搜搜LED網(wǎng)LED百科：本篇和大家介紹LED外延芯片幾個襯底用于生長氮化鎵薄膜的襯底材料氮化鎵厚膜襯底藍寶石Al2O3襯底、SiC襯底 、Si襯底、ZnO襯底、ZnSe襯底等。
LED外延芯片——氮化鎵厚膜襯底
大家都知道氮化鎵生長的最理想的襯底肯定是氮化鎵單晶材料，這樣可以提高外延片膜的晶體品質(zhì)，降低位元錯密度，提高器件工作壽命，提高發(fā)光效率，提高器件工作電流密度。但制備氮化鎵體單晶材料困難，到目前為止尚未有行之有效的辦法。有研究人員通過HVPE方法在其他襯底(如Al2O3、SiC、LGO)上生長氮化鎵厚膜，然后通過剝離技術實現(xiàn)襯底和氮化鎵厚膜的分離，分離后的氮 化鎵厚膜可作為外延用的襯底。這樣獲得的氮化鎵厚膜優(yōu)點非常明顯，即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位元錯密度，比在Al2O3、SiC上外延的氮化鎵薄膜 的位元錯密度要明顯低;但價格昂貴。
LED外延芯片——藍寶石Al2O3襯底
Al2O3襯底是目前較為普遍的氮化鎵生長襯底，其優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價格適中、制造技術相對成 熟;不足方面雖然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被過渡層生長技術所克服，導電性能差通過同側(cè)P、N電極所克服，機械性能差不易切割通過雷射劃片 所克服，很大的熱失配對外延層形成壓應力因而不會龜裂。但是，差的導熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。
LED外延芯片——SiC襯底
SiC襯底也是目前比較普遍氮化鎵生長襯底，它在市場上的占有率位居第2，目前還未有第三種襯底用于 氮化鎵LED的商業(yè)化生產(chǎn)。它有許多突出的優(yōu)點，如化學穩(wěn)定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見光等，但不足方面也很突出，如價格太高、晶體品質(zhì)難 以達到Al2O3和Si那麼好、機械加工性能比較差。 另外，SiC襯底吸收380 nm以下的紫外光，不適合用來研發(fā)380 nm以下的紫外LED。由于SiC襯底優(yōu)異的的導電性能和導熱性能，不需要像Al2O3襯底上功率型氮化鎵LED器件采用倒裝焊技術解決散熱問題，而是采 用上下電極結(jié)構(gòu)，可以比較好的解決功率型氮化鎵LED器件的散熱問題。目前國際上能提供商用的高品質(zhì)的SiC襯底的廠家只有美國CREE公司。
LED外延芯片——Si襯底
在Si襯底上制備發(fā)光二極體是本領域中夢寐以求的一件事情，因為一旦技術獲得突破，外延片生長成本和器件加工成本將大 幅度下降。Si片作為GaN材料的襯底有許多優(yōu)點，如晶體品質(zhì)高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導電性、導熱性和熱穩(wěn)定性等。然而，由于GaN外延層與 Si襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配，以及在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si 襯底上很難得到無龜裂及器件級品質(zhì)的GaN材料。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴重，LED出光效率低。
LED外延芯片——ZnO襯底
之所以ZnO作為GaN外延片的候選襯底，是因為他們兩者具有非常驚人的相似之處。兩者晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格失配度非 常小，禁帶寬度接近(能帶不連續(xù)值小，接觸勢壘小)。但是，ZnO作為GaN外延襯底的致命的弱點是在GaN外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。目 前，ZnO半導體材料尚不能用來制造光電子器件或高溫電子器件，主要是材料品質(zhì)達不到器件水準和P型摻雜問題沒有真正解決，適合ZnO基半導體材料生長的 設備尚未研制成功。今后研發(fā)的重點是尋找合適的生長方法。但是，ZnO本身是一種有潛力的發(fā)光材料。 ZnO的禁帶寬度為3.37 eV，屬直接帶隙，和GaN、SiC、金剛石等寬禁帶半導體材料相比，它在380 nm附近紫光波段發(fā)展?jié)摿ψ畲�，是高效紫光發(fā)光器件、低閾值紫光半導體雷射器的候選材料。ZnO材料的生長非常安全，可以采用沒有任何毒性的水為氧源，用 有機金屬鋅為鋅源。
LED外延芯片——ZnSe襯底
有人使用MBE在ZnSe襯底上生長ZnCdSe/ZnSe等材料，用于藍光和綠光LED器件，最先由住友公司推 出，由于其不需要熒光粉就可以實現(xiàn)白光LED的目標，故可降低成品，同時電源回路構(gòu)造簡單，其操作電壓也比GaN白光LED低。但是其并沒有推廣，這是因 為由于使用MOCVD，p型參雜沒有很好解決，試驗中需要用到Sb來參雜，所以一般采用MBE生長，同時其發(fā)光效率較低，，而且由于自補償效應的影響，使 得其性能不穩(wěn)定，器件壽命較短。
實現(xiàn)發(fā)光效率的目標要寄希望于GaN襯底的LED，實現(xiàn)低成本，也要通過GaN襯底導致高效、大面積、單燈大功率的實現(xiàn)，以及帶動的工藝技術的簡化和成品率的大大提高。半導體照明一旦成為現(xiàn)實，其意義不亞于愛迪生發(fā)明白熾燈。一旦在襯底等關鍵技術領域取得突破，其產(chǎn)業(yè)化進程將會取得長足發(fā)展
當前用于GaN基LED的襯底材料比較多，但是能用于商品化的襯底目前只有兩種，即藍寶石和碳化硅襯底。其它諸如GaN、Si、ZnO襯底還處于研發(fā)階段，離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。
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