蓝色宝石（Al2O3）,硅 (Si),碳碳复合材料（SiC）LED衬底资料的选择较为

针对制做LED芯片而言，衬底资料的采用是主要考量的难题。应当运用哪一种适合的衬底，必须 依据机器设备和LED元器件的标准完成挑选。现阶段目前市面上一般有三种原材料可做为衬底：

　·蓝色宝石（Al2O3）
　·硅 (Si)
　·碳碳复合材料（SiC）

　　蓝色宝石衬底

一般 ，GaN基原材料和元件的外延性层关键发育在蓝色宝石衬底上。蓝色宝石衬底有许许多多的优势：最先，蓝色宝石衬底的生产工艺完善、元器件品质不错；次之，蓝色宝石的稳定性能非常好，可以应用在高溫生长发育历程中；最终，蓝色宝石的冲击韧性高，便于解决和清理。因而，大部分加工工艺一般都以蓝色宝石做为衬底。图1实例了应用蓝色宝石衬底制成的LED芯片。

应用蓝色宝石做为衬底也存有一些难题，比如晶格常数失配和内应力失配，这会在外延性层中形成很多缺点，与此同时给事后的元器件制作工艺导致艰难。蓝色宝石是一种导体和绝缘体，常温状态的电阻超过1011Ω·cm，在这样的情形下没法制做垂直结构的元器件；一般 只在外延性层上表层制做n型和p型电级（如图所示1所显示）。在上表层制做2个电级，导致了合理发亮总面积降低，与此同时提高了电子元器件生产制造中的光刻技术和离子注入加工工艺全过程，結果使原材料使用率减少、成本上升。因为P型GaN夹杂艰难，当今广泛使用在p型GaN上制取金属材料全透明电级的方式 ，使电流量蔓延，以实现匀称发亮的目地。可是金属材料全透明电级一般要消化吸收约30%~40%的光，与此同时GaN基原料的有机化学功能平稳、冲击韧性较高，不易对其开展离子注入，因而在离子注入全过程中必须 比较好的机器设备，这可能提升产品成本。

蓝色宝石的强度特别高，在当然原材料中为强度仅低于金钢石，可是在LED元器件的制作过程中却必须 对它开展薄化和激光切割（从400nm降到100nm上下）。增添进行薄化和激光切割加工工艺的机器设备又要提升一笔很大的项目投资。

蓝色宝石的传热性能并不是非常好（在100℃约为25W/（m·K））。因而在应用LED元器件时，会传输出很多的发热量；尤其是对总面积比较大的大电力电子器件，传热性能是一个十分关键的考量要素。为了更好地解决之上艰难，很多人尝试将GaN半导体材料立即生长发育在硅衬底上，进而改进传热和导电率能。

　　 硅衬底

现阶段有一部分LED芯片选用硅衬底。硅衬底的集成ic电级可选用二种触碰方法，分别是L触碰（Laterial-contact ,水准触碰）和 V触碰（VerTIcal-contact，竖直触碰），下称为L型电级和V型电级。根据这二种触碰方法，LED芯片內部的交流电能够是横着流动性的，还可以是竖向流动性的。因为电流量能够竖向流动性，因而扩大了LED的发亮总面积，进而增强了LED的出光高效率。由于硅是热的抗磁质，因此 元器件的传热性能能够大大提高，进而增加了元件的使用寿命。

　　 碳碳复合材料衬底

碳碳复合材料衬底（英国的CREE企业专业选用SiC原材料做为衬底）的LED芯片电级是L型电级，电流量是竖向流动性的。选用这类衬底制做的电子元件的导电性和传热性能都很好，有益于制成总面积比较大的大电力电子器件。选用碳碳复合材料衬底的LED芯片如图2所显示。



图2选用蓝色宝石衬底与碳碳复合材料衬底的LED芯片
碳碳复合材料衬底的传热性能（碳碳复合材料的热导率为490W/(m·K)）要比蓝色宝石衬底高于10倍之上。蓝色宝石自身是热的准稳态，而且在制做元器件时底端必须 应用银胶固晶，这类银胶的导热特性也很差。应用碳碳复合材料衬底的集成ic电级为L型，2个电级遍布在元器件的表层和底端，所造成的热能能够根据电级立即导出来；与此同时这类衬底不用电流量蔓延层，因而光不容易被电流量蔓延层的资料消化吸收，那样又提升了出光高效率。可是相比于蓝色宝石衬底来讲，碳碳复合材料制造成本较高，完成其商业化的还必须减少对应的成本费。

