图形化蓝宝石衬底技术综述_汪明刚.pdf

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1、激光与光电子学进展４９，０８０００５（２０１２）Ｌａｓｅｒ＆ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｇｒｅｓｓ○Ｃ２０１２《中国激光》杂志社图形化蓝宝石衬底技术综述汪明刚杨威风胡冬冬李超波＊夏洋（中国科学院微电子研究所中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室，北京１０００２９）摘要采用图形化蓝宝石衬底（ＰＳＳ）技术可以降低ＧａＮ外延层材料位错密度，提高了发光二极管（ＬＥＤ）的内量子效率（ＩＱＥ），同时使ＬＥＤ光析出率（ＬＥＥ）提高。基于ＰＳＳ技术可以制作高效ＧａＮ基高亮度ＬＥＤ。基于已公开发表文献对用于高效ＬＥＤ制作的ＰＳＳ技术做了综述，介绍了ＰＳＳ技术演化、ＰＳＳ的制作方法与主要

2、的图形结构、ＰＳＳ上ＧａＮ外延层生长机制以及ＰＳＳ对ＬＥＤ性能的影响。ＰＳＳ结构对ＬＥＤ的ＩＱＥ与ＬＥＥ均有提高，但对二者哪个提高更为有效没有定论，最近的研究结果倾向于以为对ＬＥＥ提高更为有效。ＰＳＳ对ＬＥＤ的ＩＱＥ与ＬＥＥ提高的机制目前并不是非常清楚，对公开发表的ＰＳＳ对ＬＥＥ的提高机制提出了不同看法。不同ＰＳＳ结构与尺寸对ＧａＮ质量以及ＬＥＤ性能的影响方面的研究目前还非常缺乏。关键词材料；图形化蓝宝石衬底；发光二极管；内量子效率；ＧａＮ外延生长；光析出率中图分类号Ｏ４７文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ４９．０８０００５ＰａｔｔｅｒｎｅｄＳａｐｐｈｉｒｅＳｕｂｓｔｒ

3、ａｔｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅ：ＡＲｅｖｉｅｗＷａｎｇＭｉｎｇｇａｎｇＹａｎｇＷｅｉｆｅｎｇＨｕＤｏｎｇｄｏｎｇＬｉＣｈａｏｂｏＸｉａＹａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｐａｔｔｅｒｎｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ（ＰＳＳ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｒｅａｄｉｎｇｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓｄｅｎｓｉｔｙ（ＴＤ）

4、ｉｎＧａＮｅｐｉｌａｙｅｒｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（ＩＱＥ）ａｓｗｅｌｌａｓｌｉｇｈｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（ＬＥＥ）ｏｆｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）ｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＨｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔＬＥＤｂａｓｅｄｏｎＧａＮｃａｎｂｅｇｒｏｗｎｏｎｐａｔｔｅｒｎｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ．ＡｒｅｖｉｅｗｏｆＰＳＳｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｇｉｖｅｎｂａｓｅｄｏｎｐｕｂｌｉｓｈｅｄｐａｐｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰＳＳｔｅｃｈｎｉｑｕ

5、ｅ，ｉｔｓｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐａｔｔｅｒｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｃｅｓｓｏｆＧａＮｅｐｉｌａｙｅｒｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＬＥＤｏｎＰＳＳ．ＩＱＥａｎｄＬＥＥｃａｎｂｏｔｈｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙＰＳＳ，ｂｕｔｉｔｉｓｕｎｋｎｏｗｎｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｒｏｍＩＱＥｏｒＬＥＥａｃｈｉｅｖｅｄｂｙＰＳＳｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌ．ＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＩＱＥａｎｄＬＥＥｉｓｎｏｔｖｅｒｙｃｌｅａｒ，ｗｈｉｌｅａｒｇｕｍｅｎｔｓａｂｏｕｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｐｕｂｌ

6、ｉｓｈｅｄｐａｐｅｒｓａｒｅｇｉｖｅｎ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＰＳＳｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｓｉｚｅｓｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆＧａＮａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＬＥＤａｒｅｎｏｔｗｅｌｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｙｅｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｐａｔｔｅｒｎｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ；ｉｎｔｅｒｎａｌｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ＧａＮｅｐｉｔａｘｙｇｒｏｗｔｈ；ｌｉｇｈｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１６０．４６７０；２３０．２０９０；２３０．３６７０

7、１引言［１］氮化镓（ＧａＮ）基高亮度发光二极管（ＨＢ－ＬＥＤ）具有广泛用途，特别是因在固态照明方面的应用前景［２～８］而迅速发展。虽然ＨＢ－ＬＥＤ已经商业化，但由于ＬＥＤ内量子效率（ＩＱＥ）与光析出率（ＬＥＥ）限制，制作［９］高效ＨＢ－ＬＥＤ仍然困难。制约ＩＱＥ提高的因素为ＧａＮ外延层与蓝宝石（Ａｌ２Ｏ３）外延衬底之间存在约［１０］［１１］８１６％的晶格失配度和约２６％的热膨胀系数失配度，因而平面蓝宝石衬底上ＧａＮ外延层内存在１０～收稿日期：２０１２－０２－２８；收到修改稿日期：２０１２－０