led外延片--襯底材料

1、襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。襯底材料的選擇主要取決于以下九個方面：?[1]結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與襯底的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)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(qiáng)；?[3]化學(xué)穩(wěn)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(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度

2、小；?[5]導(dǎo)電性好，能制成上下結(jié)構(gòu)；?[6]光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收??；?[7]機(jī)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(shù)的變更和器件加工工藝的調(diào)整來適應(yīng)不同襯底上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的研發(fā)和生產(chǎn)。用于氮化鎵研究的襯底材料比較多，但是能用于生產(chǎn)的襯底目前只有二種，即藍(lán)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(yōu)劣進(jìn)行了定性比較。表24：用于氮化鎵生長的襯底材料性能優(yōu)劣比較：用于氮化鎵生長的襯底材料性能優(yōu)劣比較襯底材料襯底材料Al2O3SiCSiZnOGaN晶格失配度差中差良優(yōu)界面特性良良良良優(yōu)化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)優(yōu)良差優(yōu)導(dǎo)熱性能差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)熱失配度差中差差優(yōu)導(dǎo)電性差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)光學(xué)性能優(yōu)優(yōu)差優(yōu)優(yōu)機(jī)械性能差差優(yōu)良中價格中高低高高尺寸中中大中小國內(nèi)外Al2O3襯底今后的研發(fā)任務(wù)是生長大直徑的Al

4、2O3單晶，向46英吋方向發(fā)展，以及降低雜質(zhì)污染和提高表面拋光質(zhì)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(yè)化生產(chǎn)。它有許多突出的優(yōu)點，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，如價格太高、晶體質(zhì)量難以達(dá)到Al2O3和Si那么好、機(jī)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(fā)380nm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，不需要象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，故在發(fā)展中的半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位。目前國際上能提供商用的高質(zhì)量的SiC襯底的廠家只有美國CREE公司。國內(nèi)外SiC襯底今后研發(fā)的任務(wù)是大幅度降低制造成本和提高晶體結(jié)晶質(zhì)量。4）Si襯底襯底在硅襯底上制備發(fā)光二

6、極管是本領(lǐng)域里夢寐以求的一件事情，因為一旦技術(shù)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(yōu)點，如晶體質(zhì)量高，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(zhì)量的GaN材料。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴(yán)重，LED出光效率低。目前國外文獻(xiàn)報導(dǎo)的硅

7、襯底上藍(lán)光LED光功率最好水平是420mW，是德國Magdeburg大學(xué)研制的。日本Nagoya技術(shù)研究所今年在上海國際半導(dǎo)體照明論壇上報道的硅襯底上藍(lán)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(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?。?。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