e世博网投

  缺乏与GaN晶格匹配且热兼容合适的衬底材料, 是影响GaN器件成熟的困难之一。在选择衬底材料时通常考虑如下一些因素:①尽量采用同一系统的材料作为衬底;②晶格失配度越小越好;③材料的热膨胀系数相近;④材料的尺寸、价格等。制作GaN基LED的衬底约有13种不同的材料可供选择。
  (1)蓝宝石:是目前使用最为普遍的一种衬底材料。特点是容易获得、价格适当、易于清洁和处理、在高温下具有很好的稳定性、可以大尺寸稳定生长。其缺点是蓝宝石衬底本身不导电,制作电极、解理较为困难。并且散热性能不好,限制了大功率LED的生产和应用。1986年日本的Amano等人使用AlN为过渡层,通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN,从而基本解决了GaN外延衬底材料问题。
  (2) SiC:是另一类非常重要的衬底材料。同蓝宝石相比,SiC本身即具有蓝光发光特征,且为低阻材料、可以制作电极、其晶格常数和材料的热膨胀系数与GaN材料更为接近,并且易于解理,但是SiC材料价格昂贵。目前市场上有一部分LED是以SiC为衬底的,但因其昂贵的价格限制了其应用。
  (3)硅:Si衬底具有价格低廉、容易解理、导电性好、导热性好等优点,而且能实现光电子器件和微电子器件的集成。但是由于Si是非极性衬底,在Si衬底上生长具有极性的GaN外延层较为困难。同时由Si与GaN晶格失配和热失配引起的GaN外延层的龟裂是目前急需解决的难题。
  (4)GaN:是最为理想的衬底材料,但目前所能获得的单晶尺寸太小。
  (5)AlN:其与GaN属于同一材料体系,晶格失配只为2%,热膨胀系数相近,是GaN之外最为理想的衬底材料,目前已经可以制备一定尺寸的AlN单晶材料,并在其上外延生长了高质量的GaN外延层。
  (6)氧化物材料:如MgO、ZnO、LiAlO2等,氧化物材料与GaN的晶格失配小,其中以ZnO最有前途。
  (7)GaAs材料:GaAs材料价格便宜、易于解理、容易获得大的尺寸、可以制作电极,并有可能实现GaN器件与GaAs电路的混合集成,是一类极具发展潜力的衬底材料。
  在以上各种材料之中,从可实用化角度看,蓝宝石居首,但因其是绝缘材料,导热能力差,不易于制作大功率LED。日本等厂家采用蓝宝石作为GaN基LED的衬底;而美国Cree公司却采用SiC衬底,在器件后期电极制作方面具有较大的优势,其亮度和色纯与蓝宝石并无差异,但价格较蓝宝石昂贵;硅单晶是最有潜力的衬底之一,如果能解决硅衬底上薄膜龟裂问题,必将对实现大功率白光LED具有重要意义。

相关阅读