1 成果簡介

GaN 基的發光二極管（ LED）作為一種新型高效的固體能源，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明工具。外延 GaN 使用最廣泛的襯底是藍寶石，與普通的平整藍寶石襯底相比，經生長或刻蝕的方式制作出的具有周期性凸凹起伏結構的圖案化藍寶石襯底，可以減少外延生長 GaN 的位錯密度，改善晶體質量，提升 LED 內量子效率。同時圖案化的藍寶石襯底有效解決了由于 GaN 材料折射率大引起的全反射問題，增加了光提取效率。研究表明，微米級圖案化藍寶石襯底可以大幅度提高 LED 的芯片亮度，而使用納米級的圖案化藍寶石襯底亮度將更高。目前雖然可以制造出微米級圖案化藍寶石襯底，但是需要進行黃光光刻工藝，存在成本高且產率低等問題；如果要形成納米級周期性結構，所采用的次微米圖形加工工藝昂貴， 500nm 以下的圖形成本更高。我們以化學自組裝工藝代替傳統半導體光刻工藝，發展出一種低成本的納米級圖案化藍寶石襯底加工技術，以提供 LED 企業急需的面向高端產品（高亮度、大功率照明用 LED）的藍寶石襯底。

2 應用說明

本技術以膠體納米球作為構筑基元，利用化學自組裝方法制備大面積（可達 4 英寸）膠體晶體單層——一種納米級有序排列形成的周期性結構（圖 1），再通過干法刻蝕或者濕法腐蝕的方法將該周期性結構轉移到藍寶石襯底上，從而得到納米級圖案化藍寶石襯底（圖2）。 整個方法建立在化學自組裝技術基礎上，擯棄了傳統半導體光刻工藝，快速、重復性好，大大降低了納米級圖案化藍寶石襯底的制備成本，從而為外延生長高亮度、大功率照明用 GaN 材料提供更高質量、更低成本的藍寶石襯底。 

 圖 1 化學自組裝方法在 2 英寸藍寶石襯底上制備的膠體晶體單層及其微細結構。 

 圖 2 納米級圖案化藍寶石襯底， 左圖為蒙古包狀圖形襯底， 右圖為凹坑狀圖形襯底。

3 效益分析

目前我國照明行業產值已達 800 多億元，市場對高端 LED 產品的需求越來越旺盛。為了提高 LED 的發光效率，除采用優化的外延結構外，使用圖案化藍寶石襯底是廣泛采用的方法之一。目前高光效圖案化藍寶石襯底的市場年需求量為 1000 多萬片，并且隨著我國“ 十城萬盞” 計劃的推進，每年的需求量將有一個很大的遞增。當前的圖案化藍寶石襯底無論在國內市場還是國際市場都是供不應求，而在中國國內還未有相應的技術和方法，外延所需的圖案化襯底主要從美國、韓國和臺灣進口。因此，面對市場對高端 LED 產品的需求，納米級圖案化襯底的市場規模巨大，前景非常好。本項目攜手藍寶石襯底企業或 LED 企業，瞄準 LED 高端市場的需求，生產目前 LED 企業急需的納米級圖案化藍寶石襯底，力爭成為國內首家納米級圖案化藍寶石襯底專業制造商。

4 合作方式

技術轉讓或合作開發，商談。

5 所屬行業領域

能源環境。