LED外延技术的最新进展

1、目 录目 录第一章第一章 引引 言言.11.1 LED 产业的发展及优势.11.3 本文的研究意义 .2第二章第二章 GAN 基衬底基衬底 LED 外延技术的最新进展外延技术的最新进展.32.1 GAN 基 LED 衬底的选择.32.2 SI衬底 GAN 基 LED 的生长方式.42.3 SI衬底 GAN 基 LED 面临的问题.52.4 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究进展 .62.4.1 Si 衬底 GaN 器件的研究进展.62.4.2 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究进展 .72.5 本章小结.9参考文献参考文献.10第一章 引 言第一章 引 言1.1 LED 产业的发展及优

2、势LED 产业的发展最初开始于 1907 年，科学家们发现，当半导体材料两端加上电压后能发光。20 世纪 60 年代，第一只用 GaAsP 制作的 LED 问世1。1968年，出现了第一批 LED 产品。20 世纪 70 年代，LED 得到了迅速的发展，其发光效率得到了迅速增加，颜色也出现了多样化，包括绿光、黄光等。1996 年，第一只白光 LED 研制成功了，并于 1998 年出现第一批白光 LED 产品2。使得 LED产业从之前单纯的标识显示功能向应用性的照明功能迈出了意义重大的一步。LED 是世界照明工业一次全新的革命3。与其他传统的照明灯相比，LED 具有下列显著的优势：1. 耗电量小

3、，绿色环保：LED 理论上实现了能耗降为白炽灯的 10%，荧光灯的 50%。寿命增加到荧光灯的 10 倍，白炽灯的 100 倍。而能源消耗中，人类照明消耗排名第二，约高达全部能源消耗的四分之一，但是如果传统的白炽灯能够用 LED 灯取代，那么照明损耗将减小到原来的 10%6，并且可以实现 CO2减排原来的 90%，这是最简单而且最有效的节能减排手段。2. 寿命长，可靠耐用，维护费用低：LED 可以连续工作 10 万小时，大功率LED 也可连续使用 5 万小时以上，相比普通的白炽灯寿命长了约 100 倍。3. 点亮速度快：LED 在汽车信号灯等领域应用极为广泛，这归功于 LED 的响应速度极快。

4、因此，若在汽车上安装高位 LED 刹车灯，可有效地减小交通事故的发生。4. 适用性极广，易控制与管理：LED 灯的体积可以做得非常小，因此对各种设备的设计与布置而言更加方便，灵活，适用于各种各样的场合。LED 灯既易于进行分散控制或者对点调节控制，也可进行集中性控制，可以通过 LED 控制电路方便地对其亮度进行调节，实现动态变化效果的控制。近十多年来，科学家们对 LED 研究的不懈努力，使得其发光效率在不断提高，从最初的 51m/W，到现在实验室的 2001 m/W 和商用的 1501m/W，LED 灯的发光效率早已高于荧光灯与白炽灯。目前，商用和民用市场均已经为大功率LDE 敞开了大门。早从

5、 2009 年开始，许多发达国家已经开始禁用白炽灯并提倡LED 外延技术的最新进展用 LED 灯取而代之，全球其它国家和地区政府也将在近几年开始陆续用 LED 取代白炽灯。随着大功率 LED 价格的不断下降，发光效率的不断提高，LED 将最终取代其他传统的照明光源成为通用照明灯而进入千家万户。随着各国对于环境保护的逐步重视，节能减排已经成为各个国家以及各级政府的工作重心，所以对于全球 LED 相关从业者和商家而言，眼前最大的商机就是利用各国的节能政策，把握住白炽灯向节能灯转变的替换潮。大力推进 LED 产业的研制与发展，在很大程度上将大幅度减少环境污染和能源消耗，因此，对于世界和平以及各国可持

