搜搜LED網(wǎng)LED百科：本篇和大家介紹LED外延芯片幾個(gè)襯底用于生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的襯底材料氮化鎵厚膜襯底藍(lán)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(zhǎng)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(cuò)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(zhǎng)氮化鎵厚膜，然后通過剝離技術(shù)實(shí)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(diǎn)非常明顯，即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位元錯(cuò)密度，比在Al2O3、SiC上外延的氮化鎵薄膜 的位元錯(cuò)密度要明顯低;但價(jià)格昂貴。
LED外延芯片——藍(lán)寶石Al2O3襯底
Al2O3襯底是目前較為普遍的氮化鎵生長(zhǎng)襯底，其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價(jià)格適中、制造技術(shù)相對(duì)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(zhǎng)技術(shù)所克服，導(dǎo)電性能差通過同側(cè)P、N電極所克服，機(jī)械性能差不易切割通過雷射劃片 所克服，很大的熱失配對(duì)外延層形成壓應(yīng)力因而不會(huì)龜裂。但是，差的導(dǎo)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(zhǎng)襯底，它在市場(chǎng)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(diǎn)，如化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可見光等，但不足方面也很突出，如價(jià)格太高、晶體品質(zhì)難 以達(dá)到Al2O3和Si那麼好、機(jī)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(dǎo)電性能和導(dǎo)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(shù)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(guó)際上能提供商用的高品質(zhì)的SiC襯底的廠家只有美國(guó)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(lǐng)域中夢(mèng)寐以求的一件事情，因?yàn)橐坏┘夹g(shù)獲得突破，外延片生長(zhǎng)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(diǎn)，如晶體品質(zhì)高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)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(zhǎng)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(jí)品質(zhì)的GaN材料。另外，由于硅襯底對(duì)光的吸收嚴(yán)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?yàn)樗麄儍烧呔哂蟹浅ｓ@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(shì)壘小)。但是，ZnO作為GaN外延襯底的致命的弱點(diǎn)是在GaN外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。目 前，ZnO半導(dǎo)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(dá)不到器件水準(zhǔn)和P型摻雜問題沒有真正解決，適合ZnO基半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)的 設(shè)備尚未研制成功。今后研發(fā)的重點(diǎn)是尋找合適的生長(zhǎng)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(dǎo)體材料相比，它在380 nm附近紫光波段發(fā)展?jié)摿ψ畲螅歉咝ё瞎獍l(fā)光器件、低閾值紫光半導(dǎo)體雷射器的候選材料。ZnO材料的生長(zhǎng)非常安全，可以采用沒有任何毒性的水為氧源，用 有機(jī)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(zhǎng)ZnCdSe/ZnSe等材料，用于藍(lán)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(shí)現(xiàn)白光LED的目標(biāo)，故可降低成品，同時(shí)電源回路構(gòu)造簡(jiǎn)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(yàn)中需要用到Sb來參雜，所以一般采用MBE生長(zhǎng)，同時(shí)其發(fā)光效率較低，，而且由于自補(bǔ)償效應(yīng)的影響，使 得其性能不穩(wěn)定，器件壽命較短。
實(shí)現(xiàn)發(fā)光效率的目標(biāo)要寄希望于GaN襯底的LED，實(shí)現(xiàn)低成本，也要通過GaN襯底導(dǎo)致高效、大面積、單燈大功率的實(shí)現(xiàn)，以及帶動(dòng)的工藝技術(shù)的簡(jiǎn)化和成品率的大大提高。半導(dǎo)體照明一旦成為現(xiàn)實(shí)，其意義不亞于愛迪生發(fā)明白熾燈。一旦在襯底等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將會(huì)取得長(zhǎng)足發(fā)展
當(dāng)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(lán)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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