GaN基发光二极管衬底材料的研究进展 - Open Repository of National .PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 6 (2014) 068103 GaN基发光二极管衬底材料的研究进展 陈伟超 唐慧丽 罗平 麻尉蔚 徐晓东 钱小波 姜大朋 吴锋 王静雅 徐军 1)(中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201800) 2)(中国科学院大学, 北京 100049) ( 2013 年11 月1 日收到; 2013 年12 月17 日收到修改稿) GaN 基发光二极管 (LED) 作为第三代照明器件在近年来发展迅猛. 衬底材料作为LED 制造的基础, 对 器件制备与应用具有极其重要的影响. 本文分析综述了衬底材料影响LED 器件设计与制造的关键特性 (晶格 结构、热胀系数、热导率、光学透过率、导电性), 对比了几种常见衬底材料 (蓝宝石、碳化硅、单晶硅、氮化镓、氧 化镓) 在高质量外延层生长、高性能器件设计和衬底材料制备方面的研究进展, 并对几种材料的发展前景做出 了展望. 关键词: 发光二极管, 氧化镓, 蓝宝石, 碳化硅 PACS: 81.15.–z, 68.60.–p, 71.55.Eq DOI: 10.7498/aps.63.068103 一过程也使得LED 的优势越发明显. LED 具备发 1 引 言 光效率高、响应时间短、光谱可调范围大、寿命长、 材料无污染等诸多优势, 使得其成为代替现有照明 自从1993 年InGaN 蓝光发光二极管 (LED) 器件的最佳选择24 . 世界各国都在大力支持与 投入市场以来, LED 发光效率实现了质的飞跃. 以 推广高亮度LED 的研发和应用. 目前LED 已经被 GaN 为代表的III 族氮化物半导体材料成为固态照 广泛应用于室内照明、交通信号灯、汽车灯具、全彩 明领域最具前景的材料, 为高效率LED 白光照明 5 色显示器等诸多领域 , 其市场在全球范围内不断 的商业化发展提供了可能. 随后, 1996 年GaN 基白 扩大. 光LED 入驻照明市场, 成功实现商业化, 奠定了以 经历了飞速的发展, 目前商用LED 性能已经 蓝光芯片激发黄色荧光粉的白光照明方案. 之后, 6 白光LED 以这一方案为基础得到了飞速发展. 达到额定功率1 W 下197 lm/W 的高效率输出 , 在照明器件的发展历史上, 白光LED 的发展 然而与LED 理论光效值 (260—300 lm/W) 仍然存 速度是史无前例的. 以发光效率为例, LED 在近20 在很大差距. 并且在高功率、高亮度应用领域, 其 年得到了迅猛发展. 图 1 展示了几种主要照明器 性价比不如荧光灯