LED芯片常用衬底材料选用比较
4页1、LED 芯片常用衬底材料选用比较1.蓝宝石(A12O3)2. 硅 (Si)3. 碳化硅( SiC)蓝宝石衬底通常,GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点:首先,蓝宝 石衬底的生产技术成熟、器件质量较好;其次,蓝宝石的稳定性很好,能够运用在高温生长过程中;最后, 蓝宝石的机械强度高,易于处理和清洗。因此,大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图 1 示例了使用蓝 宝石衬底做成的 LED 芯片。打14渦a N外延展(b) LED结构関扭电披猛整石基板n型电fitVP翹电极二附执血明导电层一 一卜InGa/GaN 光层n型SN接鮭卩型电槌心紬粒外观图 1 蓝宝石作为衬底的 LED 芯片使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题,例如晶格失配和热应力失配,这会在外延层中产生大量缺陷, 同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体,常温下的电阻率大于1011Q·cm,在 这种情况下无法制作垂直结构的器件;通常只在外延层上表面制作n型和p型电极(如图1所示)。在上 表面制作两个电极,造成了有效发光面积减少,同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程,结果使材
2、 料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难,当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方 法,使电流扩散,以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%40%的光,同时GaN基 材料的化学性能稳定、机械强度较高,不容易对其进行刻蚀,因此在刻蚀过程中需要较好的设备,这将会 增加生产成本。蓝宝石的硬度非常高,在自然材料中其硬度仅次于金刚石,但是在LED器件的制作过程中却需要对它 进行减薄和切割(从400nm减到100nm左右)。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。蓝宝石的导热性能不是很好(在100C约为25W/ (mK)。因此在使用LED器件时,会传导出大量 的热量;特别是对面积较大的大功率器件,导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难,很 多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上,从而改善导热和导电性能。硅衬底目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是L接触(Laterial-cONtact,水平接触)和V接触(Vertical-contact,垂直接触),以下简称为L型电极和V型电极。 通过这两种接触方式,
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