LED硅衬底有什么优点

LED芯片采用硅（Si）作为衬底，具有晶体质量高，尺寸大，易加工，导电性、导热性和热稳定性较好等很多优点，但是其最大的优点主要在于LED的制造成本将大大降低。这是因为Si衬底本身的价格比目前使用的蓝宝石和SiC衬底便宜很多，而且可以使用比蓝宝石和SiC衬底的尺寸更大的衬底，而且可以使用比蓝宝石和SiC衬底的尺寸更大的衬底以提高MOCVD的利用率，从而提高管芯出光率。
硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（水平接触）和V接触（垂直接触）。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以横向流动，也可以纵向流动。由于电流可以纵向流动，所以增大了LED的发光面积，从而提高了LED的发光效率。又因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。由于目前GaAs工业正从4英寸过渡到6英寸，故淘汰下来的4英寸工艺线正好可以用在硅衬底的GaN LED生产上。据日本Sanken电气公司的估计，使用硅衬底制作蓝光GaN LED的制造成本将比蓝宝石衬底和SiC衬底低90%。
与蓝宝石和SiC相比，在Si衬底上生长GaN更为困难，这是因为Si和GaN两者之间的热失配和晶格失配更大。Si与GaN的热膨胀系数差别将导致GaN膜出现龟裂，晶格常数差会在GaN外延层中造成高的位错密度。GaN LED还可能因为Si与GaN之间有0.5V的异质势垒而使开启电压升高、晶体完整性变差，从而造成P-型掺杂效率低，串联电阻增大。使用Si衬底的另一个不利之处是，硅吸收可见光会降低LED的外量子效率。
目前，硅衬底技术依然处于研发阶段，还没有实现产业化。
为了在Si上面制造出性能好的GaN LED，首先要解决的是如何在Si上生长出高质量的无龟裂的GaN外延层的问题。现在主要的生长方法是MOCVD或是MBE。无论采用哪种生长方法在Si上生长GaN外延层，均需要使用缓冲层技术。目前已经报道了多种缓冲层技术，其中包括AIN/3C-SiC（淀积的或转化的SiC膜），GaAs，AlAs，ZnO，LiGaO₂，或是复合缓冲层，如AlN/3C-SiC，AlN/GaN/AlN等。AlN是目前较为普遍使用的缓冲层技术之一。据报道，Liaw等人采用转化的SiC膜加氮化铝复合缓冲层技术已经可以在4英寸的Si(111)衬底上生长出1.5mm厚的无龟裂的GaN的外延层来了。
日本三垦（Sanken）电气公司与名古屋工业大学联合开发出用AlN/GaN缓冲层缓解因热膨胀系数不同而产生的热应力，进而控制了龟裂的发生。值得指出的是三垦电气在生长缓冲层前，首先对硅衬底进行了处理，使硅表面上覆以氢（H），这样就得到了不含氧的，适于“低温缓冲层”生长所需要的清洁平坦的硅表面，并且使发光层内的晶体缺陷密度减少到109个/cm²。
为了降低外延层中的位错密度，选择外延生长工艺也被应用Si生长GaN中来，包括横向选择外延和悬重外延生长。