基片(substrate)与外延生长(epitaxial growth)介绍

时间:2014-09-04 14:19来源:互联网作者:蓝雪 点击:
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摘要:LED和半导体激光器等的发光部分的半导体层,是在基片上生长结晶而成。采用的基片根据LED的发光波长不同而区分使用。如果是蓝色LED和白色LED等GaN类半导体材料的LED芯片,则使用蓝宝石、Si

关键字:基片,外延生长,介绍基片(substrate)

  LED和半导体激光器等的发光部分的半导体层,是在基片上生长结晶而成。采用的基片根据LED的发光波长不同而区分使用。如果是蓝色LED和白色LED等GaN类半导体材料的LED芯片,则使用蓝宝石、SiC和Si等作为基片,如果是红色LED等采用AlInGaP类材料的LED芯片,则使用GaAs等作为基片。

  因LED发光波长而使用不同基片的原因是为了选择与LED发光部分——半导体结晶的晶格常数尽量接近的晶格常数的廉价基片材料。这样做晶格常数的差距(晶格失配)就会缩小,在半导体层中阻碍发光的结晶缺陷的可能性就会减少。而且能降低LED芯片的单价。另外,蓝紫色半导体激光器等电流密度和光输出密度较大的元件,则采用昂贵的GaN基片。GaN基片还用于部分蓝色LED。

基片(substrate)与外延生长(epitaxial growth)介绍

  底板剥离方法示例

  欧司朗的做法是在蓝宝石底板上形成GaN类结晶层,粘帖金属反射膜,然后再粘帖作为支持底板的Ge晶圆。之后,利用激光照射溶解掉GaN类结晶层与蓝宝石底板的界面部分,剥离蓝宝石底板。

  近年来,为了增加从LED芯片中提取光线,在基片上形成半导体结晶层后,将基片张贴到其他基片上的技术已经实用化。在粘贴到其他基片上时,与半导体结晶层之间的界面上设置了光的反射层。反射层具有反射发光层朝向基片侧的光线,将其提取到LED表面侧的效果。除了已用于红色LED外,最近蓝色LED等GaN类半导体LED芯片也扩大了采用。采用GaN类半导体材料的LED还有不张贴基片,使之保持剥离状态的方法。

  这些方法在外形尺寸较大的LED芯片上较为有效。大尺寸芯片存在着芯片内发生的光射出芯片外时的光径变长,导致光在这一过程中发生衰减的问题。该问题可通过张贴基片解决。

  外延生长(epitaxial growth)

  在基片上生长结晶轴相互一致的结晶层的技术。用于制作没有杂质和缺陷的结晶层。包括在基片上与气体发生反应以积累结晶层的VPE(气相生长)法、以及与溶液相互接触以生长结晶相的LPE(液相生长)法等。

  蓝色LED、白色LED以及蓝紫色半导体激光器等GaN类发光元件一般采用VPE法之一的MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法进行生产。MOCVD采用有机金属气体等作为原料。蓝色LED在蓝宝石基片和SiC基片上,蓝紫色半导体激光器在GaN基片上使用MOCVD装置使得GaN类半导体层形成外延生长。

基片(substrate)与外延生长(epitaxial growth)介绍

  “404专利”的内容

  中村修二提出专利权归属问题而进行诉讼的“404专利”,是将原料气体封入蓝宝石底板表面附近的方式之一。在生长GaN类半导体膜的底板(蓝宝石底板等)表面沿水平方向通入原料气体,同时为了将原料气体固定在底板表面,沿垂直方向向底板表面通入非活性气体。

  中村修二就其在日亚化学工业工作时所发明专利的“正当价格”与日亚化学工业展开的诉讼中所涉及的GaN类发光元件专利(专利第2628404号,以下称404专利)就是外延生长GaN类半导体层技术的相关专利。404专利是与在蓝宝石基片表面附近封入原料气体的技术。其特点是,在生长GaN类半导体膜的基片(蓝宝石基片等)表面沿水平方向通入原料气体,同时为了将原料气体固定在基片表面,还沿垂直方向向基片表面通入非活性气体。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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