高亮度LED衬底材料研究
led 材料
led 材料LED材料。
LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，具有节能、环保、寿命长等优点，被广泛应用于照明、显示、指示等领域。
LED的性能和品质受到材料的影响，下面将介绍LED材料的种类和特性。
1. 发光材料。
LED的发光材料主要包括氮化镓（GaN）、磷化铝（AlP）、碳化硅（SiC）等。
其中，氮化镓是目前用于LED的主要发光材料，具有较高的发光效率和稳定性。
磷化铝用于白光LED的发光材料，具有良好的色温调节性能。
碳化硅是一种新型的发光材料，具有较高的热稳定性和光电性能，适用于高温高压环境下的LED应用。
2. 衬底材料。
LED的衬底材料主要有蓝宝石、氮化镓、碳化硅等。
蓝宝石是LED的常用衬底材料，具有优良的热导性和光学性能，适用于蓝光LED的制备。
氮化镓衬底材料具有与LED发光层匹配的晶格结构，有利于提高LED的发光效率。
碳化硅衬底材料具有较高的耐高温性能和热导率，适用于高功率LED的制备。
3. 封装材料。
LED的封装材料主要包括环氧树脂、硅胶、陶瓷等。
环氧树脂是LED封装的常用材料，具有良好的绝缘性能和机械强度，适用于一般照明和显示LED的封装。
硅胶具有较好的耐高温性能和抗紫外线性能，适用于户外LED的封装。
陶瓷材料具有良好的导热性能和耐腐蚀性能，适用于高功率LED的封装。
4. 散热材料。
LED的散热材料主要包括铝基板、铜基板、陶瓷基板等。
铝基板具有良好的导热性能和加工性能，适用于一般LED的散热。
铜基板具有较高的导热性能和机械强度，适用于高功率LED的散热。
陶瓷基板具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，适用于特殊环境下的LED的散热。
5. 封装胶。
LED的封装胶主要包括硅胶、环氧树脂等。
硅胶具有良好的耐高温性能和抗紫外线性能，适用于户外LED的封装。
环氧树脂具有良好的绝缘性能和机械强度，适用于一般照明和显示LED的封装。
总结。
LED材料是LED器件的重要组成部分，不同的材料对LED的性能和品质有着重要的影响。
2023年LED蓝宝石衬底行业市场调查报告
2023年LED蓝宝石衬底行业市场调查报告LED蓝宝石衬底是一种用于制造LED芯片的关键材料，具有很高的热导性和光传导性。
随着LED照明市场的快速发展，对高品质的LED蓝宝石衬底的需求也在不断增加。
本报告将对LED蓝宝石衬底行业市场进行调查分析。
一、市场概述随着国内外LED照明市场的快速增长，对高品质LED蓝宝石衬底的需求也呈上升趋势。
蓝宝石衬底是一种高纯度的人造蓝宝石材料，具有优异的光学和热学性能，可以提高LED芯片的发光效率和散热性能。
因此，LED蓝宝石衬底已经成为LED照明产业链中不可或缺的一环。
二、市场规模LED蓝宝石衬底市场规模在过去几年中呈现出快速增长的态势。
根据市场调查数据，2019年全球LED蓝宝石衬底市场规模已超过10亿美元，并预计未来几年将保持20%以上的年均增长率。
目前，亚洲地区是全球LED蓝宝石衬底市场的主要消费地，中国市场占据了全球市场的大部分份额。
三、市场竞争LED蓝宝石衬底市场竞争激烈，主要有以下几个方面的竞争因素：1. 产品质量：LED蓝宝石衬底的质量直接影响到LED芯片的性能，因此产品质量是市场竞争的关键因素之一。
2. 价格竞争：由于市场竞争激烈，各家LED蓝宝石衬底企业通过降低产品价格来争夺市场份额。
3. 技术创新：LED蓝宝石衬底技术的创新能力也是企业竞争的重要因素。
不断提升产品性能和降低成本，是企业在市场竞争中获取竞争优势的重要途径。
四、市场前景LED蓝宝石衬底市场在未来几年中仍然具有较大的发展潜力。
随着LED照明市场的快速增长，对高品质的LED蓝宝石衬底的需求将继续增加。
另外，随着科技创新的不断推进，蓝宝石衬底技术也将不断提升。
预计未来几年，市场竞争将更加激烈，各家企业需要通过技术创新和降低成本来提高竞争力。
综上所述，LED蓝宝石衬底市场具有较大的发展潜力，但市场竞争激烈。
企业需要通过提高产品质量、降低成本和不断创新来获取竞争优势。
另外，政府也可通过支持技术研发和创新来促进整个行业的发展。
三种LED衬底比较
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（Al2O3）·硅 (Si)碳化硅（SiC）[/url]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。
图1 蓝宝石作为衬底的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1011Ω·cm，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℃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。
发光二极管的原料
发光二极管的原料发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种半导体器件，具有发光功能。
它是由特定的原料制成的，这些原料是实现LED发光的关键因素。
本文将介绍LED的原料及其特性。
一、发光材料1. 发光材料：LED的发光材料是由特定的化合物构成的，常见的材料包括氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）、磷化铟镓（InGaP）等。
不同的发光材料具有不同的发光特性，可发出不同颜色的光，如红色、绿色、蓝色、黄色等。
二、衬底材料1. 蓝宝石衬底：蓝宝石是制造LED最常用的衬底材料之一。
它具有良好的热传导性能和电绝缘性能，可有效降低LED的发热量，并提高LED的光电转换效率。
2. 碳化硅衬底：碳化硅是一种新型的衬底材料，具有优异的热传导性能和电绝缘性能。
与蓝宝石相比，碳化硅衬底能够更好地降低LED的发热量，提高LED的工作稳定性和寿命。
三、导电材料1. 金属材料：LED中的电极需要使用导电材料，常见的金属材料有银、铜、铝等。
这些金属材料具有较低的电阻率和良好的导电性能，可确保电流流过LED时的高效能转换。
