三種LED襯底比較_第1頁
三種LED襯底比較_第2頁
三種LED襯底比較_第3頁
全文預(yù)覽已結(jié)束

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、對于制作LED芯片來說,襯底材料的選用是首要考慮的問題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底,需要根據(jù)設(shè)備和 LED器件的要求進行選擇。目前市面上一般有三種材料可作為襯底:藍(lán)寶石(A1203)硅(Si)碳化硅(SiC) /url藍(lán)寶石襯底通常,GaN基材料和器件的外延層主要生長在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點:首先,藍(lán)寶石襯 底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好;其次,藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好,能夠運用在高溫生長過程中;最后,藍(lán) 寶石的機械強度高,易于處理和清洗。因此,大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。圖1示例了使用藍(lán)寶 石襯底做成的LED芯片。圖1藍(lán)寶石作為襯底的LED芯片使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題,例如

2、晶格失配和熱應(yīng)力失配,這會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷, 同時給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍(lán)寶石是一種絕緣體,常溫下的電阻率大于1011 Q cm,在這種情 況下無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件;通常只在外延層上表面制作n型和p型電極(如圖1所示)。在上表面制 作兩個電極,造成了有效發(fā)光面積減少,同時增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程,結(jié)果使材料利用 率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難,當(dāng)前普遍采用在p型GaN上制備金屬透明電極的方法,使電 流擴散,以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30%40%的光,同時GaN基材料的化學(xué) 性能穩(wěn)定、機械強度較高,不容易對其進行刻蝕,因此在刻蝕過程中

3、需要較好的設(shè)備,這將會增加生產(chǎn)成 本。藍(lán)寶石的硬度非常高,在自然材料中其硬度僅次于金剛石,但是在LED器件的制作過程中卻需要對它 進行減薄和切割(從400nm減到100nm左右)。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好(在100C約為25W/ (mK)。因此在使用LED器件時,會傳導(dǎo)出大量 的熱量;特別是對面積較大的大功率器件,導(dǎo)熱性能是一個非常重要的考慮因素。為了克服以上困難,很 多人試圖將GaN光電器件直接生長在硅襯底上,從而改善導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。硅襯底目前有部分LED芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式,分別是L接觸(Laterial-c

4、ontact,水平接觸)和V接觸(Vertical-contact,垂直接觸),以下簡稱為L型電極和V型電極。通過這兩種接觸方式,LED芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動的,也可以是縱向流動的。由于電流可以縱向流動,因此增大了 LED的發(fā)光面積,從而提高了 LED的出光效率。因為硅是熱的良導(dǎo)體,所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善,從而延長了器件的壽命。碳化硅襯底碳化硅襯底(美國的CREE公司專門采用SiC材料作為襯底)的LED芯片電極是L型電極,電流是縱向流動的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好,有利于做成面積較大的大功率器件。采用碳化硅襯底的LED芯片如圖2所示。I,再片圖2采用藍(lán)寶石襯

5、底與碳化硅襯底的LED芯片/url碳化硅襯底的導(dǎo)熱性能(碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/(mK)要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。藍(lán)寶石本 身是熱的不良導(dǎo)體,并且在制作器件時底部需要使用銀膠固晶,這種銀膠的傳熱性能也很差。使用碳化硅 襯底的芯片電極為L型,兩個電極分布在器件的表面和底部,所產(chǎn)生的熱量可以通過電極直接導(dǎo)出;同時 這種襯底不需要電流擴散層,因此光不會被電流擴散層的材料吸收,這樣又提高了出光效率。但是相對于 藍(lán)寶石襯底而言,碳化硅制造成本較高,實現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。三種襯底的性能比較前面的內(nèi)容介紹的就是制作LED芯片常用的三種襯底材料。這三種襯底材料的綜合性能比較可參見表襯底材帽

6、導(dǎo)熱系戳(- K) iam系做 (X10E-6)我定性成本ESD135寶石OUjO*44L9i 一皴中B: (Si)ISO520-A好低好遠(yuǎn)化 KHS1C)490-4.4良好高好L EiSD抗冊電能力除了以上三種常用的襯底材料之外,還有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作為襯底,通常根據(jù)設(shè)計的需要選擇使用。襯底材料的評價襯底與外延膜的結(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;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;襯底

7、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,不能因為與外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降;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。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。氮化鎵:用于GaN生長的最理想襯底是GaN單晶材料,可以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

8、非常困難,到目前為止還未 有行之有效的辦法。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(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。藍(lán)寶石:用于GaN生長最普遍的襯底是A12O3。其優(yōu)點是化學(xué)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(dǎo)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(lán)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(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)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(dá)到A12O3和Si那么好、機械加工性能比較

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論