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用于氮化鎵研究的襯底材料比較多,但是能用于生產的目前只有兩種,即藍寶石(A1203)和碳化硅(SiC)襯底。
(1)氮化鎵襯底
用于氮化鎵生長的最理想的襯底是氮化鎵單晶材料,它可以大大提高外延片膜的晶體品質,降低位元錯密度,提高器件工作壽命,提高發(fā)光效率,提高器件工作電流密度,?？墒?制備氮化鎵體單晶材料非常困難,到目前為止尚未有行之有效的辦法。有研究人員通過HⅤPE方法在其他襯底(如A1203,、SiC,、LCO)上生長氮化鎵厚膜,然后通過剝離技術實現襯底和氮化鎵厚膜的分離,分離后的氮化鎵厚膜可作為外延用的襯底。氮化鎵厚膜的優(yōu)點非常明顯,即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位元錯密度,比在A1203,、SiC上外延的氮化鎵薄膜的位元錯密度低,。但其價格昂貴,因而氮化鎵厚膜作為半導體照明的襯底應用受到了限制,。
(2)藍寶石襯底
目前用于氮化鎵生長的最普遍的襯底是A1203,其優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好,不吸收可見光,價格適中,制造技術相對成熟。但是,其導熱性差,尤其在功率型器件大電流工作時,。
(3)SiC襯底
除了A1203襯底外,目前用于氮化鎵生長襯底的是SiC,。SiC有許多突出的優(yōu)點,如化學穩(wěn)定性好,、導電性能好,、導熱性能好、不吸收可見光等,但其價格太高,、晶體品質難以達到A1203和Si的水平,、機械加工性能比較差。另外,SiC襯底吸收380mm以下的紫外光因此不適合用來研發(fā)380mm以下的紫外LED,。由于SC:襯底具有優(yōu)異的導電性能和導熱性能,所以不需要像A1203襯底上的功率型氮化鎵LED那樣采用倒裝焊技術解決散熱問題而采用上下電極結構,。
(4)Si襯底
在硅襯底上制備發(fā)光二極體是夢寐以求的一件事情,因為外延片生長成本和器件加工成本將大幅度下降。Si片作為GaN材料的襯底有許多優(yōu)點,如晶體品質高,尺寸大,成本低,易加工,導電性,、導熱性和熱穩(wěn)定性良好等,。然而,由于GaN外延層與Si襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配,以及在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化硅,所以在Si襯底上很難得到無龜裂的器件級品質的GaN材料。另外,由于硅襯底對光的吸收嚴重,所以LED出光效率低,。
(5)ZnO襯底
ZnO可作為GaN外延片的候選襯底,因為兩者具有驚人的相似之處,。ZnO作為GaN外延襯底的致命弱點是在CaN外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。但是,ZnO本身是一種有潛力的發(fā)光材料,。znO的禁帶寬度為3-37eV,屬直接帶隙,與CaN,、SiC、金剛石等禁帶寬度較寬的半導體材料相比,它在380nm附近的紫光波段的發(fā)展?jié)摿ψ畲?是高效紫光發(fā)光器件,、低閾值紫光半導體鐳射器的候選材料,。ZnO材料的生長非常安全,可以用水為氧源,用有機金屬鋅為鋅源。
(6)ZnSe襯底
有人使用MBE在Zse襯底上生長 nCdS/ ZnSe等材料,用于藍光和綠光LED器件但是并沒有推廣,因為其發(fā)光效率較低,而且自補償效應的影響使其性能不穩(wěn)定,器件壽命較短,。