2. 透明导电材料：LED的透明电极通常采用透明导电材料，如氧化锡（ITO）薄膜。
透明导电材料能够保持LED的发光效果，并提高LED的光电转换效率。
四、封装材料1. 玻璃封装：LED的封装材料常用玻璃，具有良好的光透过性和耐高温性能，能够保护LED芯片，并提供良好的光学性能。
2. 塑料封装：除了玻璃封装外，LED还常用塑料封装材料。
塑料封装具有成本低、可塑性好等优点，能够满足不同应用场景对LED封装的需求。
五、其他辅助材料1. 焊料：LED的制造过程中需要使用焊料进行电极的连接。
常见的焊料有锡铅焊料、无铅焊料等，能够确保电极与导线的可靠连接。
2. 胶水：胶水在LED制造中常用于封装和固定LED芯片。
它能够提供良好的粘结性能，确保LED的稳定性和可靠性。
发光二极管的原料包括发光材料、衬底材料、导电材料、封装材料以及其他辅助材料。
白光LED芯片衬底的对比研究
EXCHANGE OF EXPERIENCE 经验交流摘要：通过介绍LED外延生长工艺，对比外延材料和蓝宝石衬底材料的特性，总结蓝宝石衬底的优缺点，得出蓝宝石衬底具有晶格匹配性较好，工艺成熟、产品质量优，透光性极高，出光效率高等优点。
同时存在热导率较低，电导性差， 折射率高导致内部光损达，LED整体出光效率低等缺点。
通过阐述图形化衬底的原理，很好的论述了图形化蓝宝石最大的优点，通过图形的光学原理降低在蓝宝石衬底中的光损耗，大大提高了芯片的光有效利用率。
针对普通蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底的光电特性、工艺成熟情况、成本等，对比得出蓝宝石衬底以及图形化蓝宝石衬底工艺最为成熟，应用最广，因图形化蓝宝石衬底解决了常规蓝宝石衬底内部光损大的问题，大大提高了普通蓝宝石衬底的发光效率，是业界应用最广的晶片衬底材料。
碳化硅衬底，作为行业巨头科锐采用的主导衬底，导热及导电性能远远高于蓝宝石衬底，更适合做大面积芯片，但是碳化硅衬底的制造成本高，实现大批量生产还需要大大降低其制作成本，应用市场存在局限性。
硅衬底同样具有极高的导热、导电性，因其硅物质充足，其材料成本是四种衬底中最低的。
由于制作硅衬底的技术并不成熟，制作成本昂贵，量产可行性小。
关键词：衬底；蓝宝石；芯片一、前言LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种将电能转化成光能的固态半导体器件[1]。
作为新型的发光元器件，LED具有高光效、节能、使用寿命长、响应时间短、环保等优点，因此被称为最具潜力的新一代光源，在照明领域应用领域极为常见。
LED芯片作为LED的核心部件，主要由4个部件组成衬底、n-GaN、p-GaN和InGaN/GaN多量子阱结构。
简单描述LED芯片的制作也就是在一个特定的基板材料上生长GaN薄膜以及发光材料的一个过程，而此特定的基板材料就是所说的衬底。
目前LED的主要衬底材料有四大类：蓝宝石（Al2O3）、图形化蓝宝石、硅（Si）、碳化硅（SiC）称底。
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管以硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管为标题，我们来探讨一下这种新型发光二极管的特点和应用。
一、引言发光二极管（LED）作为一种节能环保、寿命长、体积小的光源，已经广泛应用于照明、显示、通信等领域。
然而，传统的LED在蓝光发射方面还存在一些问题，如低发光效率、频谱不稳定等。
为了解决这些问题，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管应运而生。
二、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的特点1. 高发光效率：硅衬底可以提供更好的晶格匹配，有助于提高发光效率。
2. 高热稳定性：硅衬底具有良好的热导性能，可以有效地散热，提高LED的热稳定性。
3. 高亮度：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管具有较高的亮度，能够满足一些高亮度要求的应用场景。
4. 窄频谱：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的频谱稳定性较好，能够提供更纯净的蓝光。
三、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的应用1. 智能照明：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于智能照明系统中，提供高亮度的蓝光，使照明效果更加明亮和舒适。
2. 显示技术：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于液晶显示器的背光源，提供高亮度的蓝光，使显示效果更加清晰和鲜艳。
3. 光通信：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于光通信系统中，作为高速传输的光源，提供稳定的蓝光信号。
4. 医疗器械：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于一些医疗器械中，如光疗仪、光动力学治疗设备等，提供高亮度的蓝光，有助于治疗效果的提升。
四、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的发展前景随着人们对节能环保、高效照明的需求不断增加，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管有着广阔的市场前景。
同时，随着技术的不断进步，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的性能将得到进一步提升，应用范围也将更加广泛。
总结：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管作为一种新型的发光二极管，具有高发光效率、高热稳定性、高亮度和窄频谱等特点，适用于智能照明、显示技术、光通信和医疗器械等领域。
三种衬底材料比较