6、续发展具有战略性的意义6。照明应用的巨大能量消耗是不容忽视的，即降低照明应用的能耗意义重大。有效的办法是通过研究发光效率高的灯饰灯具，而 LED 灯优越的性能成为各商家研究和应用的重点。1.3 本文的研究意义LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是由磷、氮等的 III-V 族化合物如砷化镓（GaAs） 、磷化镓（GaP） 、以及磷砷化镓（GaAsP）等半导体制成的当前，LED 实现固态照明（SSL）受到了诸多因素的影响，最主要的是 LED亮度及其成本。虽然近十多年一直在致力于通过改善外延层生长工艺使得位错密度得到了较大的改善，但位错作为非辐射复合中心，对器件的光电性能具

7、有非常重要的影响9。目前，GaN 基 LED 主要采用异质外延 MOCVD 生长。最常用的衬底有蓝宝石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三种7-8。获得高质量的有源层的生长方法主要有金属有机化学气相淀积（MOCVD）与分子束外延（MBE） 。目前 InGaN 基 LED 通常在蓝宝石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三种衬底上生长。GaN 与衬底间晶格和热膨胀系数的不匹配导致了很高的位错密度。外延材料为 LED 的核心部分，LED 的波长、亮度、正向电压、光功率等主要光电参数基本上取决于外延材料。LED 外延技术是 LED 技术的核心，是半导体照明的关键技术所在。LED

8、 外延技术的研究最大限度的降低缺陷密度、提高晶体质量，是 LED 技术一直追求的目标。 第二章 GaN 基衬底 LED 外延技术的最新进展第二章 GaN 基衬底 LED 外延技术的最新进展随着信息技术的发展，发光二极管（LED）在我们生活中扮演着重要的额角色，尤其是高亮度 LED，在许多场合较为常见。日光灯虽然效率比白炽灯高许多，但由于其发出的光闪烁和色调不柔和，在家庭照明中不受欢迎。而红、绿、蓝三基色 LED 组合，可以获得更加有效、更令人满意的光源。而 GaN 基 LED 从根本上解决了 LED 中红绿蓝三种基色中缺失蓝色和绿色的问题，大大拓展了 LED 在各行的应用。GaN 基 LED

9、在照明、医疗器械、电子产品、汽车尾灯、路灯等各个领域应用十分广泛10-11。各大生产商家都在大力开发对 LED 的研发力度，使得 LED 亮度更高，发光效率更高。2008 年 Gree 展出的 Xlamp MC-E LED，有冷白、中性白、暖白三种系列，250mA 下亮度分别为 456lm、376lm、350lm。童年，Epistar的实验水平达 100lm/W，Philips 的水平为 115lm/W，Osran 为 136m/W。2010 年，Gree 宣布退出业界最亮、效率最高的发光二极管，350mA 下光效率为132lm/W。2.1 GaN 基 LED 衬底的选择蓝绿光 LED 主要由

10、宽禁带半导体材料 GaN 基材料制备形成的，如GaN、AlGaN、InGaN 以及 AlInGaN。衬底材料的选择对 GaN 晶体具有至关重要的影响，从而影响 LED 性能。衬底的选择通常需要考虑晶格常数的匹配、热膨胀系数的匹配、成本与晶体尺寸大小等等。最常用的衬底有蓝宝石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三种8-9。商用 GaN 材料的外延大部分采用蓝宝石与碳化硅作为衬底。但二者由于成本高而且难以得到较大尺寸的单晶。因此研究们一直在寻找可以代替二者的衬底材料，其中蓝宝石更加普遍，蓝宝石和 GaN 一样具有六方对称型结构，而且高温下也很稳定。制备工艺相对于 SiC 而言也较为稳定，

11、但是蓝宝石不导电的特性使得垂直器件的制造基本不可能，而且导热、晶格匹配等都让蓝宝石无法成为 GaN 最理想的衬底选择。作为 GaN 的衬底选择，SiC 明显远远比蓝宝石较为理想，首先 SiC 与 GaN 的晶格失配比只有 4%，而且 SiC 能导电更有利于器件的制作，并且在 SiC 衬底上已经获得了高质量的 GaN 材料，LED 外延技术的最新进展但 SiC 较高的成本制约了其作为 GaN 衬底的发展。Si 相比于二者而言，具备成本、单晶尺寸大、导电性和导热性好、各种制造技术较为成熟等特点。而且 Si 衬底上生长 GaN 薄膜有望实现光电子和微电子的集成。因此，Si 作为 GaN 薄膜衬底具有

