硅上GaN LED不用受应力的影响，一定量的应力阻止了输出功率。英国一个研讨小组经过原位东西监测温度和晶片曲率，制备出低位错密度的扁平型150mm外延片，并将这些芯片安装到器材中，使得内量子功率挨近40%。
硅衬底在典型成长温度下可坚持稳定性，本钱低;它的直径可上升至300mm,且硅外表合适外延成长，结合以上特色，硅衬底被选作成长氮化物的渠道。硅上氮化物外延片也能用到硅工业中规范的出产设备，使得芯片的出产更具本钱功率，芯片能承受绑定，并转变为封装型LED。
一个由英国政府赞助、领军企业和研讨机构牵头的项目，用MOCVD设备在150mm的硅(111)衬底上开宣布硅上GaN LED，包含RFMD英国团队、剑桥大学、Aixtron UK、QineTIQ和Forge Europa。
现在LED出产运用的衬底资料一般是蓝宝石和SiC，比起它们硅有着重要的优势，但也有一个丧命的缺点，那就是硅与GaN的晶格和热膨胀系数极度失配。在典型的成长温度1000℃时，若GaN直接被堆积到硅衬底上，自此刻起在成长薄膜中发作了拉应力，并且跟着晶片降至室温，两种资料之间不同的膨胀系数导致了拉应力的增大。除非得到正确的操控，这种应力甚至会致使GaN薄膜的决裂。往往发作了晶片翘曲，这会让面向硅加工规划的自动化设备束手无策。作为比较，当氮化物成长在SiC衬底上，互相的热膨胀和晶格系数适当;然而在蓝宝石上成长时它们会引起GaN薄膜的紧缩，但这不会发作裂缝。
GaN与硅之间的晶格严峻失配，致使外延片中的位错密度相对高一些。尽管氮化物LED对高度位错表现出难以置信的适应性，蓝光LED的位错密度仍是跌破109cm-2，IQE值也会随之下降。
在初期成长阶段，硅与反响腔中的载气发作反响，在晶体外表发作瑕疵，其外表描摹已不合适随后的GaN成长，这是硅的另一缺点。
剑桥大学开发的蓝光LED出产工艺可解决一切的这些问题。其间，运用Aixtron的CCS MOCVD设备制备外延结构，设备合适成长单个150mm晶片(或多个2英寸晶片)，并配有原位监测仪器用于丈量晶片翘曲及温度。在150mm的硅(111)衬底上，先堆积一层杂乱的势垒结构，以操控应力和晶片曲率;接着，成长一个带InGaN量子阱和GaN势垒层的多量子阱(MQW)LED结构，能宣布460nm的光;最终才是一个掺镁p型GaN(图1a)。
图1.LED的结构包含一个下降位错的SiNx层(a);Aixtron的Argus东西与LayTec供给的Epicurve监测器一同，可丈量出晶片翘曲以及晶片温度(b)。成长进程可分为四个进程：预成长热处理，AlN晶核层、势垒层和n型GaN层，多量子阱区域和p型GaN层，以及退火/冷却。
衬底在氢气气氛内退火之后，移除本征半导体层并构成一个梯田状，并回流至硅外表。成长进程如下：先堆积一个AlN晶核层，保证硅外表不会分化;接着是一个杂乱的势垒结构。经过对势垒层的成分和厚度进行细心的操控以平衡应力;当成长温度降至室温时，热膨胀失配在结构内发作了应力。
为了下降位错密度、进步LED的功能，在势垒层上又堆积GaN和AlGaN层。刺进SiNX层是一项用于成长蓝宝石上氮化物薄膜的技能，在很大程度上能下降线位错密度。
原位东西继续地监测晶片的温度和曲率是成功的要害，可再次成长出平坦而无裂缝的资料。在剑桥大学，反响室内衬底的温度经过Aixtron的Argus东西进行图形表征，并运用LayTec的Epicurve供给实时的晶片曲率丈量。
咱们所运用的硅有细微的凸起翘曲，一经加热和在位式退火之后会变成凹型，这是因为，此刻衬底底端的温度比顶面要高(图1b)。AlN晶核层的添加使得凹型翘曲更为严峻，但跟着势垒层以及掺硅GaN层的成长，外表又出现凸起状，压应力随之添加。量子阱的成长和势垒层导致曲率发作了少量改变，咱们能察觉到，之后往GaN层中掺杂镁元素时，反响腔内的温度会添加，晶片因此变得愈加凸起。薄膜的拉应力发作于GaN与硅之间存在的热膨胀系数差异，经过堆积势垒层匹配物，优化其翘曲程度，这样晶片在冷却后还十分平坦。
图2.Aixtron的Argus温度分布图显现了整个150mm晶片的剖面温度。经过调整反响腔加热器的放射区，能将任何差异逐个最小化(a, b, c)
成长工艺的开发把150mm外延片的出产带入更佳状况，整个外表的高度改变低于50祄。这些晶片合适用RFMD的高产量出产设备来加工处理。
为保证晶片在冷却时坚持外表平坦，有必要在成长温度时引进翘曲;因为衬底与基座之间有着间隔差异，整块晶片的温度会有显着的改变。温度改变对InGaN LED成长晦气，他们改变了量子阱中的铟组分以及发光波长。走运的是咱们能用Argus分布图来监测这些温度改变，并经过调整三个加热区的输出功率将这些改变降至最小。
