三种LED衬底比较
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。
LED芯片衬底材料
LED芯片衬底材料【摘要】衬底材料作为半导体照明产业的技术发展的基石，是半导体产业的核心，具有重要地位。
本文对适合于LED芯片衬底材料的蓝宝石，硅，碳化硅，氮化镓等从材料本身的特性出发，阐述了各种衬底材料的优缺点和未来发展趋势。
【关键词】LED照明蓝宝石衬底硅衬底碳化硅衬底氮化镓衬底1 引言LED照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。
它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
由于LED的寿命长，安全可靠，环保节能，色彩多样，所以自从LED发明以来，很快就获得世人的认可。
全球都投入了大量的人力、财力去研究和开发。
我国LED产业起步于20世纪70年代，经过40多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。
在“国家半导体照明工程”的推动下，我国LED下游产业有了长足的发展，但是上游的LED产业仍然需要进一步的投入，以赶上日本，美国和欧洲。
2 衬底材料的要求当今大部分的芯片是GaN，GaN的生长方法有很多种，但是由于尚未解决单晶生产工艺，目前还是在衬底上进行外延生长，是依靠有机金属气象沉积法在相关的异型支撑衬底上生长的[1]。
这样，衬底材料的选用就是我们首要考虑的问题。
要想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[2]。
目前来说，好的衬底材料应该有以下九方面的特性：（1）结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。
（2）接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。
（3）化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。
（4）热学性能好，要具备良好的导热性。
（5）导电性好，有利于衬底电极的制备[3]。
micro led衬底玻璃、晶圆键合等工艺
一、背景介绍微型LED是一种新兴的显示技术，具有体积小、功耗低、亮度高、响应速度快等优点，因此备受关注。
而微型LED的制造工艺是影响其性能和成本的关键因素之一。
其中，衬底玻璃和晶圆键合等工艺是微型LED制造中的重要环节，对于提高产品质量和降低成本具有重要作用。
二、微型LED衬底玻璃工艺微型LED的衬底是LED器件的基础，直接影响LED的性能和稳定性。
传统LED的衬底一般采用蓝宝石基板，但其成本较高，制造过程复杂。
而近年来，衬底玻璃技术逐渐成为微型LED的发展趋势。
衬底玻璃具有制造成本低、材料透明度好、热传导性能优异等优点，可以有效提高LED器件的亮度和稳定性。
1. 衬底玻璃的选择微型LED衬底玻璃的选择首先考虑材料的透明度和热传导性能。
透明度直接影响LED器件的发光效率，而热传导性能则影响LED器件的散热效果。
常见的衬底玻璃材料有硼硅玻璃、镍镉硼硅玻璃等，不同的材料具有不同的特性，因此在选择衬底玻璃时需要综合考虑LED器件的具体要求和工艺成本。
2. 衬底玻璃的生产工艺衬底玻璃的生产工艺包括原料准备、玻璃熔制、成型、抛光等环节。
其中，玻璃熔制工艺是衬底玻璃制备的关键环节，其熔制温度、成型工艺、抛光工艺等均对衬底玻璃的质量和性能产生影响。
优化衬底玻璃的生产工艺，提高玻璃的透明度和平整度，对于改善LED器件的质量和亮度具有重要意义。
三、晶圆键合工艺晶圆键合是微型LED制造中的另一个关键环节，其质量直接影响LED 器件的性能和可靠性。
晶圆键合工艺一般分为前端晶圆键合和后端晶圆键合两个环节。
1. 前端晶圆键合前端晶圆键合是指LED芯片与衬底之间的键合工艺。
其关键是实现LED芯片与衬底的精确对准和牢固连接。
传统的前端晶圆键合工艺采用金属线键合或电镀键合，但这些工艺存在着工艺复杂、成本高、性能有限等问题。
近年来，新型的晶圆键合技术逐渐发展起来，包括等离子体键合、焊接键合、贴附键合等。
这些新技术能够实现高精度、高可靠性的LED芯片键合，提高LED器件的性能和可靠性。
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。
LED芯片种类及介绍
芯片晶粒种类表
晶粒种类 类别
可见光
不可见光
颜色 红
高亮度红 橙
高亮度橙 黄
高亮度黄 黄绿
高亮度黄绿 绿
高亮度绿 高亮度蓝绿/绿
高亮度蓝
红外线
波长 645nm~655nm 630nm~645nm 605nm~622nm
585nm~600nm
569nm~575nm
555nm~560nm 490nm~540nm 455nm~485nm 850nm~940nm
台湾LED芯片厂商：
晶元光电（Epistar）简称：ES、（联诠、元坤，连勇，国联），广镓光电（ Huga），新世纪（Genesis Photonics），华上（Arima Optoelectronics）简称 ：AOC，泰谷光电（Tekcore），奇力，钜新，光宏，晶发，视创，洲磊，联胜 （HPO），汉光（HL），光磊（ED），鼎元（Tyntek）简称：TK，曜富洲技 TC，灿圆（Formosa Epitaxy），国通，联鼎，全新光电（VPEC），
☆ 超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。
芯片按组成元素可分为：
☆ 二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等；
☆ 三元晶片(磷﹑镓 ﹑砷)：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色 GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等；
☆ 四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、 HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、 UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。
蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案_范文模板及概述说明
蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案范文模板及概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体照明技术方案，并比较它们的优势和挑战。
