LED外延片--襯底材料
17LhgZs& *_(X$qfoW 襯底材料是半導(dǎo)體
照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件
封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體
照明技術(shù)的發(fā)展路線。襯底材料的選擇主要取決于以下九個方面：
wZqYtJ • [1]結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與襯底的
晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)晶性能好、缺陷密度小；
)l3Uf&v^f • [2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性強(qiáng)；
>>U>'}@Q • [3]化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕；
c4Ebre-Oa • [4]熱學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度��；
7EJ2 On • [5]導(dǎo)電性好，能制成上下結(jié)構(gòu)；
HBlk~e Z • [6]
光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收小；
l2D*b93 • [7]機(jī)械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等；
K" #$",}= • [8]價格低廉；
1- 2hh) • [9]大尺寸，一般要求直徑不小于2英吋。
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\ _D '(R 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(dǎo)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(lán)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(jìn)行了定性比較。
P`Np +E#I pSs*Z6c)@ 評價襯底材料必須綜合考慮下列因素：
02;jeZ#z V=O52?8 1．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；
A;oHji#* >B BV/C'9 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；
FK%b@/7s~ i'IT,jz ! 3．襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配：襯底材料要有好的化學(xué)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?yàn)榕c外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降；
{{G)Ry*pb ~k"+5bHa* 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潔，成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于2英寸。
broLC5hbQU 當(dāng)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(lán)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。
8q2a8I9g HW@wia 氮化鎵：
*dl hRa "+HJ/8Dd1 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。
0SQ!lr *uvM6F$ut 氧化鋅：
gq=t7b b^o4Q[ ZnO之所以能成為GaN外延的候選襯底，是因?yàn)閮烧呔哂蟹浅ｓ@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�。５�，ZnO作為GaN外延襯底的致命弱點(diǎn)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(dǎo)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(dá)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(dǎo)體材料生長的設(shè)備尚未研制成功。
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9vI~v l l 藍(lán)寶石：
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