12、重大的应用价值，Si 基 GaN 技术一旦成熟，将使得 GaN 基 LED 器件的应用大大拓宽。不论选择何种沉底，衬底上的许多不足之处如晶体质量以及与 GaN 的结核性等可以通过适当的表面处理的到改善。例如，Hiroshi Amano 等人用 MOCVD 方法在蓝宝石沉底与高温 GaN 之间引入低温缓冲层 AlN，能有效缓解蓝宝石与GaN 之间的应力，一直裂纹，并且减小材料位错密度，获得如镜面般的 GaN 薄膜，使得 GaN 膜的结构与性能得到显著提高。H.Lahreche 等人用低压 MOCVD在蓝宝石上生长出了高质量的 GaN 层，运用了电解质做掩模材料，最优化的岛状横向外延使得 GaN

13、材料的质量有了显著提高。2.2 Si 衬底 GaN 基 LED 的生长方式GaN 基 LED 外延技术主要有三种：氢化物气相外延（HVPE） 、金属化学气相淀积（MOCVD） 、分子束外延（MBE） 。金属有机化学气象淀积（MOCVD）最为常用。其基本原理是控制一定流量的载气流过装有金属有机源钢瓶，携带有饱和蒸汽压的金属有机源的各路气流通入到一定温度的衬底，在靠近衬底或者衬底表面的气体薄层内反应沉积成膜。MOCVD 技术的主要缺点是：由于氨气的高热稳定性，为了热分解氨气必须对称的进行高温家人。但由于衬底存在热失配，因此生长之后的冷却会给外延层带来较大的应变和缺陷。在高温生长的条件下，GaN 不

14、可避免的分解为 Ga 和 N2，从而形成氮空位，使得生长出来的 GaN 外延层呈现 n 型导电。相对于 MBE 与 HVPE，MOCVD 的优势在于它的生长速度快，容易实现规模化的生产。使得 MOCVD 成为各种化合物半导体薄膜生长的主流生长方式。分子束外延（MBE）是一种真空蒸发薄膜制备技术。在超高真空下，控制不同源的射束喷射到衬底表面，实现外延膜的逐层生长。缺点是生长速度较慢，不易实现批量生产。但其较慢的生长速度，使得 MBE 能很精确的控制薄膜的厚度，制作微结构方面应用较为广泛，界面过渡十分陡峭12。为了降低沉底温度以及对H 可以自由处理，许多研究者把 GaN 生长的注意力转移向了对 M

15、BE 的探索，尤第二章 GaN 基衬底 LED 外延技术的最新进展其是当 N 元素可以通过使用 ECR 方法离解 N2来获得以后。目前 MBE 生长 GaN面临的主要问题是生长速率过慢，由于 LED 器件的外延层较厚，生长时间过长，不能进行大规模生产。此外，由于深能级补偿，MBE 生长获得的 GaN 表面为绝缘-半导体特性。HVPE 生长方式在 GaN 材料的发展中起到了十分重要的作用，早前，都采用HVPE 来生长 GaN。但采用 HVPE 得到的 GaN 存在很高的本底载流子浓度，使得 p 型 GaN 的研究无法进行。从而逐渐被 MOCVD 取代。HVPE 以 GaCl3和NH3作为生长源，

