目前国内能生产和加工碳化硅衬底的公司有北京天科合达蓝光半导体有限公司、山东天岳先进材料科技有限公司等,能提供硅衬底的有江西晶能光电有限公司。 据天岳总工程师高玉强介绍,碳化硅是一种宽带隙半导体材料山东天岳碳化硅材料,也是目前发展最为成熟的第三代半导体材料。它具有优良的热学、力学、化学和电学性质,不但是制作高温、高频、大功率电子器件的*材料之一,同时又可以用作基于氮化镓的蓝光发光二极管的衬底材料,可广泛应用在电力电子领域、微波器件领域和led光电子领域。宽带隙半导体材料碳化硅所制作的功率器件可以承受更高电源、更大电路、耗尽层可以做得更薄,因而工作速度更快、器件体积更小、重量更轻。其实在微波器件领域,碳化硅早在2006年就完全替代了蓝宝石作为氮化镓外延衬底。
“从材料性能上来讲碳化硅是非常优越的山东天岳晶体材料有限公司,它的禁带宽度是硅的3倍,饱和电子漂移速率高于硅2倍,临界击穿电场高于硅10倍,高于砷化镓5倍;热导率大于蓝宝石20倍山东天岳,是砷化镓的10倍;还有它的化学稳定性很好。”高玉强指出。另外,从结构上比较,蓝宝石不是半导体而是绝缘体,它只能做单面电极;碳化硅是导电的半导体,它可以做垂直结构。碳化硅衬底的导热性能要比蓝宝石高10倍以上。蓝宝石本身是热的不良导体,并且在制造器件时底部需要使用银胶固晶,这种银胶的传热性能也很差。而使用碳化硅衬底的芯片电极为l型,两个电极分布在器件的表面和底部,所产生的热量可以通过电极直接导出;同时这种衬底不需要电流扩散层,因此光不会被电流扩散层的材料吸收,这样又提高了出光效率。据了解,目前碳化硅衬底led最高流明效率可达254lm/w。
通俗来讲,led和半导体激光器等的发光部分的半导体层,是在基板上生长结晶而成。采用的基板根据led的发光波长不同而区分使用。如果是蓝色led和白色led等gan类半导体材料的led芯片,则使用蓝宝石、sic和si等作为基板,如果是红色led等采用alingap类材料的led芯片,则使用gaas等作为基板。
因led发光波长而使用不同基板的原因是为了选择与led发光部分——半导体结晶的晶格常数尽量接近的晶格常数的廉价基板材料。这样做晶格常数的差距(晶格失配)就会缩小,在半导体层中阻碍发光的结晶缺陷的可能性就会减少。而且能降低led芯片的单价。另外山东天岳先进材料科技有限公司,蓝紫色半导体激光器等电流密度和光输出密度较大的元件,则采用昂贵的gan基板。gan基板还用于部分蓝色led。
近年来,为了增加从led芯片中提取光线,在基板上形成半导体结晶层后,将基板张贴到其他基板上的技术已经实用化。在粘贴到其他基板上时,与半导体结晶层之间的界面上设置了光的反射层。反射层具有反射发光层朝向基板侧的光线,将其提取到led表面侧的效果。除了已用于红色led外,最近蓝色led等gan类半导体led芯片也扩大了采用。采用gan类半导体材料的led还有不张贴基板,使之保持剥离状态的方法。 这些方法在外形尺寸较大的led芯片上较为有效。大尺寸芯片存在着芯片内发生的光射出芯片外时的光径变长,导致光在这一过程中发生衰减的问题。该问题可通过张贴基板解决。
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