蓝宝石遭遇“滑铁卢” LED衬底“四剑客”布局如哪般！

2014-10-21 00:04

　　Si衬底

　　被看作是降低LED外延片成本的理想选择，因为其大尺寸(8寸、12寸)衬底发展得最为成熟。在采用Si衬底量产LED方面，国内有很多研究所、企业正在开发同质衬底、复合衬底和SiC衬底，并取得了很大成果。但是，由于晶格失配和热失配太大，难于控制，基于Si衬底的LED材料质量相对较差，且成品率偏低，所以目前市场上基于Si衬底的LED产品十分少见。目前在Si上生长LED主要采用以6英寸以下的衬底为主，考虑成品率因素，实际LED的成本和基于蓝宝石衬底的相比不占优势。和SiC衬底一样，大多数研究机构和厂商更加青睐在Si衬底上生长电子器件而不是LED。未来Si衬底上的LED外延技术应该瞄准8英寸或12英寸这种更大尺寸的衬底。

　　同质衬底

　　同质衬底是以GaN作衬底，并在此衬底上生长GaN，全球相关研究机构和大企业，如日亚、Cree等均投入很大研发力量，并取得了突破性进展。生长GaN衬底有多种方法，一般采用HVPE（氢化物气相外延）或钠流法，生产GaN衬底要很好解决残留应力和表面粗糙问题，衬底厚度约400~500μm，现可产业化。GaN衬底的优点：位错密度低（105~106个/cm2），内量子效率可达80%以上，生长时间短约2小时，节省大量原材料，可大幅度降低成本（目前衬底较贵）。

　　所以目前LED的外延生长依然是以异质衬底的外延为主。但是晶格匹配和热匹配的同质衬底依然被看作提高晶体质量和LED性能的最终解决方案。最近几年，随着氢化物气相沉积(HVPE)外延技术的发展，大面积GaN基厚衬底制作技术得到了重视，其制作方法一般为采用HVPE在异质衬底上快速生长获得数十至数百微米厚的GaN体材料，再采用机械、化学或物理手段将厚层GaN薄膜从衬底上剥离下来，利用此GaN厚层作为衬底，进行LED外延。

日本三菱公司和住友公司已经可以提供GaN基衬底的产品，但是价格昂贵，对于一般LED的生长不划算。主要是用于激光器的制造或者非极性/半极性面LED的研究。美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)中村小组在非极性/半极性面LED研制方面做出了许多开创性和代表性的工作。非极性/半极性面LED可以规避传统c面LED中存在的极化效应问题，从而进一步提升LED尤其是长波长可见光LED的效率。但是高质量的非极性/半极性面LED必须依赖同质衬底，而非极性/半极性面的GaN衬底离实用化还有相当的距离。此外，日本、波兰、美国等一些学校和研究机构也在尝试使用碱金属熔融法、氨热法等手段在高压和中温条件下制造GaN块状晶体，但是目前都尚处于研究阶段。

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