LED衬底材料蓝宝石，硅,碳化硅的选用比较对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题应该采用哪种合适的衬底，需 要根据设备和LED器件的要求进行选择目前市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石（A12O3）硅（Si）碳化硅（SiC）蓝宝石衬底通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上蓝宝石衬底有许多的优点：首 先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温 生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗因此，大多数工艺一般都以蓝宝石 作为衬底图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大 量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011 在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1 所示）在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻 蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p 型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。
但是金属透明电极一 般要吸收约30%〜40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻 蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却 需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）添置完成减薄和切割工艺的设备又要增 加一笔较大的投资蓝宝石的导热性能不是很好（在100°C约为25W/ （m·K ））因此在使用LED器件时，会 传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素为 了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能硅衬底目前有部分LED芯片采用硅衬底硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触 （Laterial-contact水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型 电极和V型电极通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向 流动的由于电流可以纵向流动，因此增大了 LED的发光面积，从而提高了 LED的出率。
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碳化硅衬底碳化硅衬底（美国的公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是 纵向流动的采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功 率器件采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系数为490W/（m·K））要比蓝宝石衬底高出10 倍以上蓝宝石本身是热的不良导体，并且在制作器件时底部需要使用银胶固晶，这种银胶的传 热性能也很差使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生 的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材 料吸收，这样又提高了出光效率但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现其商 业化还需要降低相应的成本三种衬底的性能比较前面的内容介绍的就是制作LED芯片常用的三种衬底材料这三种衬底材料的综合性能比较 可参见表1除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作为衬底，通常根据 设计的需要选择使用衬底材料的评价1 .衬底与外延膜的结构匹配：外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配 小、结晶性能好、缺陷密度低；2 .衬底与外延膜的热膨胀系数匹配：热膨胀系数的匹配非常重要，外延膜与衬底材料在热 膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件 的损坏；3 .衬底与外延膜的化学稳定性匹配：衬底材料要有好的化学稳定性，在外延生长的温度和 气氛中不易分解和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降；4 .材料制备的难易程度及成本的高低：考虑到产业化发展的需要，衬底材料的制备要求简 洁，成本不宜很高。
衬底尺寸一般不小于2英寸当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石 和碳化硅衬底其它诸如GaN、Si、ZnO衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离氮化镓：用于GaN生长的最理想衬底是GaN材料，可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度， 提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度但是制备GaN体单晶非常困难，到 目前为止还未有行之有效的办法氧化锌：ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底，是因为两者具有非常惊人的相似之处两者晶体结 构相同、晶格识别度非常小，禁带宽度接近（能带不连续值小，接触势垒小）但是，ZnO作为 GaN外延衬底的致命弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中易分解和腐蚀目前，ZnO半导体材 料尚不能用来制造光电子器件或高温电子器件，主要是材料质量达不到器件水平和P型掺杂问题 没有得到真正解决，适合ZnO基半导体材料生长的设备尚未研制成功蓝宝石：用于GaN生长最普遍的衬底是A12O3其优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、 制造技术相对成熟导热性差虽然在器件小电流工作中没有暴露明显不足，却在功率型器件大电 流工作下问题十分突出。
碳化硅SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，目前还没有第三种衬底用于GaNLED的商 业化生产SiC衬底化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，但不足方面也 很突出，如价格太高，晶体质量难以达到A12O3和Si那么好、机械加工性能比较差，另外，SiC 衬底吸收380纳米以下的紫外光，不适合用来研发380纳米以下的紫外LED由于SiC衬底有益 的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaNLED器件的散热问题，故在半导体照明 ＞技术 领域占重要地位同蓝宝石相比，SiC与GaN外延膜的晶格匹配得到改善此外，SiC具有蓝色发光特性，而且为低阻材料，可以制作文章来源：照明网）。