衬底材料的性能要求

　　衬底材料是氮化镓外延膜生长的基础，同时又是构成LED器件的主要组成。衬底材料表面粗糙度、热膨胀系数、热传导系数、与外延材料间晶格匹配程度等指标深刻影响着所生产高亮度LED的发光效率与稳定性。表1展示了合格的衬底材料所要考察的性能要求及其解释。

　　常见衬底材料的性能对比

　　目前，常见的衬底材料有蓝宝石（Al2O3）、单晶硅和碳化硅。碳化硅具有多种晶型，可分为三大类：立方型（如3C-SiC）、六角型（如4H-SiC）和菱形（如15R-SiC），其中4H-SiC和6H-SiC主要用作氮化镓衬底。其主要性质参见表2。

表2 常见衬底材料主要性质

（数据来源：GaN基发光二极管衬底材料的研究进展）

　　让我们对比蓝宝石、Si、SiC。

　　失配方面。对于GaN晶格失配率，蓝宝石为13.9％，Si为16.9％，而SiC仅为3.4％；热失配率，蓝宝石为30.3％，Si为53.5％，SiC仅有15.9％。因此，就晶体结构特性而言，4H-SiC和6H-SiC的晶体结构与GaN均为纤锌矿结构，晶格失配率和热失配率均最低，最适合生长高质量的GaN外延层。

　　导电性方面。蓝宝石是绝缘的，没法制备垂直型器件。

　　热导率方面。蓝宝石的热导率仅为0.3W·cm-1·K-1，Si的热导率为1.48W·cm-1·K-1，均远低于SiC的热导率3.4W·cm-1·K-1。

　　光学性能方面。蓝宝石和SiC均不吸收可见光，Si衬底对光的吸收严重，LED出光效率低。

　　综述，碳化硅衬底对于生长氮化镓有着众多的优势。