Il materiale del substrato è la pietra angolare dello sviluppo tecnologico dell'industria dell'illuminazione a semiconduttori. Diversi materiali di substrato, la necessità di una diversa tecnologia di crescita epitassiale, la tecnologia di elaborazione dei chip e la tecnologia di packaging dei dispositivi, il materiale del substrato determina lo sviluppo della tecnologia di illuminazione a semiconduttori.
La scelta del materiale del substrato dipende principalmente dai seguenti nove aspetti:
Le buone caratteristiche strutturali, il materiale epitassiale e la struttura a cristallo del substrato dello stesso o simile, il grado di mismatch costante della grata è piccola, buona cristallinità, la densità di difetto è piccola
Buone caratteristiche dell'interfaccia, favoriscono la nucleazione epitassiale e la forte adesione
La stabilità chimica è buona, nella crescita epitassiale della temperatura e l'atmosfera non è facile da abbattere e dalla corrosione
Buone prestazioni termiche, compresa una buona conducibilità termica e resistenza termica
Buona conduttività, può essere costituita su e giù struttura
Buone prestazioni ottiche, il tessuto prodotto dalla luce emessa dal substrato è piccolo
Buone proprietà meccaniche, facile elaborazione del dispositivo, incluso il taglio, la lucidatura e il taglio
Prezzo basso
Grandi dimensioni, generalmente richiede un diametro di non meno di 2 pollici
La scelta del substrato per soddisfare i nove aspetti precedenti è molto difficile. Pertanto, attualmente solo attraverso i cambiamenti tecnologici di crescita epitassiale e la tecnologia di elaborazione dei dispositivi per adattarsi a diversi substrati sulla ricerca e lo sviluppo e la produzione del dispositivo semiconduttore. Ci sono molti substrati per nitruro di gallio, ma ci sono solo due substrati che possono essere utilizzati per la produzione, vale a dire zaffiro Al2O3 e substrati SiC di carburo di silicio. Tabella 2-4 confronta qualitativamente le prestazioni di cinque substrati per la crescita del nitruro di gallio.
La valutazione del materiale del substrato deve tener conto dei seguenti fattori:
La struttura del substrato e la corrispondenza epitassiale del film: il materiale epitassiale e la struttura di cristallo del materiale del substrato dello stesso o simile, la reticolazione costante della grata, piccola cristallinità, la densità di difetto è bassa;
Il coefficiente di espansione termica del substrato e la corrispondenza della pellicola epitassiale: il coefficiente di espansione termica della corrispondenza è molto importante, il film epitassiale e il materiale del substrato nella differenza di coefficiente di espansione termica non è solo possibile ridurre la qualità del film epitassiale, ma anche nel processo di lavoro del dispositivo, a causa del calore causato Danno al dispositivo;
La stabilità chimica del substrato e la corrispondenza del film epitassiale: il materiale del substrato dovrebbe avere una buona stabilità chimica, nella temperatura di crescita epitassiale e l'atmosfera non è facile da abbattere e la corrosione, non può essere causa della reazione chimica con il film epitassiale per ridurre la qualità del film epitassiale;
Preparazione materiale del grado di difficoltà e del livello di costo: tenendo conto delle esigenze dello sviluppo industriale, dei requisiti di preparazione dei materiali del substrato semplice, il costo non dovrebbe essere elevato. Il formato del substrato è generalmente non inferiore a 2 pollici.
Attualmente sono presenti più materiali di substrato per i LED a base di GaN, ma attualmente esistono solo due substrati che possono essere utilizzati per la commercializzazione, vale a dire substrati di zaffiro e carburo di silicio. Altri quali il substrato di GaN, Si, ZnO è ancora in fase di sviluppo, c'è ancora qualche distanza dall'industrializzazione.
