1、目 錄目 錄第一章第一章 引引 言言.11.1 LED 產業的發展及優勢.11.3 本文的研究意義 .2第二章第二章 GAN 基襯底基襯底 LED 外延技術的最新進展外延技術的最新進展.32.1 GAN 基 LED 襯底的選擇.32.2 SI襯底 GAN 基 LED 的生長方式.42.3 SI襯底 GAN 基 LED 面臨的問題.52.4 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究進展 .62.4.1 Si 襯底 GaN 器件的研究進展.62.4.2 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究進展 .72.5 本章小結.9參考文獻參考文獻.10第一章 引 言第一章 引 言1.1 LED 產業的發展及優

2、勢LED 產業的發展最初開始于 1907 年，科學家們發現，當半導體材料兩端加上電壓后能發光。20 世紀 60 年代，第一只用 GaAsP 制作的 LED 問世1。1968年，出現了第一批 LED 產品。20 世紀 70 年代，LED 得到了迅速的發展，其發光效率得到了迅速增加，顏色也出現了多樣化，包括綠光、黃光等。1996 年，第一只白光 LED 研制成功了，并于 1998 年出現第一批白光 LED 產品2。使得 LED產業從之前單純的標識顯示功能向應用性的照明功能邁出了意義重大的一步。LED 是世界照明工業一次全新的革命3。與其他傳統的照明燈相比，LED 具有下列顯著的優勢：1. 耗電量小

3、，綠色環保：LED 理論上實現了能耗降為白熾燈的 10%，熒光燈的 50%。壽命增加到熒光燈的 10 倍，白熾燈的 100 倍。而能源消耗中，人類照明消耗排名第二，約高達全部能源消耗的四分之一，但是如果傳統的白熾燈能夠用 LED 燈取代，那么照明損耗將減小到原來的 10%6，并且可以實現 CO2減排原來的 90%，這是最簡單而且最有效的節能減排手段。2. 壽命長，可靠耐用，維護費用低：LED 可以連續工作 10 萬小時，大功率LED 也可連續使用 5 萬小時以上，相比普通的白熾燈壽命長了約 100 倍。3. 點亮速度快：LED 在汽車信號燈等領域應用極為廣泛，這歸功于 LED 的響應速度極快。

4、因此，若在汽車上安裝高位 LED 剎車燈，可有效地減小交通事故的發生。4. 適用性極廣，易控制與管理：LED 燈的體積可以做得非常小，因此對各種設備的設計與布置而言更加方便，靈活，適用于各種各樣的場合。LED 燈既易于進行分散控制或者對點調節控制，也可進行集中性控制，可以通過 LED 控制電路方便地對其亮度進行調節，實現動態變化效果的控制。近十多年來，科學家們對 LED 研究的不懈努力，使得其發光效率在不斷提高，從最初的 51m/W，到現在實驗室的 2001 m/W 和商用的 1501m/W，LED 燈的發光效率早已高于熒光燈與白熾燈。目前，商用和民用市場均已經為大功率LDE 敞開了大門。早從

5、 2009 年開始，許多發達國家已經開始禁用白熾燈并提倡LED 外延技術的最新進展用 LED 燈取而代之，全球其它國家和地區政府也將在近幾年開始陸續用 LED 取代白熾燈。隨著大功率 LED 價格的不斷下降，發光效率的不斷提高，LED 將最終取代其他傳統的照明光源成為通用照明燈而進入千家萬戶。隨著各國對于環境保護的逐步重視，節能減排已經成為各個國家以及各級政府的工作重心，所以對于全球 LED 相關從業者和商家而言，眼前最大的商機就是利用各國的節能政策，把握住白熾燈向節能燈轉變的替換潮。大力推進 LED 產業的研制與發展，在很大程度上將大幅度減少環境污染和能源消耗，因此，對于世界和平以及各國可持

6、續發展具有戰略性的意義6。照明應用的巨大能量消耗是不容忽視的，即降低照明應用的能耗意義重大。有效的辦法是通過研究發光效率高的燈飾燈具，而 LED 燈優越的性能成為各商家研究和應用的重點。1.3 本文的研究意義LED（Light Emitting Diode，發光二極管）是由磷、氮等的 III-V 族化合物如砷化鎵（GaAs） 、磷化鎵（GaP） 、以及磷砷化鎵（GaAsP）等半導體制成的當前，LED 實現固態照明（SSL）受到了諸多因素的影響，最主要的是 LED亮度及其成本。雖然近十多年一直在致力于通過改善外延層生長工藝使得位錯密度得到了較大的改善，但位錯作為非輻射復合中心，對器件的光電性能具