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（Al2O3）·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。
图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片[/url]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1011Ω·cm，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℃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。
micro led cog 常规制程
Micro LED COG常规制程1. 引言Micro LED是一种新兴的显示技术，具有高亮度、高对比度、超薄、低功耗等特点。
而COG（Chip-on-Glass）常规制程是一种常用的Micro LED制程方法。
本文将详细介绍Micro LED COG常规制程的工艺流程、关键步骤和优势。
2. 工艺流程Micro LED COG常规制程的工艺流程主要包括以下几个步骤：2.1. 衬底准备首先，需要准备一块透明玻璃衬底，作为Micro LED的基底。
衬底表面需要进行清洗和平整处理，以确保后续工艺的顺利进行。
2.2. 图案制作接下来，使用光刻技术在衬底上制作出Micro LED的图案。
光刻技术是一种将光线通过掩模进行投影，形成所需图案的方法。
通过光刻技术可以实现高精度的图案制作。
2.3. 光刻胶涂覆在图案制作完成后，需要将光刻胶涂覆在衬底上。
光刻胶是一种光敏感的材料，可以通过光刻曝光形成所需图案。
光刻胶的涂覆应该均匀且厚度适中，以保证后续步骤的正常进行。
2.4. 光刻曝光在光刻胶涂覆完成后，需要进行光刻曝光。
将掩模与衬底进行对位，然后通过曝光机将光刻胶上的图案进行曝光。
曝光后，光刻胶会发生化学反应，形成所需的图案。
2.5. 背面薄化完成光刻曝光后，需要对衬底进行背面薄化处理。
通过薄化，可以减少衬底的厚度，使Micro LED显示屏更加轻薄。
背面薄化可以使用化学腐蚀、机械抛光等方法进行。
2.6. 背面金属化背面薄化完成后，需要对背面进行金属化处理。
金属化可以提高背面的导电性，以便后续的电路连接。
常用的金属化方法包括真空蒸镀、溅射等。
2.7. 颗粒分选接下来，需要对Micro LED颗粒进行分选。
将制作好的Micro LED颗粒进行测试，筛选出亮度、颜色等参数符合要求的颗粒。
分选可以使用显微镜、光电测试仪等设备进行。
2.8. 粘合完成颗粒分选后，需要将Micro LED颗粒粘合到衬底上。
粘合可以使用粘合剂或者微压技术进行。
Si衬底LED芯片制造和封装技术
Si衬底LED芯片制造和封装技术引言1993年世界上第一只GaN基蓝色led问世以来，LED制造技术的发展令人瞩目。
目前国际上商品化的GaN基LED均是在蓝宝石衬底或SiC衬底上制造的。
但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因，对后期器件加工和应用带来很多不便，SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处，而价格相对便宜的si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势因此Si衬底GaN基LED制造技术受到业界的普遍关注。
目前日本日亚公司垄断了蓝宝石衬底上GaN基LED专利技术，美国CREE公司垄断了SiC衬底上GaN基LED专利技术。
因此，研发其他衬底上的GaN基LED生产技术成为国际上的一个热点。
1Si衬底LED芯片制造1.1技术路线在si衬底上生长GaN，制作LED蓝光芯片。
工艺流程：在si衬底上生长AlN缓冲层一生长n型GaN-生长InGaN多量子阱发光层-生长P型AlGaN层-生长p型GaN层-键合带Ag反光层并形成p型欧姆接触电极一剥离衬底并去除缓冲层一制作n型掺si层的欧姆接触电极一合金―钝化一划片一测试一包装。
1.2主要制造工艺si衬底GaN基LED芯片结构图见图1。
图1si 衬底GaN 基LED 芯片结构图从结构图中看出，si 衬底芯片为倒装薄膜结构，从下至上依次为背面Au 电极、si 基板、粘接金属、金属反射镜(P 欧姆电极)GaN 外延层、粗化表面和Au 电极。
这种结构芯片电流垂直分布，衬底热导率高，可靠性高；发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。
1.3关键技术及创新性用Si 作GaN 发光二极管衬底，虽然使LED 的制造成本大大降低，也解决了专利垄断问题，然而与蓝宝石和SiC 相比，在Si 衬底上生长GaN 更为困难，因为这两者之间的热失配和晶格失配更大，si 与GaN 的热膨胀系数差别也将导致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；另外si 衬底LED 还可能因为si 与GaN 之问有0.5v 的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成P 型掺杂效率低，导致串联电阻增大，还有si 吸收可见光会降低LED 的外量子效率。
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨摘要：随着社会经济的不断发展，能源的需求量不断增加，为了能够将有效降低能源的损耗，实现能源的可持续发展目标，我国对于节能环保事业的发展尤为的关注。
基于科学技术的发展，我国在照明领域开展的环保事业发展取得了一定的成就。
例如LED的研发和应用，其在使用的过程中不仅节能环保，同时也体积比较小，且功能时效时间比较长，与普通的照明源对比来讲更具有发展前景。
经过技术研发人员的不懈努力，找到了一种能够有效提升LED出光率的新技术，即通过蓝宝石图形化衬底实现LED高出光率的目标，为LED广泛应用于多个领域地奠定了坚实的基础。
本文通过对蓝宝石图形化衬底提升LED出光率的机理、表面微结构对LED发光率的影响进行了分析，并探讨了LED蓝宝石图形化衬底的制作过程。
