led外延片--襯底材料

1、襯底材料是半導體照明產業技術發展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延生長技術、芯片加工技術和器件封裝技術，襯底材料決定了半導體照明技術的發展路線。襯底材料的選擇主要取決于以下九個方面：?[1]結構特性好，外延材料與襯底的晶體結構相同或相近、晶格常數失配度小、結晶性能好、缺陷密度??；?[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性強；?[3]化學穩定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕；?[4]熱學性能好，包括導熱性好和熱失配度

2、??；?[5]導電性好，能制成上下結構；?[6]光學性能好，制作的器件所發出的光被襯底吸收??；?[7]機械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等；?[8]價格低廉；?[9]大尺寸，一般要求直徑不小于2英吋。襯底的選擇要同時滿足以上九個方面是非常困難的。所以，目前只能通過外延生長技術的變更和器件加工工藝的調整來適應不同襯底上的半導體發光器件的研發和生產。用于氮化鎵研究的襯底材料比較多，但是能用于生產的襯底目前只有二種，即藍寶石Al2O

3、3和碳化硅SiC襯底。表24對五種用于氮化鎵生長的襯底材料性能的優劣進行了定性比較。表24：用于氮化鎵生長的襯底材料性能優劣比較：用于氮化鎵生長的襯底材料性能優劣比較襯底材料襯底材料Al2O3SiCSiZnOGaN晶格失配度差中差良優界面特性良良良良優化學穩定性優優良差優導熱性能差優優優優熱失配度差中差差優導電性差優優優優光學性能優優差優優機械性能差差優良中價格中高低高高尺寸中中大中小國內外Al2O3襯底今后的研發任務是生長大直徑的Al

4、2O3單晶，向46英吋方向發展，以及降低雜質污染和提高表面拋光質量。3）SiC襯底襯底除了Al2O3襯底外，目前用于氮化鎵生長襯底就是SiC，它在市場上的占有率位居第二，目前還未有第三種襯底用于氮化鎵LED的商業化生產。它有許多突出的優點，如化學穩定性好、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、晶體質量難以達到Al2O3和Si那么好、機械加工性能比較差。另外，SiC襯底吸收380nm以下的紫外光，不適合用

5、來研發380nm以下的紫外LED。由于SiC襯底優異的的導電性能和導熱性能，不需要象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構，可以比較好的解決功率型氮化鎵LED器件的散熱問題，故在發展中的半導體照明技術領域占有重要地位。目前國際上能提供商用的高質量的SiC襯底的廠家只有美國CREE公司。國內外SiC襯底今后研發的任務是大幅度降低制造成本和提高晶體結晶質量。4）Si襯底襯底在硅襯底上制備發光二

6、極管是本領域里夢寐以求的一件事情，因為一旦技術獲得突破，外延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點，如晶體質量高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導電性、導熱性和熱穩定性等。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質量的GaN材料。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴重，LED出光效率低。目前國外文獻報導的硅

7、襯底上藍光LED光功率最好水平是420mW，是德國Magdeburg大學研制的。日本Nagoya技術研究所今年在上海國際半導體照明論壇上報道的硅襯底上藍光LED光輸出功率為18mW。5）ZnO襯底襯底之所以ZnO作為GaN外延的候選襯底，是因為他們兩者具有非常驚人的相似之處。兩者晶體結構相同、晶格失配度非常小，禁帶寬度接近（能帶不連續值小，接觸勢壘?。?。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