led芯片采用硅(si)作为衬底，具有晶体质量高，尺寸大，易加工，导电性、导
热性和热稳定性较好等很多优点，但其最大的优点主要在于led的制造成本将大大降低。
这是因为si衬底本身的价格比目前使用的蓝宝石和sic衬底便宜很多，而且可以使用比
蓝宝石和sic衬底的尺寸更大的衬底（如使用4英寸的si片衬底）以提高mocvd的利
用率，从而提高管芯出光率。
硅衬底的芯片电极可采用两种接触方武，分别是l接触（laterial-contact，水平接触）
和v接触（vertical- contact，垂直接触）。通过这两种接触方式，led芯片内部的电流可
以横向流动，也可以纵向流动，如图3-4所示。由于电流可
以纵向流动，所以增大了led的发光面积，从而提高了led
的出光效率。又因为硅是热的良导体，所以器件的导热性
能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。由于目前gaas
工业正从4英寸过渡到6英寸，故淘汰下来的4英寸工艺
线正好可以用在硅衬底的gan led生产上。据日本sanken
电气公司的估计，使用硅衬底制作蓝光gan led的制造
成本将比蓝宝石衬底和sic衬底低90%。
图34垂直结构的硅衬底与蓝宝石和sic相比，在si衬底上生长gan更为困难，这是因为si和gan两者之
间的热失配和晶格失配更大。si与gan的热膨胀系数差别将导致gan膜出现龟裂，晶格
常数差会在gan外延层中造成高的位错密度。gan led还可能因为si与gan之间有0.5 v
的异质势垒而使开启电压升高、晶体完整性变差，从而造成p一型掺杂效率低，串联电阻
增大。使用si衬底的另一不利之处是，硅吸收可见光会降低led的外量子效率。
目前，硅衬底技术依然处于研发阶段，还没有实现产业化。
为了在si上制造出性能好的gan led，首先要解决的是如何在si上生长出高质量
的无龟裂的gan外延层的问题。现在主要的生长方法是mocvd或mbe。无论采用哪
种生长方法在si上生长gan外延层，均需要使用缓冲层技术。目前已经报道了多种缓冲
层技术，其中包括ain/3c-sic（淀积的或转化的sic膜），gaas，aias，zn0，liga02，
g-al203和si3n4，或复合缓冲层，如ain/3c-sic，ain/gan/ain等。ain缓冲层是目前
较为普遍使用的缓冲层技术之一。据报道，liaw等人采用转化的sic腆加氮化铝复合缓
冲层( ain/3c-sic)技术已经可以在4英寸的si (111)衬底上生长出1.5 mm厚的无龟
裂的gan的外延层来了。
日本三垦( sanken)电气公司与名古屋工业大学联合开发出用ain/gan缓冲层缓解
因热膨胀系数不同而产生的热应力，进而控制了龟裂的发生。值得指出的是三垦电气在生
长缓冲层前，首先对硅衬底进行了处理，使硅表面上覆以氢(h)，这样就得到了不含氧
(o)的、适于“低温缓冲层”生长所需要的清洁平坦的硅表面，并且使发光层内的晶体
缺陷密度减少到109个/cm2。
为了降低外延层中的位错密度，选择外延生长工艺也被应用到在si生长gan中来，
包括横向选择外延和悬重外延生长( pendeopitaxy)。