关键词：LED；蓝宝石图形衬底；制备工艺引言：随着物质生活水平的提升，社会群众对于环保节能产业的发展也越发地关注，只有合理控制能源的消耗，才能够有效地提升能源和生态环境可持续发展的潜力。
环保节能在各行各业的发展中都是非常重要战略目标。
在照明领域最显著的发展便是LED的发展与应用，因为其具备良好的性能，尤其在环保节能方面表现出来的优势得到了社会群众的认可，所以被推广到很多的领域的实际应用当中，例如用于一般的照明、LCD背光源等。
随着蓝宝石图形化衬底制备工艺的不断发展，让LED制备白光逐渐成了现实，对于LED的进一步推广和应用有着非常显著的作用。
值得一提的是，LED虽然作为一种特别的固态光源与当前的社会环境倡导节能减排的理念具有极高的契合度，但是在LED实际的发展与应用中还是存在着一些问题，只有技术研发人员加强对LED的创新和优化，才能够为LED的广泛应用，在照明领域代替当前的所使用的传统光源。
为环保节能社会的建设提供良好的支持。
1.LED蓝宝石图形化衬底提高GaN基LED出光率的作用机理1.1降低GaN外延层位错密度在LED衬底材料中蓝宝石所具备的机械性能、可靠性以及易控制特性远超过其他的衬底材料，如单晶硅、单晶碳化硅等。
led 材料
led 材料LED材料LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体器件。
它不同于常见的发光体，如白炽灯泡或荧光灯管，LED具有高效、耐用、可靠、环保等优点，因此被广泛应用于各个领域。
LED的材料是构成LED器件的重要组成部分。
以下是常见的LED材料：1. 半导体材料：LED的核心是半导体材料，通常使用硒化镓（GaN）和磷化镓（InGaN）合金作为主要半导体材料。
硒化镓和磷化镓具有较高的能隙，使得LED能够发出可见光。
其中，硒化镓主要用于蓝色和绿色LED，而磷化镓用于制造黄色和红色LED。
近年来，氮化铟（InN）和氮化铟镓（InGaN）等新型材料也被广泛研究和应用，以提高LED的性能。
2. 衬底材料：衬底是用于生长LED器件的基底，主要作用是提供一个晶格和温度友好的平台，以使得半导体材料能够正常生长。
常用的衬底材料包括蓝宝石（sapphire）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等。
其中，蓝宝石和氮化镓属于硬性衬底，可用于制造蓝色和绿色LED。
碳化硅是一种较新的衬底材料，具有高导热性和低电阻特性，适用于高功率LED的制造。
3. 包埋材料：为了保护半导体材料免受外界环境的影响，LED通常需要使用包埋材料进行封装。
包埋材料通常使用环氧树脂或聚光酯等有机材料，具有良好的透光性和机械性能。
此外，包埋材料还可以起到折射、反射和散射光线的作用，以提高LED的发光效率。
4. 电极材料：电极是将电流引入LED器件的关键部分。
常见的电极材料是金属，如铝（Al）和银（Ag）。
铝通常用于n 型区域的电极，而银用于p型区域的电极。
电极材料需要具有良好的导电性和稳定性，以确保LED器件的正常工作。
综上所述，LED材料是构成LED器件的关键组成部分。
随着半导体材料和封装材料的不断发展，LED的性能和品质不断提高，对于能源节约和环境保护有着重要的意义。
未来，LED 材料的研究和应用将更加广泛，为节能照明、显示技术和光电子器件等领域带来更多的突破。
LED外延结构及材料特性分析_最终版
界面 特性好
不同的衬底材料，需 要不同的外延生长技 术、芯片加工技术和
器件封装技术。
化学稳 定性好
大尺寸
衬底材料的选择
热学 性能好
价格 低廉
10
机械 性能好
光学 性能好
导电 性好
主要因素
（1）衬底与外延膜的晶格匹配 衬底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二个内容：外延
生长面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延膜 的匹配；沿衬底表面法线方向上的匹配。 （2）衬底与外延膜的热膨胀系数匹配
红黄光 LED
LPE
GaP外延层 565-700nm
VPE MOCVD
GaAsP外延层 630-650nm AlInGaP外延层
优点：解决了GaAs衬底吸光的缺点。 缺点：晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。
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缓冲层、局限层
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GaN基本结构特征
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体原子的成键通常以sp3电子杂化形成的四度配位构型， GaN半导体也不例外，即以四面体结构(tetrahedron)为基本结构单元，这种 晶体结构通常有两种，即纤锌矿(WZ)和闪锌矿(ZB)结构。
LED外延结构及材料特性分析
技术工程部
汇报人：邢星 时间：2010.11.11
1
LED结构分析 大纲
LED外延结构及材料特性分析_最终版
LED外延结构及材料特性分析_最终版引言：LED（Light Emitting Diode，发光二极管）作为一种半导体器件，近年来得到了广泛的应用和发展。
LED的外延结构和所使用的材料对其性能起着至关重要的作用。
本文将重点分析LED的外延结构及所使用的材料特性，并探讨其对LED性能的影响。
一、LED的外延结构LED的外延结构是指LED的多层薄膜结构，通常由衬底、外延层和上电极组成。
1.衬底材料：衬底材料对LED性能有着重要的影响。
常见的衬底材料有蓝宝石、氮化铝等。
其中，蓝宝石是质量最好的衬底材料之一，其热膨胀系数与外延层材料相匹配，有利于减小材料之间的应变。
而氮化铝衬底具有良好的导热性能和热稳定性，在高功率LED器件中应用较广。
2.外延层材料：外延层材料是LED中最重要的部分，直接影响到LED的光电转换效率。
常见的外延层材料有氮化镓（GaN）、磷化铟镓（InGaP）和砷化镓（GaAs）等。
