對(duì)于LED顯示屏而言,LED芯片是最為核心的部件,LED芯片的優(yōu)劣直接影響到LED大屏幕的品質(zhì),所以LED芯片的制作非常重要。制作LED芯片,襯底材料的選用是首要考慮的問(wèn)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(jìn)行選擇。市面上一般有三種材料可作為襯底:
·藍(lán)寶石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(Sic)
通常,GaN基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn):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(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中;最后,藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)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。
使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問(wèn)題,例如晶格失配和熱應(yīng)力失配,這會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷,同時(shí)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1011Ω·cm,在這種情況下無(wú)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。在上表面制作兩個(gè)電極,造成了有效發(fā)光面積減少,同時(shí)增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過(guò)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(kuò)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(shí)GaN基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度較高,不容易對(duì)其進(jìn)行刻蝕,因此在刻蝕過(guò)程中需要較好的設(shè)備,這將會(huì)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(guò)程中卻需要對(duì)它進(jìn)行減薄和切割(從400μm減到100μm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100℃約為25W/(m·K))。因此在使用LED器件時(shí),會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量;特別是對(duì)面積較大的大功率器件,導(dǎo)熱性能是一個(gè)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(zhǎng)在硅襯底上,從而改善導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。
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