LED外延片介紹及辨別質(zhì)量方法

　　1.襯底與外延膜的結構匹配：外延材料與襯底材料的晶體結構相同或相近、晶格常數失配小、結晶性能好、缺陷密度低;

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

　　3.襯底與外延膜的化學(xué)穩定性匹配：襯底材料要有好的化學(xué)穩定性，在外延生長(cháng)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)反應使外延膜質(zhì)量下降;

　　4.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(jiǎn)潔，成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于2英寸。

　　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(cháng)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。兩者晶體結構相同、晶格識別度非常小，禁帶寬度接近(能帶不連續值小，接觸勢壘小)。但是，ZnO作為GaN外延襯底的致命弱點(diǎn)是在GaN外延生長(cháng)的溫度和氣氛中易分解和腐蝕。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，主要是材料質(zhì)量達不到器件水平和P型摻雜問(wèn)題沒(méi)有得到真正解決，適合ZnO基半導體材料生長(cháng)的設備尚未研制成功。

　　藍寶石：

　　用于GaN生長(cháng)最普遍的襯底是Al2O3。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。導熱性差雖然在器件小電流工作中沒(méi)有暴露明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問(wèn)題十分突出。

　　碳化硅：

　　SiC作為襯底材料應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(cháng)出了可以用來(lái)商業(yè)化的LED外延片。Si襯底在導熱性、穩定性方面要優(yōu)于藍寶石，價(jià)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(lái)研發(fā)380納米以下的紫外LED。由于SiC襯底有益的導電性能和導熱性能，可以較好地解決功率型GaN LED器件的散熱問(wèn)題，故在半導體照明技術(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(jìn)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的層狀結構易于解理，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(jiǎn)化器件的結構;但是同時(shí)由于其層狀結構，在襯底的表面常有給外延膜引入大量的缺陷的臺階出現。

　　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。