其中，氮化镓是蓝光和绿光LED最常用的材料，具有优异的电子迁移率和光学特性；磷化铟镓则常用于红光和黄光LED，具有较大的能带间隙和较高的光电转换效率；砷化镓主要用于红外LED，其能带间隙比较适合红外光发射。
3.上电极：上电极是将电流注入到外延层材料中的重要部分，常见的上电极材料有透明导电氧化锡（ITO）和金属材料。
透明导电氧化锡通常用于制作透明的上电极，对于提高光输出有一定的帮助；金属材料如铝和银则常用于制作反射性上电极，有助于提高光提取效率。
二、LED材料的特性分析LED材料的特性包括电学特性、光学特性、热学特性和结构特性等。
1.电学特性：主要包括豫兆电压、电流密度和电导率等。
其中，豫兆电压是指在特定电流下，材料开始发光所需要的电压。
电流密度则是指通过材料单位面积的电流。
电导率是指材料的导电能力，影响LED的电流传输效率和导电功率损耗。
2.光学特性：主要包括发光效率、发光波长和色彩纯度等。
发光效率是指LED将电能转化为光能的效率，是衡量LED性能的一个重要指标；发光波长和色彩纯度则决定了LED发出的光的颜色和亮度，不同的外延材料和结构会导致不同的光学特性。
micro led制备工艺
micro led制备工艺Micro LED是一种新兴的显示技术，具有高亮度、高对比度、高刷新率和低功耗等优点，被认为是下一代显示技术的主要候选之一。
本文将介绍Micro LED的制备工艺，并讨论其在显示领域的应用前景。
Micro LED的制备工艺主要包括芯片制备、LED芯片封装和显示面板制备三个步骤。
首先是芯片制备，这是Micro LED的核心技术环节。
制备Micro LED芯片的方法有多种，其中最常见的是氮化镓外延生长技术。
这种技术利用外延生长技术在衬底上沉积氮化镓晶体，形成Micro LED芯片的基础结构。
通过控制外延生长的条件和参数，可以实现高质量的Micro LED芯片制备。
接下来是LED芯片封装，这是将Micro LED芯片包裹在透明的封装材料中，以保护其免受机械损伤和环境氧化的过程。
常用的封装材料有聚合物材料和玻璃材料。
封装过程需要精确的工艺控制，以确保Micro LED芯片的光电性能不受影响。
此外，封装过程中还需要进行亮度和色彩均匀性的调整，以提高显示效果。
最后是显示面板制备，这是将封装好的Micro LED芯片组装到显示面板上的过程。
显示面板一般采用薄膜封装技术，通过将Micro LED芯片粘贴在柔性基底上，再覆盖透明导电层和封装材料，形成柔性显示面板。
这种制备工艺可以实现高分辨率、高亮度和高对比度的显示效果。
Micro LED在显示领域具有广阔的应用前景。
由于其具有高亮度和高对比度的特点，Micro LED可以实现更真实、更细腻的图像显示效果，可以用于高端电视、智能手机和虚拟现实设备等消费电子产品。
此外，Micro LED还可以应用于室内和室外大屏幕显示，如电子广告牌和会议展示等场景。
Micro LED的制备工艺是实现其应用的关键。
通过精确控制芯片制备、LED芯片封装和显示面板制备的工艺参数，可以实现高质量的Micro LED显示效果。
随着技术的不断进步和成本的降低，相信Micro LED将逐渐成为下一代显示技术的主流。
蓝宝石晶片在LED行业应用研究
蓝宝石晶片在LED行业应用研究前言：LED（Light Emitting Diode）即发光二极管已被广泛认为是下一代主要照明工具，相比于现在使用的白炽灯而言，其具有寿命长、节能、安全等优点。
现阶段LED 主要以蓝宝石为主要衬底材料，采用化学机械抛光（chemical mechanical polishing CMP）为最终加工程序。
蓝光LED的制备需要依托于GaN薄膜，用作生长GaN薄膜的衬底材料有多种，最为常用的就是蓝宝石和SiC。
近年来，蓝宝石凭借与GaN的晶格失配系数小、透光性好等优点而成为最主要的衬底材料。
从蓝宝石和SiC衬底在LED中的应用趋势表中可以看出，自2005年起，SiC衬底的比例小于10%，而蓝宝石衬底的比例则高达90%以上。
超高亮度的LED要求蓝宝石衬底材料达到理想状态，即晶格完整，无任何加工缺陷。
国内蓝宝石晶片生产中产生裂痕和崩边缺陷一般占总数的5%-8%。
同时蓝宝石晶片抛光速率也很低，加工需数小时，且加工后有约20%的晶片表面有较深痕迹，导致返工，甚至报废，从而大大提高了其加工成本。
这种情况不仅导致蓝宝石晶片加工效率低，也影响了后续在蓝宝石晶片上GaN薄膜的生长，继而影响到LED的制造及发光情况。
我国目前使用的超高亮度LED多是从美国、日本等国家进口，增加蓝宝石晶片加工时的材料去除率以及提高加工后的表面质量，已经成为当前蓝宝石加工主要的研究目标。
LED用衬底材料的选择：SiC是作为一类非常重要的衬底材料，同蓝宝石相比，SiC属于低阻材料，可以制作电极，其晶格常数和材料的热膨胀系数与GaN 材料更为接近，并且易于溶解，且本身具有蓝光发光特性，但SiC材料也有其缺点，主要是其热膨胀系数与GaN相差较较大，容易导致外延GaN层的裂纹，不适合大量使用，价格相对昂贵。
蓝宝石衬底是目前使用最好也是最为普遍的一种衬底材料，单晶蓝宝石基片与GaN晶格能互相匹配，具有良好的高温稳定性与机械力学性能，符合GaN薄膜生长过程中耐高温的要求，且单晶蓝宝石基片在可见光范围内其透光性较好，加之对其研究也较多，生产技术较为成熟，价格相对便宜，因此成为了制作白、蓝、绿、蓝绿光GaN基片的关键衬底材料。
2024年LED蓝宝石衬底市场发展现状
2024年LED蓝宝石衬底市场发展现状引言LED蓝宝石衬底作为一种新兴的材料，在LED领域具有广泛的应用前景。
本文将对LED蓝宝石衬底市场的发展现状进行探讨。
首先，我们将介绍LED蓝宝石衬底的基本概念和特点，然后通过对市场规模、主要厂商、应用领域和发展趋势的分析，全面了解LED蓝宝石衬底市场的现状。
1. LED蓝宝石衬底的基本概念和特点1.1 基本概念LED蓝宝石衬底是一种以蓝宝石为基础材料制造的衬底，广泛应用于半导体领域。
它的独特结构和性能使其成为LED芯片制造的理想材料。
1.2 特点LED蓝宝石衬底具有以下几个显著的特点：•高热导率：LED蓝宝石衬底具有较高的热导率，能有效散热，提高LED 芯片的效率和寿命。
•光学透明性：蓝宝石晶体具有优异的光学透明性，能够让光线透过，提高LED芯片的发光效果。
•优异的机械稳定性：LED蓝宝石衬底具有优异的机械稳定性，能够保证LED芯片在运行过程中的可靠性和稳定性。
