍光芯片市場出現(xiàn)了較為嚴重的“價格戰(zhàn)”。

硅襯底LED芯片漸受關注

目前市場上主流的藍光芯片一般都是在藍寶石襯底上生長，其中以日本日亞公司為代表；此外還有一種藍光芯片是在碳化硅襯底上生長，以美國科銳公司為代表。

近年來硅襯底上生長的藍光LED芯片越來越受到人們的關注。硅襯底由于可以采用IC廠的自動生產(chǎn)線，比較容易采納目前IC工廠的6寸和8寸線的成熟工藝，再加上大尺寸硅襯底成本相對低廉，因而未來硅襯底LED芯片的成本預期會大幅度下降，也可促進半導體照明的快速滲透。

硅基LED芯片在特性有下列特點：

1.垂直結構，采用銀反射鏡鏡，可使電流分布更均勻，從而實現(xiàn)大電流驅動；

2.硅襯底散熱性好，有利于芯片的散熱；

3.具有朗伯發(fā)光形貌，出光均勻，容易進行二次光學；

4.適于陶瓷基板封裝；

5.適合于LED閃光燈和方向性較強的照明應用，可應用于室內(nèi)、室外和便攜式照明市場。

在硅基LED芯片的開發(fā)上，晶能光電在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片，被廣泛地應用于數(shù)碼顯示領域。2012年6月晶能光電在廣州發(fā)布了新一代大功率硅基LED芯片產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)界的高度關注，推出了包括28mil、35mil、45mil和55mil在內(nèi)的四款硅基大功率LED芯片，其中45mil芯片達到了120lm/w的光效，并在年底達到了130lm/w，且可靠性良好。硅基LED芯片陶瓷封裝后，與國際知名的產(chǎn)品相比，具有良好的性價比，引起了國內(nèi)外封裝廠和LED燈具廠的極大興趣。

高亮度芯片面臨的發(fā)展瓶頸

當前，半導體照明市場的進一步發(fā)展要求藍光LED芯片的光效要不斷提升，成本要不斷下降。目前科銳基于碳化硅的LED芯片已經(jīng)實現(xiàn)了200lm/w光效產(chǎn)品的量產(chǎn)，研發(fā)水平光效可以達到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的這一競賽中，目前正遇到以下幾個發(fā)展瓶頸。

第一是藍光芯片存在的Droop效應。在大電流密度條件下，發(fā)光二極管的外量子效率會下降，有試驗表明Droop效應是由包括俄歇效應在內(nèi)的多種原因引起，這個效應限制了藍光芯片在大電流密度下的使用，從而阻礙了流明成本的下降。

第二是綠色能隙(Greengap)和紅色能隙(Redgap)。當波長從藍光進入到綠光波段時，LED的量子效率會下降，如530nm的綠光量子效率下降很快；對于紅光而言，在深紅色光譜中內(nèi)部量子效率可以達到100%，但對理想白光光源中的橘紅色發(fā)光波長(如614nm)而言，其效率迅速下降。這些效應限制了綠光和紅光芯片的光效提升，延緩了未來的高質量白光的產(chǎn)生。另外，綠光及黃光LED效率也受到本身極化場的沖擊，而這個效應會隨著更高的銦原子濃度而變得更強。

第三是外延的異質生長問題。由于外延生長時晶體中存在缺陷，形成大的位錯密度和缺陷，從而導致光效下降和壽命下降。目前藍光芯片無論是碳化硅、藍寶石、硅襯底技術都是異質外延，在襯底和外延晶體之間存在晶格失配導致位錯，同時由于熱膨脹系數(shù)的差別在外延生長后的降溫過程中產(chǎn)生熱應力，導致外延層出現(xiàn)缺陷、裂紋、晶片彎曲等。襯底的質量直接影響著外延層的晶體質量，從而影響光效和壽命。如果采用GaN同質襯底進行外延生長，利用非極性技術，可最大限度地減少活性層的缺陷，使得LED芯片的電流密度比傳統(tǒng)芯片高5-10倍，大幅提高發(fā)光效率。據(jù)報道首爾半導體采用同質襯底開發(fā)的nPola新產(chǎn)品，與目前的LED相比，在相同面積上的亮度高出了5倍，但GaN同質襯底對于LED而言仍過于昂貴。

總體而言，硅基LED芯片由于可以在6寸或者8寸的硅襯底上進行外延生長，可以大幅度降低LED的成本，從而加速半導體照明應用時代的來臨。