发光二极体薄膜用氮化镓基板材料发展现况-光电科技工业协进会.PDFVIP

發光二極體薄膜用氮化 鎵基板材料發展現況 目前氮化鎵(GaN)發光二極體(LED)的主要生成方式為在藍寶石(sapphires)基板 (substrate)上，使用金屬有機氣相化學沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)系統，異質磊晶成長(heteroepitaxial growth)薄膜GaN的結 晶，如圖1所示，其中磊晶(epitaxial)是指表面薄膜的結晶結構為單晶。早期 GaN 薄膜以同質磊晶(homoepitaxial)成長，較不容易取得均勻成長的GaN單結晶。因此 在使用藍寶石(化學式： )、碳化矽(化學式：SiC)等異質基板及緩衝層 (buffer layer)的發展下，藍光LED於90年代後開始實用和量產化。 陳羿維 圖1：GaN薄膜磊晶示意圖 如(0001) 面 的晶體缺陷密 度較低，較易 獲 得 薄 膜 結 晶。此外，以 MOCVD成長GaN 薄膜結晶，不 同的薄膜結晶 需要不同的溫 度，最高須達 資料來源：PIDA 由於基板材材料的選擇會影 膜結晶的品質。晶格常數牽涉到晶 l000 C左右的高溫，而在三甲烷基 響後續磊晶的品質因此基板的特 體的缺陷密度(defect density)。 鎵(Trimethyl Gallium)、三甲烷基 性也需要考量進去。對於薄膜結 缺陷密度高會造成活性層InGaN晶 銦(Trimethyl Indium)和氨氣(化學 晶的品質的，晶格常數(lattice 格不匹配(lattice mismatch)的現 式： )混合下，如何和基板進 constant)、熱膨脹係數(thermal 象。熱膨脹係數則是和產生薄膜結 行穩定化學反應環境，也是考量的 expansion coefficient)、不同結 晶裂痕相關。不同結晶面分子排列 因素之一，見表1。 晶面分子排列構造，都會影響薄 構造決定薄膜結晶的成長方位，例 光電科技工業協進會　PIDA 17 表1 基板結晶性質 因為基板的電流有導出路徑的存 熱膨脹係數差 在，耐靜電壓可達2,000V。此外， 基板結晶 晶格差異(%)