16、生长速度很快，可到到每小时几十位微米，十分食欲 GaN 的横向外延生长以及提供厚的自支撑 GaN 沉底，HVPE 的缺陷是，由于生长过程很快，无法对膜的厚度进行精确的控制，此外，反应气体对设备的腐蚀性严重影响了GaN 材料纯度的提高。2.3 Si 衬底 GaN 基 LED 面临的问题Si 衬底 GaN 基 LED 虽然具有较大的优势，但是，在工艺上仍然存在很多困难。首先，Si 与 GaN 具有较大的晶格失配和热失配系数，失配比分别约为 17%和 56%，比蓝宝石和碳化硅均较大。晶格失配的主要问题是在外延过程中引入位错，影响薄膜的质量。更糟糕的是 56%的热失配系数，Si 和 GaN 两种材料之

17、间热膨胀系数的巨大差异使得 GaN 材料在外延过程中由高温降至室温时，内应力会造成严重的“龟裂”现象。这是 Si 衬底外延 GaN 基 LED 一直受阻的原因。此外，由于 Si-N 的键能很大，Si 衬底遇活性 N 易形成无定性的 SiNx，影响GaN 的生长质量。再者，Ga 滴回熔效应，即 Ga 滴与 Si 形成合金19，会快速服饰 Si 衬底与外延层。在此后近 20 年 Si 衬底 GaN 都没什么长进。直到缓冲层的引入才使得 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究活跃起来。因此，缓冲层一直是 Si 衬底GaN 基 LED 器件的研究重点。而针对 SiN 的形成，用 MBE 方法生长 Ga

18、N 一般采用在生长 AlN 缓冲层之前在 Si 衬底上铺 Al 或者 Al 源与氨气交替通入来避免，此技术可以在界面抑制无定型氮化硅的形成，并促进 GaN 的二维生长。用 MBE在 Si（111）衬底上直接生长 GaN 会在 GaN/Si 界面形成无定型 SixNy层，并促使生长的 GaN 外延层 为多晶。为了得到高质量的 GaN，缓冲层成了研究热点，通过合理的控制生长条件，抑制氮化硅的形成等等，最终得到了无龟裂的外延层。插入缓冲层和掩模技术是解决龟裂的两种主要方法，缓冲层主要有低温 AlN 插入LED 外延技术的最新进展层、AlGaN 缓冲层、组份渐变 AlGaN 缓冲层、AlN/GaN 超

19、晶格缓冲层、3C-SiC和 AlN 复合缓冲层。掩模技术包括 SiO2掩模技术与 SixNy掩模技术。2.4 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究进展2.4.1 Si 衬底 GaN 器件的研究进展Manasevit 等人首次对 Si 衬底的氮化物生长进行了研究，1971 年，首次在Si（111）衬底上用 MOVPE 的方法生长 AlN。但是当时 Si 衬底上生长 GaN 存在很多问题，严重的晶格失配在薄膜中引入了大量的位错。其次，巨大的热失配使得生长降温时，薄膜中产生很大的张应力，从而导致龟裂。再者，Si-N 键能很大，因此 Si 遇到活性 N 时很容易形成无定形的 SiNx，对薄膜质量影响

20、严重13。接下来的近 20 年，Si 衬底的氮化物生长基本没有取得任何进展。直到蓝宝石衬底上引入低温缓冲层后使得 GaN 薄膜的质量得到了很大的改善以及对 p 型 GaN 的成功研制后，Si 衬底 GaN 材料的研究才开始开展起来。Gahu 等人用 MBE 获得了第一支 Si 衬底 GaN 基 LED 以后，研究者们对 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究引起了进一步的关注。针对 Si 与 GaN 之间存在的各种问题，研究者们开始了对 Si 衬底缓冲层的研究如 AlAs，GaAs，AlN，HfN，ZnO。GaN 的质量强烈依赖于缓冲层的性能，因此对于缓冲层的研究一直是 Si 衬底 GaN 的

