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LED手電筒生產(chǎn)過程中——外延片--襯底材料有哪些?

LED襯底材料匯總

  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三種,即藍寶石和碳化硅以及硅襯底。其它諸如GaN、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。

  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。

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  藍寶石

  用于GaN生長最普遍的襯底是Al2O3.其優(yōu)點是化學(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寶石,目前中國的晶能光電的江風(fēng)益教授在Si襯底上生長出了可以用來商業(yè)化的LED外延片。Si襯底在導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性方面要優(yōu)于藍寶石,價格也遠遠低于藍寶石,是一種非常有前途的襯底。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)量難以達到Al2O3和Si那么好、機械加工性能比較差,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GaNLED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。

  同藍寶石相比,SiC與GaN外延膜的晶格匹配得到改善。此外,SiC具有藍色發(fā)光特性,而且為低阻材料,可以制作電極,使器件在包裝前對外延膜進行完全測試成為可能,增強了SiC作為襯底材料的競爭力。由于SiC的層狀結(jié)構(gòu)易于解理,襯底與外延膜之間可以獲得高質(zhì)量的解理面,這將大大簡化器件的結(jié)構(gòu);但是同時由于其層狀結(jié)構(gòu),在襯底的表面常有給外延膜引入大量的缺陷的臺階出現(xiàn)。

  實現(xiàn)發(fā)光效率的目標(biāo)要寄希望于GaN襯底的LED,實現(xiàn)低成本,也要通過GaN襯底導(dǎo)致高效、大面積、單燈大功率的實現(xiàn),以及帶動的工藝技術(shù)的簡化和成品率的大大提高。半導(dǎo)體照明一旦成為現(xiàn)實,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)化進程將會取得長足發(fā)展。

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