如何辨別LED外延片的好壞？

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)襯底材料是半導體照明產(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，導電性好，能制成上下結(jié)構(gòu)；

　　2，化學穩(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?。?/p>

　　4，價格低廉；

　　5，光學性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收??；

　　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；

　　8，熱學性能好，包括導熱性好和熱失配度小；

　　9，機械性能好，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穩(wěn)定性匹配：襯底材料要有好的化學穩(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。

　　藍寶石：

　　用于GaN生長最普遍的襯底是Al2O3。其優(yōu)點是化學穩(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，目前還沒有第三種襯底用于GaNLED的商業(yè)化生產(chǎn)。SiC襯底有化學穩(wěn)定性好、導電性能好、導熱性能好、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襯底有益的導電性能和導熱性能，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基半導體材料生長的設(shè)備尚未研制成功。