硅衬底上GaN基LED的研制进展
氮化物半导体材料广泛用于紫、蓝、绿和白光发光二极管，高密度光学存储用的紫光激光器，紫外光探测器，以及高功率高频电子器件。然而由于缺乏合适的衬底，目前高质量的gan膜通常都生长在蓝宝石或sic衬底上，但是这两种衬底部都比较昂贵，尤其是碳化硅，而且尺寸都比较小。蓝宝石还有硬度*和不导电的缺点。为克服上述缺点，人们在用硅作衬底生长gan方面一直不断地进行探索。由于gan材料的电荧光对晶体缺陷并不敏感，因此人们预期在si衬底上异质外延生长ⅲ族氮化物发光器件在降低成本方面具有明显的技术优势。
人们还期待使用si衬底今后还有可能将光发射器与硅电子学集成起来，将加速和扩大氮化镓在光电子和微电子方面的应用。
一、用硅作gan led衬底的优缺点
用硅作gan发光二极管（led）衬底的优点主要在于led的制造成本将大大降低。这是不仅因为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（例如使用4英寸的si片衬底）以提高mocvd的利用率，从而提高管芯产率。si和sic衬底一样，也是导电衬底，电极可以从管芯的两侧引出，而不必象不导电的蓝宝石那样必须都从一侧引出，这样不但可以减少管芯面积还可以省去对gan外延层的干法腐蚀步骤。同时由于硅的硬度比蓝宝石和sic低，因此使用lsi加工中使用的通用切割设备就可以切出led芯片，节省了管芯生产成本。此外，由于目前 caas工业正从4英寸过渡到6英寸，淘汰下来的4英寸工艺线，正好可以用在硅衬底的ganled生产上。据日本sanken电气公司的估计使用硅衬底制作蓝光ganled的制造成本将比蓝宝石衬底和sic衬底低90%,预期在需要低功率发射器方面将获得应用。
然而与蓝宝石和sic相比，在si衬底上生长gan更为困难。因为这两者之间的热失配和晶格失配更大。硅与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。ganled还可以因为si与gan之间有0.5v的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成p-型掺杂效率低，导致串联增大。使用si衬底的另一不利之处是，硅吸收可见光会降低led的外量子效率。尽管如此自1998年以来在硅上氮化镓led方面已经取得了不少令人兴奋的结果。
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然而与蓝宝石和sic相比，在si衬底上生长gan更为困难。因为这两者之间的热失配和晶格失配更大。硅与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。ganled还可以因为si与gan之间有0.5v的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成p-型掺杂效率低，导致串联增大。使用si衬底的另一不利之处是，硅吸收可见光会降低led的外量子效率。尽管如此自1998年以来在硅上氮化镓led方面已经取得了不少令人兴奋的结果。
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