基片(substrate)與外延生長(epitaxial growth)介紹

　　LED和半導體雷射器等的發光部分的半導體層，是在基片上生長結晶而成。採用的基片根據LED的發光波長不同而區分使用。如果是藍色LED和白色LED等GaN類半導體材料的LED晶片，則使用藍寶石、SiC和Si等作為基片，如果是紅色LED等採用AlInGaP類材料的LED晶片，則使用GaAs等作為基片。

　　因LED發光波長而使用不同基片的原因是為了選擇與LED發光部分——半導體結晶的晶格常數儘量接近的晶格常數的廉價基片材料。這樣做晶格常數的差距(晶格失配)就會縮小，在半導體層中阻礙發光的結晶缺陷的可能性就會減少。而且能降低LED晶片的單價。另外，藍紫色半導體雷射器等電流密度和光輸出密度較大的元件，則採用昂貴的GaN基片。GaN基片還用於部分藍色LED。

　　底板剝離方法示例

　　歐司朗的做法是在藍寶石底板上形成GaN類結晶層，粘帖金屬反射膜，然後再粘帖作為支持底板的Ge晶圓。之後，利用雷射照射溶解掉GaN類結晶層與藍寶石底板的界面部分，剝離藍寶石底板。

　　近年來，為了增加從LED晶片中提取光線，在基片上形成半導體結晶層後，將基片張貼到其他基片上的技術已經實用化。在粘貼到其他基片上時，與半導體結晶層之間的界面上設置了光的反射層。反射層具有反射發光層朝向基片側的光線，將其提取到LED表面側的效果。除了已用於紅色LED外，最近藍色LED等GaN類半導體LED晶片也擴大了採用。採用GaN類半導體材料的LED還有不張貼基片，使之保持剝離狀態的方法。

　　這些方法在外形尺寸較大的LED晶片上較為有效。大尺寸晶片存在著晶片內發生的光射出晶片外時的光徑變長，導致光在這一過程中發生衰減的問題。該問題可通過張貼基片解決。

　　外延生長(epitaxial growth)

　　在基片上生長結晶軸相互一致的結晶層的技術。用於製作沒有雜質和缺陷的結晶層。包括在基片上與氣體發生反應以積累結晶層的VPE(氣相生長)法、以及與溶液相互接觸以生長結晶相的LPE(液相生長)法等。

　　藍色LED、白色LED以及藍紫色半導體雷射器等GaN類發光元件一般採用VPE法之一的MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法進行生產。MOCVD採用有機金屬氣體等作為原料。藍色LED在藍寶石基片和SiC基片上，藍紫色半導體雷射器在GaN基片上使用MOCVD裝置使得GaN類半導體層形成外延生長。

　　「404專利」的內容

　　中村修二提出專利權歸屬問題而進行訴訟的「404專利」，是將原料氣體封入藍寶石底板表面附近的方式之一。在生長GaN類半導體膜的底板(藍寶石底板等)表面沿水平方向通入原料氣體，同時為了將原料氣體固定在底板表面，沿垂直方向向底板表面通入非活性氣體。

　　中村修二就其在日亞化學工業工作時所發明專利的「正當價格」與日亞化學工業展開的訴訟中所涉及的GaN類發光元件專利(專利第2628404號，以下稱404專利)就是外延生長GaN類半導體層技術的相關專利。404專利是與在藍寶石基片表面附近封入原料氣體的技術。其特點是，在生長GaN類半導體膜的基片(藍寶石基片等)表面沿水平方向通入原料氣體，同時為了將原料氣體固定在基片表面，還沿垂直方向向基片表面通入非活性氣體。

【光粒網綜合報導】( 責任編輯:yeyan )