7、有非常重要的影響9。目前，GaN 基 LED 主要采用異質外延 MOCVD 生長。最常用的襯底有藍寶石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三種7-8。獲得高質量的有源層的生長方法主要有金屬有機化學氣相淀積（MOCVD）與分子束外延（MBE） 。目前 InGaN 基 LED 通常在藍寶石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三種襯底上生長。GaN 與襯底間晶格和熱膨脹系數的不匹配導致了很高的位錯密度。外延材料為 LED 的核心部分，LED 的波長、亮度、正向電壓、光功率等主要光電參數基本上取決于外延材料。LED 外延技術是 LED 技術的核心，是半導體照明的關鍵技術所在。LED

8、 外延技術的研究最大限度的降低缺陷密度、提高晶體質量，是 LED 技術一直追求的目標。 第二章 GaN 基襯底 LED 外延技術的最新進展第二章 GaN 基襯底 LED 外延技術的最新進展隨著信息技術的發展，發光二極管（LED）在我們生活中扮演著重要的額角色，尤其是高亮度 LED，在許多場合較為常見。日光燈雖然效率比白熾燈高許多，但由于其發出的光閃爍和色調不柔和，在家庭照明中不受歡迎。而紅、綠、藍三基色 LED 組合，可以獲得更加有效、更令人滿意的光源。而 GaN 基 LED 從根本上解決了 LED 中紅綠藍三種基色中缺失藍色和綠色的問題，大大拓展了 LED 在各行的應用。GaN 基 LED

9、在照明、醫療器械、電子產品、汽車尾燈、路燈等各個領域應用十分廣泛10-11。各大生產商家都在大力開發對 LED 的研發力度，使得 LED 亮度更高，發光效率更高。2008 年 Gree 展出的 Xlamp MC-E LED，有冷白、中性白、暖白三種系列，250mA 下亮度分別為 456lm、376lm、350lm。童年，Epistar的實驗水平達 100lm/W，Philips 的水平為 115lm/W，Osran 為 136m/W。2010 年，Gree 宣布退出業界最亮、效率最高的發光二極管，350mA 下光效率為132lm/W。2.1 GaN 基 LED 襯底的選擇藍綠光 LED 主要由

10、寬禁帶半導體材料 GaN 基材料制備形成的，如GaN、AlGaN、InGaN 以及 AlInGaN。襯底材料的選擇對 GaN 晶體具有至關重要的影響，從而影響 LED 性能。襯底的選擇通常需要考慮晶格常數的匹配、熱膨脹系數的匹配、成本與晶體尺寸大小等等。最常用的襯底有藍寶石（Al2O3） 、硅（Si）和碳化硅（SiC）三種8-9。商用 GaN 材料的外延大部分采用藍寶石與碳化硅作為襯底。但二者由于成本高而且難以得到較大尺寸的單晶。因此研究們一直在尋找可以代替二者的襯底材料，其中藍寶石更加普遍，藍寶石和 GaN 一樣具有六方對稱型結構，而且高溫下也很穩定。制備工藝相對于 SiC 而言也較為穩定，

11、但是藍寶石不導電的特性使得垂直器件的制造基本不可能，而且導熱、晶格匹配等都讓藍寶石無法成為 GaN 最理想的襯底選擇。作為 GaN 的襯底選擇，SiC 明顯遠遠比藍寶石較為理想，首先 SiC 與 GaN 的晶格失配比只有 4%，而且 SiC 能導電更有利于器件的制作，并且在 SiC 襯底上已經獲得了高質量的 GaN 材料，LED 外延技術的最新進展但 SiC 較高的成本制約了其作為 GaN 襯底的發展。Si 相比于二者而言，具備成本、單晶尺寸大、導電性和導熱性好、各種制造技術較為成熟等特點。而且 Si 襯底上生長 GaN 薄膜有望實現光電子和微電子的集成。因此，Si 作為 GaN 薄膜襯底具有

12、重大的應用價值，Si 基 GaN 技術一旦成熟，將使得 GaN 基 LED 器件的應用大大拓寬。不論選擇何種沉底，襯底上的許多不足之處如晶體質量以及與 GaN 的結核性等可以通過適當的表面處理的到改善。例如，Hiroshi Amano 等人用 MOCVD 方法在藍寶石沉底與高溫 GaN 之間引入低溫緩沖層 AlN，能有效緩解藍寶石與GaN 之間的應力，一直裂紋，并且減小材料位錯密度，獲得如鏡面般的 GaN 薄膜，使得 GaN 膜的結構與性能得到顯著提高。H.Lahreche 等人用低壓 MOCVD在藍寶石上生長出了高質量的 GaN 層，運用了電解質做掩模材料，最優化的島狀橫向外延使得 GaN