21、重点。对于无定形的 SiNx，用 MBE 方法生长 GaN 一般采用在生长 AlN 缓冲层钱在Si 衬底上铺 Al 或者 Al 源与 NH3交替通入来避免14-15，此技术可以在界面一直SiNx的行成，并促进 GaN 的二维生长。S.A.Nikishin 等采用气源 MBE 技术生长高质量的 GaN，用 AlN 作为缓冲层，通过合理控制生长条件，抑制 SiNx的行成，同事在 AlN 上生长 GaN/AlGaN 超晶格，得到了无龟裂的 GaN 层。MOCVD 生长中，高温生长 AlN 缓冲层比低温生长的 AlN 更利于 GaN 二维生长。但 GaN 与 Si衬底之间巨大的热膨胀系数差使外延膜处于

22、张应力状态，这就使 GaN 在降温过程中容易产生裂纹。Follstaedt 等人用 MOCVD 技术在 1080oC 生长的 AlN 缓冲层上生长 2.2um 的 GaN 薄膜，表面光亮平整，但在降温过程中表面产生了龟裂。对于龟裂，研究者们采用了各种方法。例如低温插入 AlN 缓冲层、AlGaN 缓冲层、组分渐变 AlGaN 缓冲层、AlN/GaN 超晶格缓冲层、SixNy掩膜技术、SiO2掩膜技术等等。第二章 GaN 基衬底 LED 外延技术的最新进展2.4.2 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究进展GaN 基 LED 的研究最初开始于 20 世纪 60 年代，作为最早生产彩色电视机的公

23、司之一，美国广播公司（Radio Corporation oa America）的工程师 Paul Maruska 使用 HVPE 方法在蓝宝石才衬底上上第一次得到了 GaN 单晶薄膜。随后的十几年里，对 GaN 基 LED 的研究几乎陷入了停顿状态。直到 1986 年，Amano引入低温缓冲层提高 GaN 晶体质量，在蓝宝石上获得了表面光滑的高质量 GaN薄膜。之后，相继开发了蓝光以及蓝绿光 LED，开展了对 Si 衬底 GaN 基 LED 的研究，Si 衬底 GaN 基 LED 因其大尺寸、低成本等优势成为了研究热点。1998 年，IBM 公司的 Guha 等人首次用 MBE 生长方式在

24、n 型 Si 衬底上第一次制备出了 GaN 基紫外及紫色 LED，该 LED 由 n-AlxGa1-xN、6nmGaN、p- AlxGa1-xN、15nmp-GaN 组成，其发光波长分别为 360nm 和 420nm，电压为 12V时，正向电流 14-65mA16。1999 年，Tran 等人用 MOVPE 技术在 Si（111）衬底上生长出了蓝光 LED，该 LED 为 InGaN/GaN 多量子阱（MQW）结构，该 LED 器件在 4V 时开始发光，发光波长为 465nm，工作电压为 8 时，工作电流为 20mA。薄膜片存在裂纹。在反向偏置 10V 时，其反向漏电流为 60uA17。200

25、0 年，J.W.Yang, A.Lunev 等人用 MBE 与 MOVPE 相结合的方式生长了用 10nm 的 AlN 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 器件为 0.2um n+-GaN、50nm n-GaN/4QW(3nm In0.22Ga0.78N/3nmGaN)/0.15um p-GaN 结构，外延片存在少量裂纹，工作电压 10V 时，串联电阻约 250 欧18。具体方法是先用 MBE 在 Si（111）衬底上生长 AlN 缓冲层，然后用 MOVPE 方法再生长 0.2um 的掺杂硅 GaN，接着沉积 0.2um 厚的 SiO2掩模层，并用光刻开出 300umx300um 的窗口，

26、再用 MOVPE方式进行选区生长，生长的 In0.22Ga0.78N/GaN 量子阱 LED 外延片厚度小于 1um。外延片裂纹密度与在平面 SiC 衬底上生长的相似结构相当。在选区生长的MQWLED 结构上面采用 Pd/Au 作为透明电极，n 型电极则从 Si（111）衬底背面引出。该材料制成的 LED 峰值波长为 465nm，半高宽为 40nm。正向开启电压为3.2V。正向微分电阻约为 250 欧，该值大约比蓝宝石衬底上高质量 LED 的大 4 倍。P 型掺杂浓度低、p 型接触不良、AlN/Si 界面微分电阻及来自 SiO2掩模中的 Si 补偿掺杂可能是正向微分电阻很高的原因。另外他们也给