　　三种衬底的特性较为

前边的具体内容简介的也是制做LED芯片常见的三种衬底原材料。这三种衬底资料的综合能较为可参照表1。



除开之上三种常见的衬底原材料以外，也有GaAS、AlN、ZnO等资料也可做为衬底，一般 按照制定的必须挑选应用。

衬底资料的点评

　　1．衬底与外延性膜的构造配对：外延性原材料与衬底资料的分子结构同样或相仿、晶格常数失配小、结晶体特性好、缺点相对密度低；
　　2．衬底与外延性膜的线膨胀系数配对：线膨胀系数的配对十分关键，外延性膜与衬底原材料在线膨胀系数上相距过大不但有可能使外延性膜品质降低，还会继续在元器件工作中环节中，因为发烫而导致元件的毁坏；
　　3．衬底与外延性膜的有机化学可靠性配对：衬底原材料要有好的有机化学可靠性，在外延性生长发育的环境温度和氛围中不容易溶解和浸蚀，不可以由于与外延性膜的化学变化使外延性膜品质降低；
　　4．原材料制得的难度水平及费用的多少：充分考虑产业发展快速发展的必须 ，衬底资料的制取规定简约，成本费不适合很高。衬底规格一般不小于2英寸。
　　当今用以GaN基LED的衬底原材料比较多，可是能用以商业化的衬底现阶段仅有二种，即蓝色宝石和碳碳复合材料衬底。其他例如GaN、Si、ZnO衬底还处在研制环节，离产业发展也有一段距离。
　　氮化镓：
　　用以GaN生长发育的最理想化衬底是GaN单晶体原材料，能够进一步提高外延性膜的结晶品质，减少织构相对密度，提升元器件工作中使用寿命，提升发亮高效率，提升元器件工作中电流强度。可是制取GaN体单晶体十分艰难，到迄今为止还没有切实可行的方法。
　　活性氧化锌：
　　ZnO往往能变成 GaN外延性的备选衬底，是由于二者有着十分令人震惊的共同之处。二者分子结构同样、晶格常数鉴别度特别小，带隙贴近（可带不持续值小，触碰能隙小）。可是，ZnO做为GaN外延性衬底的致命性缺点是在GaN外延性生长发育的环境温度和氛围中容易溶解和浸蚀。现阶段，ZnO半导体器件尚不可以用于生产制造光电器件或高溫电子元器件，主要是原材料品质达不上元器件水准和P型夹杂难题并没有获得真真正正处理，合适ZnO基半导体器件生长发育的机器设备并未研制。
　　蓝色宝石：
　　用以GaN生长发育最大多数的衬底是Al2O3。其特点是有机化学稳定性能好，不消化吸收能见光、价钱适度、生产技术相对性完善。传热性差尽管在元器件小电流量工作上沒有曝露显著不够，却在输出功率型元器件大电流量工作中下难题十分突显。
　　碳碳复合材料：
　　SiC做为衬底原材料使用的普遍水平仅次蓝色宝石，现阶段都还没第三种衬底用以GaNLED的产品化生产制造。SiC衬底有有机化学稳定性能好、导电率能好、传热性能好、不消化吸收能见光等，但不够层面也很突显，如价钱太高，结晶品质难以实现Al2O3和Si很好、机械加工制造特性非常差，此外，SiC衬底消化吸收380纳米技术下面的紫外线，不宜用于产品研发380纳米技术下面的紫外线LED。因为SiC衬底有利的导电率能和传热性能，能够较切实解决输出功率型GaNLED元器件的排热难题，故在半导体照明技术领域占主要影响力。
　　同蓝色宝石对比，SiC与GaN外延性膜的晶面配对获得改进。除此之外，SiC具备深蓝色发亮特点，并且为低阻原材料，能够制做。

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