節(jié)能新材料之半導(dǎo)體照明介紹-免費(fèi)閱讀
【正文】 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Al2O3和Si那么好、機(jī)械加工性能比較差，另外，SiC襯底吸收380納米以下的紫外光，不適合用來研發(fā)380納米以下的紫外LED。 氧化鋅： ZnO之所以能成為GaN外延的候選襯底，是因?yàn)閮烧呔哂蟹浅ｓ@人的相似之處。這三種襯底材料的綜合性能比較可參見表1。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。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。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）。藍(lán)寶石（Al2O3） 可以想象，如果在Si的襯底上能生長出器件質(zhì)量的InN外延膜，這樣則將大大簡化InN基器件的制作工藝，減小器件的大小。 ?。?）MgO MgO晶體屬立方晶系，是NaCl型結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)為2800℃。研究表明(111)面MgAl2O4晶體與InN晶格的失配率為15%，晶格匹配性能要大大優(yōu)于藍(lán)寶石，(0001)面藍(lán)寶石與InN晶格的失配率高達(dá)25%。MgAl2O4晶體是優(yōu)良的傳聲介質(zhì)材料，在微波段的聲衰減低，用MgAl2O4晶體制作的微波延遲線插入損耗小。這樣其失匹配度就比原來的29%稍有減少。這樣，用這些固溶體制造發(fā)光器件，是和器件發(fā)展的方向。 ?。?）襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配熱膨脹系數(shù)的匹配也很重要，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。預(yù)計(jì)，在今后的10~20年中，大尺寸的、協(xié)變襯底的制備技術(shù)將獲得突破，并且廣泛應(yīng)用于大失配異質(zhì)結(jié)材料生長及其相聯(lián)系的光電子器件制造。（3）第三階段第三階段（通用照明時代，2010年之后），包括以上二個階段的應(yīng)用，并且還全面進(jìn)入通用照明市場，占有30~50%的市場份額。因此，寬帶隙的GaN基半導(dǎo)體在短波長發(fā)光二極管、激光器和紫外探測器，以及高溫微電子器件方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景；對環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。“氮化物襯底材料與半導(dǎo)體照明的應(yīng)用前景”文稿介紹了氮化物襯底材料與半導(dǎo)體照明的應(yīng)用前景的部分內(nèi)容。 GaN、AlN、InN及其合金等材，是作為新材料的GaN系材料。 1994年，日本的Nicha公司在GaN/Ａl2O3上取得突破，1995年，GaN器件第一次實(shí)現(xiàn)商品化。 到達(dá)目前為止（處于第一階段，特種照明時代），已紛紛將中、低功率藍(lán)色、綠色LED、白光LED、藍(lán)紫色LED等實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，走向了商業(yè)市場。 世界各國現(xiàn)在又投入了大量的人力、財(cái)力和物力，并且以期望取得GaN基高功率器件的突破，居于此領(lǐng)域的制高點(diǎn)。 ?。?）襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配襯底材料需要有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性，不能因?yàn)榕c外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降。 ?。?）InN和GaN 因?yàn)楫愘|(zhì)外延氮化物薄膜通常帶來大量的缺陷，缺陷損害了器件的性能。雖然(0001)面藍(lán)寶石與InN晶格的失配率高達(dá)25%，但是由于其六方對稱，熔點(diǎn)為2050℃，最高工作溫度可達(dá)1900℃，具有良好的高溫穩(wěn)定性和機(jī)械力學(xué)性能，加之對其研究較多，生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，而且價格便宜，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最為廣泛的襯底材料。MgAl2O4晶體與Si的晶格匹配性能好，其膨脹系數(shù)也與Si相近，因而外延Si膜的形變扭曲小，制作的大規(guī)模超高速集成電路速度比用藍(lán)寶石制作的速度要快。而且，如果位于頂層氧原子層下面的鎂原子占據(jù)有效的配位晶格位置，以及氧格位，那么這樣可以有希望將晶格失配率進(jìn)一步降低至7%，這個數(shù)字要遠(yuǎn)遠(yuǎn)
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