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(cháng)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(cháng)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(guò)HVPE方法在其他襯底(如Al2O3、SiC、LGO)上生長(cháng)氮化鎵厚膜，然后通過(guò)剝離技術(shù)實(shí)現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密度，比在A(yíng)l2O3、SiC上外延的氮化鎵薄膜 的位元錯密度要明顯低;但價(jià)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(cháng)襯底，其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩定性好、不吸收可見(jiàn)光、價(jià)格適中、制造技術(shù)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(guò)渡層生長(cháng)技術(shù)所克服，導電性能差通過(guò)同側P、N電極所克服，機械性能差不易切割通過(guò)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(huì )龜裂。但是，差的導熱性在器件小電流工作下沒(méi)有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問(wèn)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(cháng)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)穩定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見(jiàn)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(lái)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(shù)解決散熱問(wèn)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(wèn)題。目前國際上能提供商用的高品質(zhì)的SiC襯底的廠(chǎng)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(lǐng)域中夢(mèng)寐以求的一件事情，因為一旦技術(shù)獲得突破，外延片生長(cháng)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(cháng)過(guò)程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si 襯底上很難得到無(wú)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(cháng)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(lái)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(wèn)題沒(méi)有真正解決，適合ZnO基半導體材料生長(cháng)的 設備尚未研制成功。今后研發(fā)的重點(diǎn)是尋找合適的生長(cháng)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)展潛力最大，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(cháng)非常安全，可以采用沒(méi)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(cháng)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(shí)現白光LED的目標，故可降低成品，同時(shí)電源回路構造簡(jiǎn)單，其操作電壓也比GaN白光LED低。但是其并沒(méi)有推廣，這是因 為由于使用MOCVD，p型參雜沒(méi)有很好解決，試驗中需要用到Sb來(lái)參雜，所以一般采用MBE生長(cháng)，同時(shí)其發(fā)光效率較低，，而且由于自補償效應的影響，使 得其性能不穩定，器件壽命較短。

實(shí)現發(fā)光效率的目標要寄希望于GaN襯底的LED，實(shí)現低成本，也要通過(guò)GaN襯底導致高效、大面積、單燈大功率的實(shí)現，以及帶動(dòng)的工藝技術(shù)的簡(jiǎn)化和成品率的大大提高。半導體照明一旦成為現實(shí)，其意義不亞于愛(ài)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(cháng)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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