2. LED蓝宝石衬底市场规模2.1 市场概况目前，全球LED蓝宝石衬底市场规模不断扩大。
LED蓝宝石衬底在LED芯片制造中的重要性逐渐受到认可，并得到了广泛应用。
2.2 市场主要厂商在全球LED蓝宝石衬底市场中，主要厂商包括： - Rubicon Technology - Monocrystal - Crystal Applied Technology - Silian Tech - Crystaland - Crystalwise Technology - Kyocera - Namiki这些厂商通过技术研发、生产扩张和市场推广等方式，积极推动着市场的发展。
3. LED蓝宝石衬底的应用领域目前，LED蓝宝石衬底广泛应用于以下几个领域：3.1 LED照明随着LED照明市场的快速崛起，LED蓝宝石衬底作为一种关键材料得到了广泛应用。
LED蓝宝石衬底能够提供高亮度的光线，并具有优异的散热性能，提高了LED 照明产品的效率和寿命。
LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍,加工制程与技术参数
蓝宝石切面图图
晶体结构图上视图
晶体结构侧视图
Al2O3分之结构图
蓝宝石结晶面示意图
最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性 将由制程决定 (a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看
蓝宝石(Al2O3)特性表 蓝宝石(Al2O3)特性表 (Al2O3)
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热 热导率 折射率 dn/dt 透光特性 介电常数
高纯度（> 99。996%） 单晶Al2O3， C轴（0001）±0.3° 50.8±0.2mm 330μm/430μm±25μm ＜10μm ＜10μm A面（11-20）±0.5 ° 16±1.2mm epi-ready polished （外延开盒即用） Ra＜0.3nm Ra=0.5~1.2μm 洁净室内真空冲氮包装
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或 Plane蓝宝石基板 3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
通常，C面蓝宝石衬底上生长的ＧａＮ薄膜是沿着其极性轴即ｃ轴方向生长的， 薄膜具有自发极化和压电极化效应，导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强 大的内建电场，(Quantum Confine Stark Effect, QCSE;史坦克效应)大 大地降低了ＧａＮ薄膜的发光效率. 在一些非C面蓝宝石衬底(如R面或M 面) 和其他一些特殊衬底(如铝酸锂;LiAlO2 )上生长的GaN薄膜是非极性和半极 性的,上述由极化场引起的在发光器件中产生的负面效应将得到部分甚至 完全的改善.传统三五族氮化物半导体均成长在c-plane 蓝宝石基板上，若 把这类化合物成长于R-plane 或M-Plane上，可使产生的内建电场平行于 磊晶层，以增加电子电洞对复合的机率。因此，以氮化物磊晶薄膜为主的 LED结构成长R-plane 或M-Plane蓝宝石基板上，相比于传统的C面蓝宝石 磊晶,将可有效解决LED内部量子效率效率低落之问题，并增加元件的发光 强度。最新消息据称非极性LED能使白光的发光效率提高两倍. 由于无极性ＧａＮ具有比传统c轴ＧａＮ更具有潜力来制作高效率元件,而许多 国际大厂与研究单位都加大了对此类磊晶技术的研究与生产.因此对于Rplane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加. 下图为半极性和无极性面的简单示意图
2024年LED蓝宝石衬底市场前景分析
2024年LED蓝宝石衬底市场前景分析1.引言蓝宝石衬底作为一种新型的材料，在LED (Light Emitting Diode) 工业中具有广阔的应用前景。
本文将对LED蓝宝石衬底市场前景进行分析，以便为相关行业提供参考。
2.市场规模与趋势随着LED技术的不断发展，蓝宝石衬底在LED市场中的需求也随之增加。
目前，全球LED市场规模不断扩大，预计在未来几年仍将保持稳定的增长趋势。
蓝宝石衬底作为一种理想的材料，被广泛应用于LED芯片的制造过程中，因而在市场中占据重要位置。
3.优势与应用LED蓝宝石衬底具有多重优势。
首先，它具有良好的激光结构应力匹配性能，使得LED芯片具有稳定的性能和长寿命。
其次，蓝宝石衬底具有优异的导热性能，能够为LED芯片提供良好的散热条件，从而提高LED的工作效率。
此外，蓝宝石衬底还具有优异的光学特性，使得LED芯片具有良好的发光效果和颜色稳定性。
LED蓝宝石衬底的应用领域广泛。
在照明行业中，LED蓝宝石衬底可用于制造高效节能的LED灯具，以替代传统的照明设备。
在电子显示行业中，蓝宝石衬底可用于制造高清晰度的LED显示屏，应用于电视、手机和平板等产品中。
此外，在激光技术领域，蓝宝石衬底还可用于制造高功率激光器和激光传感器等设备。
4.市场竞争态势目前，全球LED蓝宝石衬底市场竞争激烈，主要由少数几家大型企业主导。
这些企业拥有先进的生产工艺和技术实力，能够生产高质量的LED蓝宝石衬底产品。
此外，它们还具备较强的市场销售能力和品牌影响力，使得其在市场中占据较大份额。
5.市场机遇与挑战LED蓝宝石衬底市场面临着一些机遇和挑战。
随着技术的进步和成本的降低，LED蓝宝石衬底的价格逐渐下降，使得更多的企业可以采用该材料来制造LED产品。
此外，政府对于节能减排的政策支持也为LED蓝宝石衬底市场提供了机遇。
然而，市场上存在一些潜在的挑战。
首先，蓝宝石衬底的生产成本仍然较高，限制了其在某些领域的应用。
国内LED衬底材料的应用现状及发展趋势
亮 度 约 每 １．４个 月可 提 升 １倍 ， 格 每 １ ８２ 价 ０年 为
原 来 的 １１ 。 ／０
进入 ２ １世 纪 后 ， Ｅ 的 高 效 化 、 超 高 亮 度 ＬＤ
收稿 日期 ：０１ －６ １ ２ １０ —２
趋势与展望
电 子 工 业 董 用 设 吝