13、材料的質量有了顯著提高。2.2 Si 襯底 GaN 基 LED 的生長方式GaN 基 LED 外延技術主要有三種：氫化物氣相外延（HVPE） 、金屬化學氣相淀積（MOCVD） 、分子束外延（MBE） 。金屬有機化學氣象淀積（MOCVD）最為常用。其基本原理是控制一定流量的載氣流過裝有金屬有機源鋼瓶，攜帶有飽和蒸汽壓的金屬有機源的各路氣流通入到一定溫度的襯底，在靠近襯底或者襯底表面的氣體薄層內反應沉積成膜。MOCVD 技術的主要缺點是：由于氨氣的高熱穩定性，為了熱分解氨氣必須對稱的進行高溫家人。但由于襯底存在熱失配，因此生長之后的冷卻會給外延層帶來較大的應變和缺陷。在高溫生長的條件下，GaN 不

14、可避免的分解為 Ga 和 N2，從而形成氮空位，使得生長出來的 GaN 外延層呈現 n 型導電。相對于 MBE 與 HVPE，MOCVD 的優勢在于它的生長速度快，容易實現規模化的生產。使得 MOCVD 成為各種化合物半導體薄膜生長的主流生長方式。分子束外延（MBE）是一種真空蒸發薄膜制備技術。在超高真空下，控制不同源的射束噴射到襯底表面，實現外延膜的逐層生長。缺點是生長速度較慢，不易實現批量生產。但其較慢的生長速度，使得 MBE 能很精確的控制薄膜的厚度，制作微結構方面應用較為廣泛，界面過渡十分陡峭12。為了降低沉底溫度以及對H 可以自由處理，許多研究者把 GaN 生長的注意力轉移向了對 M

15、BE 的探索，尤第二章 GaN 基襯底 LED 外延技術的最新進展其是當 N 元素可以通過使用 ECR 方法離解 N2來獲得以后。目前 MBE 生長 GaN面臨的主要問題是生長速率過慢，由于 LED 器件的外延層較厚，生長時間過長，不能進行大規模生產。此外，由于深能級補償，MBE 生長獲得的 GaN 表面為絕緣-半導體特性。HVPE 生長方式在 GaN 材料的發展中起到了十分重要的作用，早前，都采用HVPE 來生長 GaN。但采用 HVPE 得到的 GaN 存在很高的本底載流子濃度，使得 p 型 GaN 的研究無法進行。從而逐漸被 MOCVD 取代。HVPE 以 GaCl3和NH3作為生長源，

16、生長速度很快，可到到每小時幾十位微米，十分食欲 GaN 的橫向外延生長以及提供厚的自支撐 GaN 沉底，HVPE 的缺陷是，由于生長過程很快，無法對膜的厚度進行精確的控制，此外，反應氣體對設備的腐蝕性嚴重影響了GaN 材料純度的提高。2.3 Si 襯底 GaN 基 LED 面臨的問題Si 襯底 GaN 基 LED 雖然具有較大的優勢，但是，在工藝上仍然存在很多困難。首先，Si 與 GaN 具有較大的晶格失配和熱失配系數，失配比分別約為 17%和 56%，比藍寶石和碳化硅均較大。晶格失配的主要問題是在外延過程中引入位錯，影響薄膜的質量。更糟糕的是 56%的熱失配系數，Si 和 GaN 兩種材料之

17、間熱膨脹系數的巨大差異使得 GaN 材料在外延過程中由高溫降至室溫時，內應力會造成嚴重的“龜裂”現象。這是 Si 襯底外延 GaN 基 LED 一直受阻的原因。此外，由于 Si-N 的鍵能很大，Si 襯底遇活性 N 易形成無定性的 SiNx，影響GaN 的生長質量。再者，Ga 滴回熔效應，即 Ga 滴與 Si 形成合金19，會快速服飾 Si 襯底與外延層。在此后近 20 年 Si 襯底 GaN 都沒什么長進。直到緩沖層的引入才使得 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究活躍起來。因此，緩沖層一直是 Si 襯底GaN 基 LED 器件的研究重點。而針對 SiN 的形成，用 MBE 方法生長 Ga