Nitruro di gallio:
Il substrato ideale per la crescita di GaN è il materiale monocristallino GaN, che può migliorare notevolmente la qualità del cristallo del film epitassiale, ridurre la densità della dislocazione, migliorare la durata lavorativa del dispositivo, migliorare l'efficienza luminosa e migliorare la densità di corrente di lavoro del dispositivo. Tuttavia, la preparazione del GaN singolo è molto difficile, finora non esiste un modo efficace.
Ossido di zinco:
ZnO è stato in grado di diventare substrato epitassiale di GaN, perché i due hanno una somiglianza molto suggestiva. Entrambe le strutture cristalline sono le stesse, il riconoscimento della grata è molto piccolo, la larghezza della banda proibita è vicina (la banda con valore discontinuo è piccolo, la barriera di contatto è piccola). Tuttavia, la debolezza fatale di ZnO come substrato epitassiale di GaN è facile da decomporre e corrodere alla temperatura e all'atmosfera della crescita epitassiale di GaN. Allo stato attuale, i materiali semiconduttori ZnO non possono essere utilizzati per la produzione di dispositivi optoelettronici o dispositivi elettronici a temperatura elevata, soprattutto la qualità del materiale non raggiunge il livello dell'apparecchio ei problemi di doping del tipo P non sono stati veramente risolti, adatti a ZnO l'apparecchiatura di crescita dei materiali semiconduttori non è ancora stata sviluppata con successo.
S apphire:
Il substrato più comune per la crescita di GaN è Al2O3. I suoi vantaggi sono una buona stabilità chimica, non assorbono la luce visibile, la tecnologia a prezzi accessibili è abbastanza matura. Scarsa conducibilità termica Anche se il dispositivo non è esposto nel piccolo lavoro attuale non è abbastanza ovvio, ma nel potere di dispositivo ad alta corrente sotto il lavoro del problema è molto importante.
Carburo di silicio:
SiC come materiale di substrato ampiamente usato nel zaffiro, non esiste terzo substrato per la produzione commerciale di GaN LED. Il substrato SiC ha una buona stabilità chimica, una buona conducibilità elettrica, una buona conducibilità termica, non assorbe la luce visibile, ma la mancanza di aspetti è anche molto importante, come il prezzo è troppo alto, la qualità del cristallo è difficile da raggiungere Al2O3 e Si così buona prestazione meccanica di elaborazione è scarsa, Inoltre, assorbimento del substrato di SiC di 380 nm sotto la luce UV, non adatto per lo sviluppo di LED UV inferiori a 380 nm. A causa della conducibilità vantaggiosa e della conducibilità termica del substrato SiC, può risolvere il problema della dissipazione del calore del dispositivo di potenza GaN LED, quindi svolge un ruolo importante nella tecnologia di illuminazione a semiconduttori.
Rispetto alla zaffiro, è migliorata la corrispondenza dei reticoli epitassiali del film SiC e GaN. Inoltre, il SiC ha una proprietà luminescenti blu e un materiale a basso tenore di resistenza, può realizzare elettrodi, in modo che il dispositivo prima dell'imballaggio del film epitassiale sia completamente testato per migliorare il SiC come competitività del materiale di substrato. Poiché la struttura stratificata di SiC è facilmente sbarrata, si può ottenere una superficie di scissione di alta qualità tra il substrato e il film epitassiale, che semplifica notevolmente la struttura del dispositivo; ma allo stesso tempo, grazie alla sua struttura stratificata, il film epitassiale introduce un gran numero di passi difettosi.
L'obiettivo di raggiungere l'efficienza luminosa è quello di sperare per il GaN del substrato GaN, per ottenere il basso costo, ma anche attraverso il substrato GaN per portare a un'alta potenza efficiente e larga, la singola lampada ad alta potenza da raggiungere, nonché la semplificazione tecnologica guidata e il rendimento migliora. Una volta che l'illuminazione a semiconduttori è diventata una realtà, il suo significato tanto quanto Edison ha inventato l'incandescenza. Una volta nel substrato e in altre aree tecnologiche chiave per ottenere una svolta, il suo processo di industrializzazione sarà fatto un rapido sviluppo.
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