我 国 白 １９ ９ ６年 开 始 实 施 “绿 色 照 明 工 程 ” ， ２０ ０ ３年 成 立 了 以 深 圳 、 门 、 海 、 昌 、 连 ５ 厦 上 南 大
光 灯 后 人 类 照 明 的第 四 次 革 命 ，和 前 三 次 有 本 质
区别 的 是 ， Ｅ 依 靠 电 流 通 过 固 体 直 接 辐 射 光 子 ＬＤ
发 光 ， 光 效 率 是 白炽 灯 的 ｌ 发 ０倍 ， 荧 光 灯 的 ２ 是 倍 。同 时寿 命 长 达 １ ０ ， 振 动 ， ００ ０ｈ 防 安全 性 好 ， 不 易 破 碎 ， 常 环 保 。Ｌ Ｄ 的 发 展 按 照 Ｈａｔ 律 ， 非 Ｅ ｉ ｚ定
度 加 快 ， １反 映 了 Ｌ Ｄ 在 电视 机 、 用 平 板 显 图 Ｅ 商 示 器 、数 码 产 品 以 及 手 机 等 领 域 从 ２０ ０ ９到 ２ １ ０２ 年 的 出 货 量 和 渗 透 率 。 由 图 １可 以看 出 ， Ｅ 在 ＬＤ 手 机 、 码 产 品 领 域 将 继 续 保 持 长 足 发 展 ， 电 数 在 视 机 、 板 商 用 显 示 器 等 领 域 将 以几 何 速 度 迅 猛 平
个 半 导 体 照 明基 地 为 龙 头 ，大 力 发 展 Ｌ Ｄ 照 明 ， Ｅ 到 ２０ ０ ５年 我 国 Ｌ Ｄ 的 产 量 已 经 达 到 ２ ２ １亿 Ｅ ６． 只 ， 市 场 规 模 更 是 突 破 百 亿 元 大 关 达 到 ｌ４ ９亿 １． 元 。２ ０ ０ ８年 科 技 部 提 出 了开 展“ 城 万 盏 ” Ｅ 应 十 ＬＤ 用 试 点 示 范 城 市 的工 程 ， ２ ０ 到 ０ ９年 发 改委 等 六 部 委 发 布 《 导体 照 明节 能产 业 发 展 意 见》 半 。在 一 系 列 利 好 政 策 的激 励 下 ， 同 时带 动 了 国 内外 延 片 、 这 芯 片 等 核 心 器 件 的生 产 研 发 ， 种 类 别 的 Ｌ Ｄ 技 各 Ｅ 术 显 示 屏 产 品推 出市 场 ， 高亮 屏 、 Ｎ 蓝 光 技 术 、 ＧＡ
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高亮度L ED衬底材料研究3张克华1,2,文东辉2,袁巨龙2(1.浙江师范大学机械工程系,浙江金华321004;2.浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,超精密加工研究中心,浙江杭州310014)摘 要: 衬底材料作为半导体照明产业技术发展的基石,是半导体照明产业的核心,具有举足轻重的地位,直接决定了L ED芯片的制造路线。
高亮度L ED 的半导体材料体系对衬底材料提出的要求比传统的L ED更为严格。
衬底材料表面的粗糙度、热膨胀系数、热传导系数、极性的影响、表面的加工要求以及与外延材料间晶格间不匹配数,这些因素与高亮度L ED 的发光效率与稳定性密切相关。
重点介绍几种典型材料与外延材料的晶格匹配及其加工要求,从材料制备难易程度和衬底与外延薄膜的化学稳定性对各种衬底材料进行比较分析,并对衬底材料的应用前景进行了预测。
关键词: 高亮度L ED;半导体照明;衬底材料中图分类号: TN304.504文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)05207092041 引 言固态照明是全世界公认的一种最有效的节能途径[1]。
高亮度发光二极管(light2emitting diode,L ED)的问世,使L ED的用途发生了革命性的变革———从指示灯转向了照明[1～3]。
发光二极管结构为砷化镓(GaAs)、磷化镓(Ga P)、磷砷化镓(GaAsP)或氮化镓(GaN)所构成P2N结面结构的装置。
当电子因电子2空穴的结合可放出红外光或可见光,此过程称为电致发光。
国家半导体照明工程的启动,大大拓展了L ED 的应用领域,使我国L ED产业进入了快速发展的新阶段,中下游产业(薄膜生长、芯片及封装)发展迅速,但上游产业(衬底材料的生产与加工)进展缓慢[4～6],导致目前我国只能提供装饰、指示灯等低附加值L ED灯具。
L ED为一多层异质结构,如图1所示。
由于氮化镓薄膜与衬底材料之间晶格位错,氮化镓薄膜中存在双轴向压应变,容易形成位错、应力、孔洞等各种缺陷[7～11],最常见的缺陷是沿着c轴成长的贯穿式位错,密度约为1010～1012cm-2。
由于位错在半导体光电组件中经常扮演少数载流子杀手的角色,是电子空穴的非辐射再结合中心,对发光效率产生负面影响,因此降低氮化镓薄膜中的贯穿式位错密度是制造高效率蓝、绿光二极管的首要目标[12～14]。
Akasaki等[15]利用有机金属气相沉积成功生长出高质量的氮化镓薄膜, Akasaki首先在蓝宝石基板上低温生长22.5nm厚度的氧化铝缓冲层,并在1050℃的高温生长氮化镓薄膜,薄膜品质大幅提升。
图1 L ED结构简图[26]Fig1The sketch of L ED configuration 现在流行的技术是通过加入砷化铟镓/砷化镓(In GaAs/GaAs)超晶格来减少贯穿式位错密度,从而提高L ED的内部发光效率及其寿命,因此提高L ED 的内部发光效率其根本途径是降低薄膜位错缺陷[16～20]。
位错缺陷的产生与衬底材料的表面完整性及薄膜生长技术密切相关,目前薄膜生长的控制技术成本高,而且其工艺的完善与稳定的衬底表面完整性是离不开的,因此衬底材料的性质及其表面完整性是高亮度L ED发光效率的基石[21～25]。
2 高亮度L ED对衬底材料的要求L ED技术的开发,从早期的红光、绿光,一直到开发成功蓝光L ED,才通过整合红、蓝、绿,或把蓝光荧光粉与黄色荧光粉混合成为白光L ED。
日亚化工自2006年12月起已经开始供应发光效率100lm/W的白光L ED,使得固体照明的时代逐渐变得现实起来[27]。
美国就发光效率的目标共分为3个阶段,发光效率的指标定位分别是2002年20lm/W、2002～2007年75lm/W、2007～2012年150lm/W和2012～2020年200lm/W。
提高发光效率是L ED产业化的重要环节之一,而降低衬底材料的晶格缺陷是提高发光效率的根本途径[28]。
因此对L ED衬底材料及其超精密加工技术提出了更高的要求。