18、N 一般采用在生長 AlN 緩沖層之前在 Si 襯底上鋪 Al 或者 Al 源與氨氣交替通入來避免，此技術可以在界面抑制無定型氮化硅的形成，并促進 GaN 的二維生長。用 MBE在 Si（111）襯底上直接生長 GaN 會在 GaN/Si 界面形成無定型 SixNy層，并促使生長的 GaN 外延層 為多晶。為了得到高質量的 GaN，緩沖層成了研究熱點，通過合理的控制生長條件，抑制氮化硅的形成等等，最終得到了無龜裂的外延層。插入緩沖層和掩模技術是解決龜裂的兩種主要方法，緩沖層主要有低溫 AlN 插入LED 外延技術的最新進展層、AlGaN 緩沖層、組份漸變 AlGaN 緩沖層、AlN/GaN 超

19、晶格緩沖層、3C-SiC和 AlN 復合緩沖層。掩模技術包括 SiO2掩模技術與 SixNy掩模技術。2.4 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究進展2.4.1 Si 襯底 GaN 器件的研究進展Manasevit 等人首次對 Si 襯底的氮化物生長進行了研究，1971 年，首次在Si（111）襯底上用 MOVPE 的方法生長 AlN。但是當時 Si 襯底上生長 GaN 存在很多問題，嚴重的晶格失配在薄膜中引入了大量的位錯。其次，巨大的熱失配使得生長降溫時，薄膜中產生很大的張應力，從而導致龜裂。再者，Si-N 鍵能很大，因此 Si 遇到活性 N 時很容易形成無定形的 SiNx，對薄膜質量影響

20、嚴重13。接下來的近 20 年，Si 襯底的氮化物生長基本沒有取得任何進展。直到藍寶石襯底上引入低溫緩沖層后使得 GaN 薄膜的質量得到了很大的改善以及對 p 型 GaN 的成功研制后，Si 襯底 GaN 材料的研究才開始開展起來。Gahu 等人用 MBE 獲得了第一支 Si 襯底 GaN 基 LED 以后，研究者們對 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究引起了進一步的關注。針對 Si 與 GaN 之間存在的各種問題，研究者們開始了對 Si 襯底緩沖層的研究如 AlAs，GaAs，AlN，HfN，ZnO。GaN 的質量強烈依賴于緩沖層的性能，因此對于緩沖層的研究一直是 Si 襯底 GaN 的

21、重點。對于無定形的 SiNx，用 MBE 方法生長 GaN 一般采用在生長 AlN 緩沖層錢在Si 襯底上鋪 Al 或者 Al 源與 NH3交替通入來避免14-15，此技術可以在界面一直SiNx的行成，并促進 GaN 的二維生長。S.A.Nikishin 等采用氣源 MBE 技術生長高質量的 GaN，用 AlN 作為緩沖層，通過合理控制生長條件，抑制 SiNx的行成，同事在 AlN 上生長 GaN/AlGaN 超晶格，得到了無龜裂的 GaN 層。MOCVD 生長中，高溫生長 AlN 緩沖層比低溫生長的 AlN 更利于 GaN 二維生長。但 GaN 與 Si襯底之間巨大的熱膨脹系數差使外延膜處于

22、張應力狀態，這就使 GaN 在降溫過程中容易產生裂紋。Follstaedt 等人用 MOCVD 技術在 1080oC 生長的 AlN 緩沖層上生長 2.2um 的 GaN 薄膜，表面光亮平整，但在降溫過程中表面產生了龜裂。對于龜裂，研究者們采用了各種方法。例如低溫插入 AlN 緩沖層、AlGaN 緩沖層、組分漸變 AlGaN 緩沖層、AlN/GaN 超晶格緩沖層、SixNy掩膜技術、SiO2掩膜技術等等。第二章 GaN 基襯底 LED 外延技術的最新進展2.4.2 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究進展GaN 基 LED 的研究最初開始于 20 世紀 60 年代，作為最早生產彩色電視機的公

23、司之一，美國廣播公司（Radio Corporation oa America）的工程師 Paul Maruska 使用 HVPE 方法在藍寶石才襯底上上第一次得到了 GaN 單晶薄膜。隨后的十幾年里，對 GaN 基 LED 的研究幾乎陷入了停頓狀態。直到 1986 年，Amano引入低溫緩沖層提高 GaN 晶體質量，在藍寶石上獲得了表面光滑的高質量 GaN薄膜。之后，相繼開發了藍光以及藍綠光 LED，開展了對 Si 襯底 GaN 基 LED 的研究，Si 襯底 GaN 基 LED 因其大尺寸、低成本等優勢成為了研究熱點。1998 年，IBM 公司的 Guha 等人首次用 MBE 生長方式在

