LED外延片質(zhì)量的好壞取決于襯底材料，以及外延生長技術(shù)有關(guān)，鄭州LED顯示租賃服務(wù)平臺隆光電子向您解碼：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]導(dǎo)電性好,能制成上下結(jié)構(gòu);

[2]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;

[3]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、缺陷密度小;

[4]價格低廉;

[5]光學(xué)性能好,制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收小;

[6]大尺寸,一般要求直徑不小于2英吋。

[7]界面特性好,有利于外延材料成核且黏附性強(qiáng);

[8]熱學(xué)性能好,包括導(dǎo)熱性好和熱失配度小;

[9]機(jī)械性能好,器件容易加工,包括減薄、拋光和切割等;

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Al2O3和碳化硅SiC襯底。表2-4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。

評價襯底材料必須綜合考慮下列因素：

1.襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配：襯底材料要有好的化學(xué)穩(wěn)定性,在外延生長的溫度和氣氛中不易分解和腐蝕,不能因為與外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降;

2.襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配：熱膨脹系數(shù)的匹配非常重要,外延膜與襯底材料在熱膨脹系數(shù)上相差過大不僅可能使外延膜質(zhì)量下降,還會在器件工作過程中,由于發(fā)熱而造成器件的損壞;

3.材料制備的難易程度及成本的高低：考慮到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要,襯底材料的制備要求簡潔,成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于2英寸。

4.襯底與外延膜的結(jié)構(gòu)匹配：外延材料與襯底材料的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配小、結(jié)晶性能好、缺陷密度低;

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。

氮化鎵：

用于GaN生長的最理想襯底是GaN單晶材料,可大大提高外延膜的晶體質(zhì)量,降低位錯密度,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。但是制備GaN體單晶非常困難,到目前為止還未有行之有效的辦法。

藍(lán)寶石：

用于GaN生長最普遍的襯底是Al2O3。其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好,不吸收可見光、價格適中、制造技術(shù)相對成熟。導(dǎo)熱性差雖然在器件小電流工作中沒有暴露明顯不足,卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。

碳化硅：

SiC作為襯底材料應(yīng)用的廣泛程度僅次于藍(lán)寶石,目前還沒有第三種襯底用于GaN LED的商業(yè)化生產(chǎn)。SiC襯底有化學(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380納米以下的紫外光,不適合用來研發(fā)380納米以下的紫外LED。由于SiC襯底有益的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能,可以較好地解決功率型GaN LED器件的散熱問題,故在半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域占重要地位。

氧化鋅：

ZnO之所以能成為GaN外延的候選襯底,是因為兩者具有非常驚人的相似之處。兩者晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格識別度非常小,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外延襯底的致命弱點(diǎn)是在GaN外延生長的溫度和氣氛中易分解和腐蝕。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,主要是材料質(zhì)量達(dá)不到器件水平和P型摻雜問題沒有得到真正解決,適合ZnO基半導(dǎo)體材料生長的設(shè)備尚未研制成功。