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LED外延片衬底材料的常识

来源:http://www.ynqjqy.com/news/282.html发布时间:2019-04-22

基板材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术。衬底材料决定了半导体照明技术的发展方向。


衬底材料的选择主要取决于以下九个方面:

良好的结构性能,外延材料的晶体结构与衬底相同或相似,晶格常数失配小,结晶性能好。缺陷密度小,

界面特性好,有利于外延材料的成核,具有较强的附着力,化学稳定性好,不易在外延生长温度和气氛中分解和腐蚀

热性能。包括良好的热导率和小的热失配良好的导电性,可以制成上下结构

良好的光学性能,制作的器件发出的光被小

的衬底所吸收,且器件的力学性能良好,且器件易于加工。云南LED显示屏发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关 ,灯球刚开始全是蓝光的,后面再加上荧光粉,根据用户的不同需要,调节出不同的光色,广泛使用的有红、绿、蓝、黄四种。包括减薄、抛光和低成本大尺寸切割

,很难同时选择直径不小于2英寸的基板来满足上述九个方面的要求。昆明LED显示屏由于LED工作电压低(仅 1.2~4.0V),能主动发光且有一定亮度 ,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐冲击、抗振动、寿命长(10 万小时),所以在大型的显示设备中,尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。因此,目前只有通过外延生长工艺的改变和器件加工工艺的调整,才能适应不同衬底上半导体发光器件的研发和生产。氮化镓的衬底材料很多,但只有两种衬底可以用于生产,即蓝宝石Al_2O_3和碳化硅SiC衬底。表2≤4对生长氮化镓的五种衬底材料的性能进行了定性比较。

评价衬底材料时必须考虑以下因素:衬底与外延薄膜的结构匹配:外延材料的晶体结构与衬底材料相同或相似,晶格常数失配小,结晶性能好,缺陷密度低。

衬底与外延薄膜之间的热膨胀系数匹配:热膨胀系数的匹配是非常重要的。昆明LED显示屏由于LED工作电压低(仅 1.2~4.0V),能主动发光且有一定亮度 ,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐冲击、抗振动、寿命长(10 万小时),所以在大型的显示设备中,尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大,不仅会降低外延膜的质量,在器件工作过程中,器件会因受热而损坏;

衬底与外延膜的化学稳定性匹配:衬底材料应具有良好的化学稳定性,且在外延生长温度和气氛下不易分解和腐蚀,与外延膜发生化学反应不会降低外延膜的质量。

材料制备的难度和成本:考虑到工业发展的需要,衬底材料的制备要求简单,成本不应很高。基板尺寸一般不小于2英寸。

GaN基LED的衬底材料很多,但可用于商业化的衬底只有两种,即蓝宝石衬底和碳化硅衬底。GaN、Si、ZnO等衬底仍处于研究开发阶段,离产业化还有很长的路要走。

氮化镓:

生长GaN最理想的衬底是GaN单晶材料,它可以大大提高外延薄膜的晶体质量,降低位错密度,提高器件的工作寿命,提高器件的发光效率,提高器件的工作电流密度。然而,GaN块体单晶的制备难度很大,至今还没有有效的方法。

氧化锌:{+-*/)ZnO由于其惊人的相似性,可作为GaN外延的候选衬底。晶体结构相同,晶格识别很小,禁带很近(能带间断值小,接触势垒小)。


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