24、n 型 Si 襯底上第一次制備出了 GaN 基紫外及紫色 LED，該 LED 由 n-AlxGa1-xN、6nmGaN、p- AlxGa1-xN、15nmp-GaN 組成，其發光波長分別為 360nm 和 420nm，電壓為 12V時，正向電流 14-65mA16。1999 年，Tran 等人用 MOVPE 技術在 Si（111）襯底上生長出了藍光 LED，該 LED 為 InGaN/GaN 多量子阱（MQW）結構，該 LED 器件在 4V 時開始發光，發光波長為 465nm，工作電壓為 8 時，工作電流為 20mA。薄膜片存在裂紋。在反向偏置 10V 時，其反向漏電流為 60uA17。200

25、0 年，J.W.Yang, A.Lunev 等人用 MBE 與 MOVPE 相結合的方式生長了用 10nm 的 AlN 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 器件為 0.2um n+-GaN、50nm n-GaN/4QW(3nm In0.22Ga0.78N/3nmGaN)/0.15um p-GaN 結構，外延片存在少量裂紋，工作電壓 10V 時，串聯電阻約 250 歐18。具體方法是先用 MBE 在 Si（111）襯底上生長 AlN 緩沖層，然后用 MOVPE 方法再生長 0.2um 的摻雜硅 GaN，接著沉積 0.2um 厚的 SiO2掩模層，并用光刻開出 300umx300um 的窗口，

26、再用 MOVPE方式進行選區生長，生長的 In0.22Ga0.78N/GaN 量子阱 LED 外延片厚度小于 1um。外延片裂紋密度與在平面 SiC 襯底上生長的相似結構相當。在選區生長的MQWLED 結構上面采用 Pd/Au 作為透明電極，n 型電極則從 Si（111）襯底背面引出。該材料制成的 LED 峰值波長為 465nm，半高寬為 40nm。正向開啟電壓為3.2V。正向微分電阻約為 250 歐，該值大約比藍寶石襯底上高質量 LED 的大 4 倍。P 型摻雜濃度低、p 型接觸不良、AlN/Si 界面微分電阻及來自 SiO2掩模中的 Si 補償摻雜可能是正向微分電阻很高的原因。另外他們也給

27、出了其 LED 在不同溫度下的 I-V 特性曲線，測試的最高溫度達到 250 攝氏度，這說明在 Si（111）襯底上已經 獲得了性能較穩定的 GaN 基 LED。LED 外延技術的最新進展2000 年，M.Adachi, N.Nishikawa 等人用 MOVPE 生長方式獲得了用 120nm的 AlN 以及 380nm 的 Al0.27Ga0.73N 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 器件的結果由 4um n-GaN、3QW(3nm Ga0.87In0.13N/5nm Ga0.99In0.01N)、2nm p-Al0.15Ga0.85N、100nm p-GaN 組成。外延片存在少許裂紋

28、，工作電壓大于 8V，同側電極及上下電極結構的串聯電阻分別問 200 歐及 1000 歐19。他們采用常壓MOCVD 技術生長 Si 襯底 GaN 基 LED，用2001 年，E.Feltin, S.Dalmasso 等人用 MOVPE 生長方式獲得了用 AlN 以及超晶格 AlN/GaN 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 器件的外延片存在龜裂，工作電壓約為 10.7V，串聯電阻 150 歐20。他們采用 AlN/AlGaN 緩沖層來減少應力，獲得了裂紋較少的 LED 外延片，LED 外延片的光致發光峰值波長為 430nm，半高寬為 18nm。對于同側電極與上下電極兩種結構的 LED，閾

29、值電壓均為 3V，這與藍寶石襯底上的 GaN 基 LED 的相當，而串聯電阻則分別為 200 歐和 1000 歐，這都大于藍寶石襯底上的 GaN 基 LED 結構。高阻的原因之一是因為 Si 襯底 GaN基 LED 結構的 p 型 GaN 質量不高，上下電極結構電阻比同側電極結構高出許多的原因有可能是 AlN/AlGaN 緩沖曾高阻引起的。2001 年，A.Dadgar, A.Alam 等人采用 MOVPE 方式獲得了用 30nm 的 AlN 以及 0.2um n-GaN/AlGaN 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 器件同樣為量子阱結構，外延片存在龜裂，工作電壓為 4.5-6.5V，串