27、出了其 LED 在不同温度下的 I-V 特性曲线，测试的最高温度达到 250 摄氏度，这说明在 Si（111）衬底上已经 获得了性能较稳定的 GaN 基 LED。LED 外延技术的最新进展2000 年，M.Adachi, N.Nishikawa 等人用 MOVPE 生长方式获得了用 120nm的 AlN 以及 380nm 的 Al0.27Ga0.73N 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 器件的结果由 4um n-GaN、3QW(3nm Ga0.87In0.13N/5nm Ga0.99In0.01N)、2nm p-Al0.15Ga0.85N、100nm p-GaN 组成。外延片存在少许裂纹

28、，工作电压大于 8V，同侧电极及上下电极结构的串联电阻分别问 200 欧及 1000 欧19。他们采用常压MOCVD 技术生长 Si 衬底 GaN 基 LED，用2001 年，E.Feltin, S.Dalmasso 等人用 MOVPE 生长方式获得了用 AlN 以及超晶格 AlN/GaN 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 器件的外延片存在龟裂，工作电压约为 10.7V，串联电阻 150 欧20。他们采用 AlN/AlGaN 缓冲层来减少应力，获得了裂纹较少的 LED 外延片，LED 外延片的光致发光峰值波长为 430nm，半高宽为 18nm。对于同侧电极与上下电极两种结构的 LED，阈

29、值电压均为 3V，这与蓝宝石衬底上的 GaN 基 LED 的相当，而串联电阻则分别为 200 欧和 1000 欧，这都大于蓝宝石衬底上的 GaN 基 LED 结构。高阻的原因之一是因为 Si 衬底 GaN基 LED 结构的 p 型 GaN 质量不高，上下电极结构电阻比同侧电极结构高出许多的原因有可能是 AlN/AlGaN 缓冲曾高阻引起的。2001 年，A.Dadgar, A.Alam 等人采用 MOVPE 方式获得了用 30nm 的 AlN 以及 0.2um n-GaN/AlGaN 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 器件同样为量子阱结构，外延片存在龟裂，工作电压为 4.5-6.5V，串

30、联电阻约为 80-130 欧21。其 LED 器件为上下结构，阈值电压为 2.5V，这与蓝宝石衬底上 GaN 基 LED 的相当，工作电流为 20mA，器件的工作电压在 4.5-6.5V 之间，其串联电阻在 80-130 欧之间。但该方法制备的 LED 期间存在龟裂，为解决 Si 衬底 GaN 存在龟裂的问题，它们采用了两种方法，一种是图形技术：先在 Si 衬底上用 SixNy 掩模，后用标准的光刻技术及湿法刻蚀的方法在其上开出 100 x100um2的窗口，然后在窗口区进行材料生长，用该方法得到了厚达 3.6um，无龟裂的多量子阱 LED 结构外延层，用这种方法制备的 LED 输出功率约为

31、100uW，开启电压为 3.2V，串联电阻为 350 欧。2002 年，T.Egawa, B.Zhang 等人用 MOCVD 方式获得了用 120nm 的 AlN 以及 380nm 的 Al0.27Ga0.73N 作为缓冲层的 LED 器件，LED 外延片无龟裂，工作电压约为 7V，串联电阻为 100 欧，输出功率为 20uW22。2002 年，T.Egawa， T.Moku 等人用 MOCVD 方式获得了用 3nm AlN 以及AlN/GaN 作为缓冲层的 LED 器件，LED 外延片无龟裂，工作电压为 4.1V，串联电阻约为 30 欧，输出功率为 18uW23。第二章 GaN 基衬底 LE

