半导体照明用荧光SiC衬底基础研究

According to the strategic demands and long-term target of the semiconductor solid-state lighting，the research target is to solve some basic scientific problem and grow high quality and high efficiency fluorescent SiC (f-SC) substrate. F-SiC，which contains donor and acceptor impurity, emits yellow-orange and blue-green light by optical pumping. It is expected to high conversion efficiency, an excellent CRI and high reliability without phosphors. Based on characterization of the luminescence and temperature dependence of DAP, the feasible method of high efficient luminescence will be advanced. The coupling effect of point defects and dislocations behavior, carrier concentration and phonon lifetime on optical properties will be studied. The relationship between the crystalline quality and quantum efficiency will be analyzed. Based on the established growth and process technology, the chemical segregation coefficient of impurity will be determined for a wide range of concentration. It will discuss a possible way to control the polytype under high doping..This study not only lays on a scientific foundation for further improvement of the f-SiC substrate, but also plays the important role to develop the new type of LED substrate.

面向半导体照明长远发展的战略需求，本项目拟解决新型荧光SiC(f-SiC)衬底的若干基础科学问题并完成f-SiC衬底材料的制备工作。F-SiC衬底是指SiC引入适量的施主和受主杂质，在光的激发下施主和受主对（DAP）复合发光，其发光能很好的覆盖黄光和蓝绿光。f-SiC作为衬底制备LED，具有高效、高显色指数、高可靠性等优点，且不需要额外添加荧光粉。通过本项目的研究揭示f-SiC中的DAP发光特征及其变温特性，明确超高效率发光的可行方法；研究高掺杂情况下的点缺陷和位错行为、载流子和声子寿命特性与光学特性的耦合作用，探索结晶质量对量子效率影响；掌握荧光SiC体块单晶生长的基本物理过程，分析杂质的分凝特点，实现高掺杂下的晶型可控生长。该研究不仅为进一步提升f-SiC衬底的性能奠定科学基础，同时对扩展新型LED衬底具有重要意义。

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强度大、载流子饱和迁移速度高等优点，在半导体照明、航空航天、电力电子、微波通讯等高温电子以及高频大功率器件的领域里具有广阔的应用前景。.通过N-B和N-Al掺杂的SiC在紫外光的激发下施主-受主对（DAP）发光可以覆盖大部分可见光谱，这种SiC材料被称为荧光衬底（f-SiC）。荧光衬底作为一种新型GaN衬底材料，具有杂质浓度均匀，导热性优异等优点，是生长高质量高功率氮化镓LED优选的衬底材料。.面向半导体照明长远发展的战略需求，本项目主要开展工作包括采用PVT法开展高质量高发光效率的f-SiC衬底生长实验，掌握荧光SiC体块单晶生长的基本物理过程，分析P型杂质的分凝特点，实现高掺杂下的晶型可控生长，获得B型杂质浓度4.14×1018/cm3、4H晶型面积100%的f-SiC衬底材料；系统开展高质量高效率荧光SiC衬底测试分析工作，揭示f-SiC衬底的DAP不同掺杂情况下发光特征、电学特性及其变温特性，明确超高效率发光的掺杂条件，在N-B杂质浓度差为6.86×1018cm-3，获得发光效率最高的f-SiC；研究高掺杂情况下的缺陷（空洞、微管）对发光影响。.通过本研究实现高掺杂下的晶型可控生长，解决荧光SiC衬底的若干基础科学问题并制备高质量高效率荧光SiC衬底材。该研究不仅对扩展新型LED衬底具有重要意义，而且可以大大提升我国半导体固态照明的原始创新能力。