30、聯電阻約為 80-130 歐21。其 LED 器件為上下結構，閾值電壓為 2.5V，這與藍寶石襯底上 GaN 基 LED 的相當，工作電流為 20mA，器件的工作電壓在 4.5-6.5V 之間，其串聯電阻在 80-130 歐之間。但該方法制備的 LED 期間存在龜裂，為解決 Si 襯底 GaN 存在龜裂的問題，它們采用了兩種方法，一種是圖形技術：先在 Si 襯底上用 SixNy 掩模，后用標準的光刻技術及濕法刻蝕的方法在其上開出 100 x100um2的窗口，然后在窗口區進行材料生長，用該方法得到了厚達 3.6um，無龜裂的多量子阱 LED 結構外延層，用這種方法制備的 LED 輸出功率約為

31、100uW，開啟電壓為 3.2V，串聯電阻為 350 歐。2002 年，T.Egawa, B.Zhang 等人用 MOCVD 方式獲得了用 120nm 的 AlN 以及 380nm 的 Al0.27Ga0.73N 作為緩沖層的 LED 器件，LED 外延片無龜裂，工作電壓約為 7V，串聯電阻為 100 歐，輸出功率為 20uW22。2002 年，T.Egawa， T.Moku 等人用 MOCVD 方式獲得了用 3nm AlN 以及AlN/GaN 作為緩沖層的 LED 器件，LED 外延片無龜裂，工作電壓為 4.1V，串聯電阻約為 30 歐，輸出功率為 18uW23。第二章 GaN 基襯底 LE

32、D 外延技術的最新進展2002 年，A.Dadgar, M.Poschenrieder 等人用 MOCVD 獲得了用 20nm AlN/0.5um n-GaN/10-15nm T-AlN/n-GaN/LT-AlN/in itu SixNy掩膜/0.2um GaN 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 外延片無龜裂，工作電壓約為 4-5V，串聯電阻約為55 歐，輸出功率為 152uW24。2003 年，B.J.Zhang, T.Egawa 等人用 MOCVD 獲得了用 2.5nm AlN/30nm Al0.3Ga0.7N/20(5nmAlN/20nm GaN)作為緩沖層的 LED 器件，該 L

33、ED 外延片無龜裂現象，為同側電極及上下電極結構，工作電壓分別人 3.7V 及 4.2V，串聯電阻分別為 33 歐和 42 歐，輸出功率分別為 34.7uW 和 34.4uW25。2005 年，T.Egawa 等人利用 MOCVD 生長方式獲得了以高溫 thin AlN/n-AlGaN/AlN-GaN multilayer 作為緩沖層 LED 器件，該 LED 工作電壓約為 3.8-4.1V，藍光輸出功率為 1.5-2mW26，外延片無裂痕。香港科技大學對 Si 襯底 GaN 基 LED 外延技術的研究也較為成熟，采用MOCVD 生長方式生長出了用 HT-AlN nuclear layer/S

34、iNx,HT-AlN interlayer 作為緩沖層的 LED 器件，該 LED 器件工作電壓為 4.3V，輸出功率為 0.7mW，外延片無裂痕。2.5 本章小結由本章以上四節可知，人們對 GaN 基 LED 器件做了大量的研究工作，在先進制備技術的基礎上，GaN 基 LED 研制成功了，其中藍寶石襯底的 LED 已經進入了商品化，但作為襯底材料，藍寶石還不是很理想，其價格昂貴、硬度高、不導電、不易進行切割，因為器件制作工藝復雜。而 Si 襯底，可以解決藍寶石的問題。因為本章主要對 Si 襯底 GaN 基 LED 器件的發展進行了闡述。雖然Si（111）襯底 GaN 基 LED 的質量的到了

35、很大的提高，但生長無龜裂的 GaN 外延膜，其厚度收到了限制，其應力釋放機理有待進一步研究。LED 外延技術的最新進展參考文獻1 付賢政. 高亮度 LED 綜述J .中國西部科技，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 樓健人，沈勇，潘學冬. 加快發展杭州市半導體照明（LED）產業的建議J. 杭州科技，2008, 1: 33-354 江珊. 照明 LED 技術標準簡述J.中國照明電器，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 陳海明. 國外白光 LED 技術與產業現狀及發展趨勢J. 半導體技術，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