32、D 外延技术的最新进展2002 年，A.Dadgar, M.Poschenrieder 等人用 MOCVD 获得了用 20nm AlN/0.5um n-GaN/10-15nm T-AlN/n-GaN/LT-AlN/in itu SixNy掩膜/0.2um GaN 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 外延片无龟裂，工作电压约为 4-5V，串联电阻约为55 欧，输出功率为 152uW24。2003 年，B.J.Zhang, T.Egawa 等人用 MOCVD 获得了用 2.5nm AlN/30nm Al0.3Ga0.7N/20(5nmAlN/20nm GaN)作为缓冲层的 LED 器件，该 L

33、ED 外延片无龟裂现象，为同侧电极及上下电极结构，工作电压分别人 3.7V 及 4.2V，串联电阻分别为 33 欧和 42 欧，输出功率分别为 34.7uW 和 34.4uW25。2005 年，T.Egawa 等人利用 MOCVD 生长方式获得了以高温 thin AlN/n-AlGaN/AlN-GaN multilayer 作为缓冲层 LED 器件，该 LED 工作电压约为 3.8-4.1V，蓝光输出功率为 1.5-2mW26，外延片无裂痕。香港科技大学对 Si 衬底 GaN 基 LED 外延技术的研究也较为成熟，采用MOCVD 生长方式生长出了用 HT-AlN nuclear layer/S

34、iNx,HT-AlN interlayer 作为缓冲层的 LED 器件，该 LED 器件工作电压为 4.3V，输出功率为 0.7mW，外延片无裂痕。2.5 本章小结由本章以上四节可知，人们对 GaN 基 LED 器件做了大量的研究工作，在先进制备技术的基础上，GaN 基 LED 研制成功了，其中蓝宝石衬底的 LED 已经进入了商品化，但作为衬底材料，蓝宝石还不是很理想，其价格昂贵、硬度高、不导电、不易进行切割，因为器件制作工艺复杂。而 Si 衬底，可以解决蓝宝石的问题。因为本章主要对 Si 衬底 GaN 基 LED 器件的发展进行了阐述。虽然Si（111）衬底 GaN 基 LED 的质量的到了

35、很大的提高，但生长无龟裂的 GaN 外延膜，其厚度收到了限制，其应力释放机理有待进一步研究。LED 外延技术的最新进展参考文献1 付贤政. 高亮度 LED 综述J .中国西部科技，2011, 10(19):12-132 Sinnadurai R., Khan M.K.A.A., Azri M., Vikneswaran, V. Development of white LED down light for indoor lightingC. Sustainable Utilization and Development in Engineering and Technology (STUDEN

36、T), Kuala Lumpur, 2012, 242 - 247 3 楼健人，沈勇，潘学冬. 加快发展杭州市半导体照明（LED）产业的建议J. 杭州科技，2008, 1: 33-354 江珊. 照明 LED 技术标准简述J.中国照明电器，2007, 2: 23-255 Park, Jin-Sung, Huh, Chang-Su S. A study on improved efficiency and cooling LED lighting using a seebeck effect. Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE), Ba

37、li,2012, 1-3 6 陈海明. 国外白光 LED 技术与产业现状及发展趋势J. 半导体技术，2010, 35(7): 623-6267 Joshi B C, Dhanavantri C, Kumar D. Sapphire, SiC, AlN, Si and diamond-substrate material for GaN HEMT and LEDJ. Journal of Optoelectroncis and Advanced Meterials 2009, 11(8):1111-1116.8 Ahmad I, Holtz M, Faleev N N, et al. Depen

38、dence of the stress-temperature coefficient on dislocation density in epitaxial GaN grown on alpha-Al2O3 and 6H-SiC substratesj. Journal of Applied Physics, 2004, 95(4):1692-1697.9 Nakamura S. The roles of structural imperfections in InGaN-Based blue light-emitting diodes and laser diodesJ. Science, 1998,281(5397):956-961.10 Gurnett K W. The light emitting diode(LED) and its applicationJ. Microelectronics Journal, 1996,27(4-5):R37-R41.11 West R S. Side emitting High Power LEDs and their application in illuminationJ. Solid State Lighting li, 2002,4776:171-175.12 Qzgui U, Hofst