制造高亮度L ED的半导体材料体系对衬底材料907张克华等:高亮度L ED衬底材料研究3基金项目:国家自然基金资助项目(50705088)收到初稿日期:2008207214收到修改稿日期:2008208231 通讯作者:张克华作者简介:张克华 (1975-),男,湖南涟源人,在读博士,师承袁巨龙教授,从事光学材料的超精密加工技术。
提出的要求比传统L ED 更为严格。
由于GaN 材料生长在与自身晶格失配衬底上,如图2所示。
图2 GaN 基L ED 芯片的缓冲层结构[30]Fig 2The buffer layer configuration of t he L ED chipbased on GaN [30] 为减少晶格失配问题,通常在衬底上首先生长Al GaN 薄膜缓冲层[29],如图3所示,Al GaN 薄膜仅有75nm 的厚度,因此在异质结构中,衬底材料因研磨、抛光[30]等产生的微小内应力将改变Al GaN 、GaN 薄膜的晶格常数,如图3所示,导致薄膜应力的产生,当薄膜累积了过多的应力时,其表面会产生许多小凸起、裂纹与空隙,如图4所示。
衬底材料要保证实现低位错GaN 薄膜的生长,这些因素与高亮度L ED 的发光效率与稳定性问题密切相关[31]。
因此异质结构生长技术对高亮度L ED 衬底材料的表面完整性提出了更高的标准———原子级平滑理想表面,即衬底材料表面呈单晶形态,不得有机械变形损伤或呈现非晶形的表面,否则将无法进行高亮度L ED 薄膜生长[32～34]。
综上所述,高亮度L ED 衬底材料必须综合考虑下列因素:(1)衬底与外延薄膜的结构匹配,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)衬底与外延薄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≤5.08cm 。
3 高亮度L ED 衬底材料当前用于GaN 基L ED 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 、γ2LiAlO 2衬底还处于研发阶段,离产业化还有一段距离[35]。
不同L ED 衬底材料的能带、晶格常数及热特性如图5所示。
常见的衬底材料的结构和晶格常数如表1所示。
图5 不同L ED 衬底材料的能带、晶格常数及热特性[36]Fig 5The energy bandgap ,lattice constant and coef 2ficient s of t hermal expansion of t he different L ED substrate [36]3.1 蓝宝石(Sapp hire ,α2Al 2O 3)蓝宝石是现今最常用的衬底材料,但是与GaN 之间的晶格不匹配数高达14%,因此所生长的GaN 具有较高的差排密度,这会造成电荷载流子的迁移率降低与减少载流子生命期,而蓝宝石的热膨胀系数比GaN 来的高以至于在GaN 薄膜成长于c 轴的蓝宝石衬底材料上时,在冷却的过程中会有双轴向压应力产生,因此必须在外延生长过程中先长低温的氮化镓或氮化铝(AlN )的缓冲层后,再升至高温长氮化镓薄膜降低差排密度得到质量佳的氮化镓薄膜。
蓝宝石作为其他光学用途时表面粗糙度要求<2nm 即可,但用做衬底材料时其表面粗糙度要求<0.8nm ,而且表面是单晶不能有机械应力和缺陷,这给蓝宝石衬底的制备提出了17 2009年第5期(40)卷更高的要求。
由于蓝宝石材料化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟等优点,是当前最普遍的GaN 生长衬底。
其需求正呈逐年上升的趋势。
在今后的一段时期里,国内外蓝宝石衬底的研发任务是生长更大直径的蓝宝石单晶,向10.16～15.24cm 方向发展,以及降低杂质和提高表面抛光质量。
表1 常见的衬底材料的结构和晶格常数Table 1The st ruct ure and lattice constant of t he familiar subst rate materials衬底材料结构晶格常数a (0.1nm )c (0.1nm )GaN 晶格不匹配数热特性G aN Hexagonal 3.180 5.160— 5.59,6.30Al 2O 3Hexagonal 4.75812.99114〈0001〉7.5,4.336H 2SiC Hexagonal 3.08015.12 3.5〈0001〉4.46,4.16Si Cubic5.430—— 2.59LiAlO 2Tetragonal5.1696.2681.4〈100〉7.1,153.2 碳化硅衬底材料(SiC )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3种衬底用于GaN 基L ED 的商业化生产[37]。
SiC 衬底具有化学稳定性好、导电性能好、可以较好地解决功率型GaN 基L ED 器件的散热问题。
同蓝宝石相比,碳化硅与(0001)的GaN 晶格不匹配数为3.5%,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,可以制作电极,使器件在包装前对外延膜进行完全测试成为可能,增强了SiC 作为衬底材料的竞争力。
由于SiC 的层状结构易于解理,衬底与外延膜之间可以获得高质量的解理面,大大简化器件的结构,故SiC 在半导体照明技术领域占重要地位。
但不足方面也很突出,SiC 本身的热膨胀系数又比GaN 低,所以再冷却的过程中一样会有双轴应力的产生,所以也需要低温的氮化铝缓冲层来提升氮化镓的质量,而且在GaN 外延生长前的处理过程中很难得到粗糙度低的SiC 表面。
另外价格太高、晶体质量难以达到Al 2O 3和Si 那么好、机械加工性能比较差,同时由于其层状结构,在衬底的表面常有给外延膜引入大量缺陷的出现。
另外,SiC 衬底吸收380nm 以下的紫外光,不适合用来研发380nm 以下的紫外L ED 。
3.3 硅衬底材料(Si )硅衬底材料的价格低且具有良好的热稳定性,但是到目前为止,GaN 薄膜生长在硅衬底材料的缺陷密度非常高,除了本身热膨胀系数与晶格不匹配的影响外,在外延生长的过程中还会与氮气产生非结晶的Si x N y ,所以还是需要缓冲层来提升氮化镓的质量。