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LED硅衬底有什么优点

  • 发布时间:2017-05-21 00:00   来源:未知
LED芯片采用硅(Si)作为衬底,具有晶体质量高,尺寸大,易加工,导电性、导热性和热稳定性较好等很多优点,但是其最大的优点主要在于LED的制造成本将大大降低。这是因为Si衬底本身的价格比目前使用的蓝宝石和SiC衬底便宜很多,而且可以使用比蓝宝石和SiC衬底的尺寸更大的衬底,而且可以使用比蓝宝石和SiC衬底的尺寸更大的衬底以提高MOCVD的利用率,从而提高管芯出光率。
硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是L接触(水平接触)和V接触(垂直接触)。通过这两种接触方式,LED芯片内部的电流可以横向流动,也可以纵向流动。由于电流可以纵向流动,所以增大了LED的发光面积,从而提高了LED的发光效率。又因为硅是热的良导体,所以器件的导热性能可以明显改善,从而延长了器件的寿命。由于目前GaAs工业正从4英寸过渡到6英寸,故淘汰下来的4英寸工艺线正好可以用在硅衬底的GaN LED生产上。据日本Sanken电气公司的估计,使用硅衬底制作蓝光GaN LED的制造成本将比蓝宝石衬底和SiC衬底低90%。
与蓝宝石和SiC相比,在Si衬底上生长GaN更为困难,这是因为Si和GaN两者之间的热失配和晶格失配更大。Si与GaN的热膨胀系数差别将导致GaN膜出现龟裂,晶格常数差会在GaN外延层中造成高的位错密度。GaN LED还可能因为Si与GaN之间有0.5V的异质势垒而使开启电压升高、晶体完整性变差,从而造成P-型掺杂效率低,串联电阻增大。使用Si衬底的另一个不利之处是,硅吸收可见光会降低LED的外量子效率。
目前,硅衬底技术依然处于研发阶段,还没有实现产业化。
为了在Si上面制造出性能好的GaN LED,首先要解决的是如何在Si上生长出高质量的无龟裂的GaN外延层的问题。现在主要的生长方法是MOCVD或是MBE。无论采用哪种生长方法在Si上生长GaN外延层,均需要使用缓冲层技术。目前已经报道了多种缓冲层技术,其中包括AIN/3C-SiC(淀积的或转化的SiC膜),GaAs,AlAs,ZnO,LiGaO2,或是复合缓冲层,如AlN/3C-SiC,AlN/GaN/AlN等。AlN是目前较为普遍使用的缓冲层技术之一。据报道,Liaw等人采用转化的SiC膜加氮化铝复合缓冲层技术已经可以在4英寸的Si(111)衬底上生长出1.5mm厚的无龟裂的GaN的外延层来了。
日本三垦(Sanken)电气公司与名古屋工业大学联合开发出用AlN/GaN缓冲层缓解因热膨胀系数不同而产生的热应力,进而控制了龟裂的发生。值得指出的是三垦电气在生长缓冲层前,首先对硅衬底进行了处理,使硅表面上覆以氢(H),这样就得到了不含氧的,适于“低温缓冲层”生长所需要的清洁平坦的硅表面,并且使发光层内的晶体缺陷密度减少到109个/cm2
为了降低外延层中的位错密度,选择外延生长工艺也被应用Si生长GaN中来,包括横向选择外延和悬重外延生长。
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