上世紀末，半導體(ti) 照明開始出現並快速發展，其中一個(ge) 核心前提是藍光GaN基發光材料的生長和器件結構的製備，而未來材料和器件結構技術的水平也終將決(jue) 定半導體(ti) 照明技術的高度。就GaN基材料及器件衍生出設備、源材料、器件設計、芯片技術、芯片應用等五大部分進行分析。

在當前無法製備大塊GaN單晶材料的情況下，MOCVD即金屬有機物化學氣相沉積設備仍是GaN材料異質外延最關(guan) 鍵設備。當前商用MOCVD設備市場主要由國際兩(liang) 大巨頭掌握，在此局麵我國MOCVD仍取得較大發展，並且出現48片機。

但我們(men) 仍需要認識到國內(nei) MOCVD的缺點。對於(yu) MOCVD，一般而言，研究型設備的重點是溫度控製，商業(ye) 化設備是均勻性、重複性等。在低溫下，可以 生長高In組分InGaN，適合氮化物體(ti) 係材料在橙黃光、紅光、紅外等長波長的應用，使氮化物應用涵蓋整個(ge) 白光領域;而在1200oC-1500oC高溫下，可以生長高Al組分的AlGaN，使得氮化物應用擴展到紫外領域和功率電子器件領域，應用範圍獲得更大的擴展。

目前國外已經具有1600oC高溫MOCVD設備，可製備出高性能紫外LED和功率器件。我國MOCVD仍需長期發展，擴大MOCVD的溫度控製範圍;對於(yu) 商用設備不僅(jin) 要提高性能，更要保證均勻性和規模化。

源材料主要包括各種氣體(ti) 材料、金屬有機物材料、基板材料等。其中，基板材料是重中之重，直接製約外延薄膜質量。目前，GaN基LED的襯底越來越多元化，SiC、Si以及GaN等襯底技術逐步提高，部分襯底從(cong) 2英寸向3英寸、4英寸甚至6英寸、8英寸等大尺寸發展。

但綜合來看，當前性價(jia) 比最高的仍是藍寶石;SiC性能優(you) 越但價(jia) 格昂貴;Si襯底的價(jia) 格、尺寸優(you) 勢以及與(yu) 傳(chuan) 統集成電路技術銜接的誘惑使得Si襯底仍然是當下最有前景的技術路線之一。

GaN襯底仍需在提高尺寸和降低價(jia) 格方麵下功夫，以便未來在高端綠光激光器和非極性LED應用方麵大顯身手;金屬有機物材料從(cong) 依賴進口到自主生產(chan) ，有了很大的進展;其他氣體(ti) 材料也取得長足進步。總之，我國在源材料領域獲得很大發展。

外延，即器件結構的獲得過程，是最具有技術含量的工藝步驟，直接決(jue) 定LED的內(nei) 量子效率。目前半導體(ti) 照明芯片絕大多數采用多量子阱結構，具體(ti) 技術路 線往往受製於(yu) 襯底材料。而藍寶石襯底普遍采用圖形襯底(PSS)技術，降低外延薄膜的為(wei) 錯密度提高內(nei) 量子效率，同時也提高光的出取效率。未來PSS技術仍 是重要的襯底技術，且圖形尺寸逐漸向納米化方向發展。

而利用GaN同質襯底可以采取非極性麵或半極性麵外延生長技術，部分消除極化電場引起的量子斯塔克效應，在綠光、黃綠光、紅橙光GaN基LED應用 方麵具有非常重要的意義(yi) 。另外，當前的外延普遍是製備單發光波長量子阱，采用適當外延技術，可以製備多波長發射的LED，即單芯片白光LED，這也是很有 前景的技術路線之一。

其中，具有代表性的如用InGaN量子阱中相分離，實現了高In組分InGaN黃光量子點和藍光量子阱組合發出白光。此外，還有利用多重量子阱發光 實現寬光譜發光模式，以此實現單芯片白光輸出，但是該白光的顯色指數還比較低。無螢光粉單芯片白光LED是很具吸引力的發展方向，如果能實現高效率和高顯 色指數，將會(hui) 改變半導體(ti) 照明的技術鏈。

在量子阱結構方麵，引入電子阻擋層阻擋電子泄露提高發光效率已經成為(wei) LED外延結構的常規方法。此外，優(you) 化量子阱的勢壘和勢阱仍將是重要工藝環節， 如何調節應力，實現能帶裁剪，可以製備不同發光波長的LED。在芯片覆蓋層方麵，如何提高p型層的材料質量、p型層空穴濃度、導電性能和解決(jue) 大電流下droop效應仍然是當務之急。

在芯片工藝方麵，如何提高光提取效率並得到更好的散熱方案成為(wei) 芯片設計的主旨，並相應研發了垂直結構、表麵粗化、光子晶體(ti) 、倒裝結構、薄膜倒裝結構(TFFC)、新型透明電極等技術。其中，薄膜倒裝結構利用激光剝離、表麵粗化等技術，可以較大幅度提高出光效率。

針對藍光LED激發黃色螢光粉的白光LED技術方案較低的螢光轉換效率，RGB多芯片白光和單芯片無螢光粉白光成為(wei) 未來白光LED的主要技術趨勢，效率較低的綠光LED則成為(wei) RGB多芯片白光的主要限製因素，未來半極性或非極性綠光LED將成為(wei) 重要的發展趨勢。

在解決(jue) 白光LED顯色方麵，可利用紫光或紫外LED激發RGB三色螢光粉，獲得高顯色白光LED技術，但必然犧牲一部分效率。目前，紫光或紫外光芯片效率已經獲得很大進步，日亞(ya) 化學公司生產(chan) 的365nm波長紫外LED外量子效率已經接近50%。未來紫外LED將獲得更多應用，且無其它紫外發光體(ti) 係材料代替，發展前景非常巨大。

一些發達國家已紛紛投入大量人力、物力開展UVLED的研究。而氮化物的紅光紅外光波段應用，除了環境之外，無論是價(jia) 格還是性能都難以與(yu) 砷化物競爭(zheng) ，因而前景不是很明朗。

根據上述可知，圍繞半導體(ti) 照明的上遊材料及設備已經獲得很大的發展，尤其在效率方麵，藍光波段已經接近理想效率，芯片在半導體(ti) 照明燈具的價(jia) 格比也大 幅度下降，未來半導體(ti) 照明將從(cong) 光的效率向光品質方向發展，這要求芯片材料衝(chong) 破藍光領域，同時向長波長和短波長方向發展，而綠光、紫光和紫外光LED芯片將是未來研究重點。