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用于氮化鎵研究的襯底材料比較多,但是能用于生產(chǎn)的目前只有兩種,即藍(lán)寶石(A1203)和碳化硅(SiC)襯底,。
(1)氮化鎵襯底
用于氮化鎵生長的最理想的襯底是氮化鎵單晶材料,它可以大大提高外延片膜的晶體品質(zhì),降低位元錯(cuò)密度,提高器件工作壽命,提高發(fā)光效率,提高器件工作電流密度,。可是,制備氮化鎵體單晶材料非常困難,到目前為止尚未有行之有效的辦法,。有研究人員通過HⅤPE方法在其他襯底(如A1203,、SiC,、LCO)上生長氮化鎵厚膜,然后通過剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)襯底和氮化鎵厚膜的分離,分離后的氮化鎵厚膜可作為外延用的襯底,。氮化鎵厚膜的優(yōu)點(diǎn)非常明顯,即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位元錯(cuò)密度,比在A1203、SiC上外延的氮化鎵薄膜的位元錯(cuò)密度低,。但其價(jià)格昂貴,因而氮化鎵厚膜作為半導(dǎo)體照明的襯底應(yīng)用受到了限制,。
(2)藍(lán)寶石襯底
目前用于氮化鎵生長的最普遍的襯底是A1203,其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好,不吸收可見光,價(jià)格適中,制造技術(shù)相對成熟。但是,其導(dǎo)熱性差,尤其在功率型器件大電流工作時(shí),。
(3)SiC襯底
除了A1203襯底外,目前用于氮化鎵生長襯底的是SiC,。SiC有許多突出的優(yōu)點(diǎn),如化學(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,但其價(jià)格太高、晶體品質(zhì)難以達(dá)到A1203和Si的水平,、機(jī)械加工性能比較差,。另外,SiC襯底吸收380mm以下的紫外光因此不適合用來研發(fā)380mm以下的紫外LED。由于SC:襯底具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能,所以不需要像A1203襯底上的功率型氮化鎵LED那樣采用倒裝焊技術(shù)解決散熱問題而采用上下電極結(jié)構(gòu),。
(4)Si襯底
在硅襯底上制備發(fā)光二極體是夢寐以求的一件事情,因?yàn)橥庋悠L成本和器件加工成本將大幅度下降,。Si片作為GaN材料的襯底有許多優(yōu)點(diǎn),如晶體品質(zhì)高,尺寸大,成本低,易加工,導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性良好等,。然而,由于GaN外延層與Si襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配,以及在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化硅,所以在Si襯底上很難得到無龜裂的器件級品質(zhì)的GaN材料,。另外,由于硅襯底對光的吸收嚴(yán)重,所以LED出光效率低。
(5)ZnO襯底
ZnO可作為GaN外延片的候選襯底,因?yàn)閮烧呔哂畜@人的相似之處,。ZnO作為GaN外延襯底的致命弱點(diǎn)是在CaN外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕,。但是,ZnO本身是一種有潛力的發(fā)光材料。znO的禁帶寬度為3-37eV,屬直接帶隙,與CaN,、SiC,、金剛石等禁帶寬度較寬的半導(dǎo)體材料相比,它在380nm附近的紫光波段的發(fā)展?jié)摿ψ畲?是高效紫光發(fā)光器件、低閾值紫光半導(dǎo)體鐳射器的候選材料,。ZnO材料的生長非常安全,可以用水為氧源,用有機(jī)金屬鋅為鋅源,。
(6)ZnSe襯底
有人使用MBE在Zse襯底上生長 nCdS/ ZnSe等材料,用于藍(lán)光和綠光LED器件但是并沒有推廣,因?yàn)槠浒l(fā)光效率較低,而且自補(bǔ)償效應(yīng)的影響使其性能不穩(wěn)定,器件壽命較短。