随着人们对高效能、长寿命和环境友好的照明解决方案的需求增加，半导体照明技术得到了广泛的关注。
蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体作为新兴的材料，在半导体照明中展示出巨大的潜力。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述。
首先，我们将在第2部分介绍蓝宝石照明技术方案，包括对蓝宝石材料的简要介绍以及其在半导体照明中的应用。
然后，在第3部分，我们将探讨碳化硅照明技术方案，包括对碳化硅材料的简介以及其在半导体照明中的应用。
接下来，在第4部分，我们将讨论硅衬底半导体照明技术方案，包括对硅衬底半导体材料及其特性的介绍，以及其在照明中的应用。
最后，在第5部分，我们将对各种技术方案进行总结和对比分析，并展望未来半导体照明技术的发展方向。
1.3 目的本文旨在深入了解蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体照明技术方案，以便读者能够全面了解这些新兴材料在半导体照明领域的应用，以及它们带来的优势和挑战。
通过对比分析不同技术方案的优缺点，并展望未来的发展趋势，本文将有助于读者更好地理解并选择最适合自己需求的半导体照明解决方案。
2. 蓝宝石照明技术方案2.1 简介蓝宝石材料蓝宝石材料，也被称为刚玉（corundum），是一种高硬度的晶体材料，由氧化铝（Al2O3）组成。
蓝宝石因其在可见光谱中的透明性而在半导体行业中得到广泛应用。
蓝宝石具有良好的光学特性，包括高透射率、低折射率和高耐热性。
2.2 蓝宝石在半导体照明中的应用蓝宝石在半导体照明领域中被用作LED芯片的衬底材料。
LED（Light Emitting Diode）是一种通过电流激发产生光辐射的器件，广泛应用于照明、显示和指示等领域。
使用蓝宝石作为衬底材料可以提供良好的结构支撑和优化光学性能。
具体来说，在LED制造过程中，使用基于蓝宝石的衬底可以实现以下几个关键步骤：首先，通过外延生长技术，在蓝宝石衬底上沉积一层带有特定掺杂物的半导体外延膜层。
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。
led衬底选用
LED衬底-LED衬底材料选用的比较关键字：LED衬底，LED衬底材料添加时间：2010-4-19 在LED晶圆(LED外延片)制程方面，不同的衬底材料，需要不同的磊晶（晶圆生长）技术、芯片加工技术和封装技术，LED衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
LED灯衬底材料的选择主要取决于以下9个方面，衬底的选择要同时满足全部应该有的好特性。
所以，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工制程的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。
如果我们来看LED衬底材料，好的材料应该有的特性如下：1、结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。
2、接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。
3、化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。
4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小。
5、导电性好，能制成上下结构。
6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小。
7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。
8、价格低廉。
9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
一般说来，LED衬底还有哪些呢？1、氮化镓衬底用于氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶材料，这样可以大大提高晶圆膜的晶体质量，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。
可是，制备氮化镓体单晶材料非常困难，到目前为止尚未有行之有效的办法。
有研究人员通过HVPE方法在其它衬底(如Al2O3、SiC、LGO)上生长氮化镓厚膜，然后通过剥离技术实现衬底和氮化镓厚膜的分离，分离后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。
这样获得的氮化镓厚膜优点非常明显，即以它为衬底外延的氮化镓薄膜的位错密度，比在Al2O3、SiC上外延的氮化镓薄膜的位错密度要明显低；但价格昂贵。
因而氮化镓厚膜作为半导体照明的衬底之用受到限制。
LED用蓝宝石基板衬底详细介绍
未来展望
技术创新
随着科技的不断进步，蓝宝石基板衬底技术将不断突破， 提高晶体质量、降低成本、优化散热性能等方面将取得更 多进展。
市场需求增长
随着LED照明、显示等领域的快速发展，蓝宝石基板衬底 的市场需求将持续增长，为产业发展带来更多机遇。
产业链协同发展
蓝宝石基板衬底产业的发展需要与LED芯片、封装等环节 紧密合作，形成协同发展的产业链，共同推动LED产业的 进步。
LED用蓝宝石基板衬底详 细介绍
• LED与蓝宝石基板衬底概述 • LED用蓝宝石基板衬底的应用 • LED用蓝宝石基板衬底的特性 • LED用蓝宝石基板衬底的生产工艺 • LED用蓝宝石基板衬底的挑战与展望
01
LED与蓝宝石基板衬底概述
LED简介
01
02
03
LED简介
LED（Light Emitting Diode）是一种固态电子 器件，通过电流激发半导 体材料产生可见光。
抗氧化性
蓝宝石不易氧化，能够延 长LED的使用寿命。
环境适应性
蓝宝石可以在各种环境下 稳定工作，适应性强。
光学特性
高透光性
蓝宝石具有高透光性，能够让更 多的光线通过，从而提高LED的
亮度和发光效率。
抗光反射
蓝宝石具有很好的抗光反射性能， 可以减少光线的散射和反射，提
高LED的出光效果。
色彩稳定性
蓝宝石的折射率和色散性能稳定， 能够保证LED的色彩稳定性。
市场挑战
成本压力
蓝宝石基板作为高端LED芯片的衬底材料，成本较高，需要不断 降低生产成本以适应市场需求。
竞争激烈
随着LED市场的竞争加剧，蓝宝石基板衬底面临着来自其他材料的 竞争压力，如硅基、碳化硅基等。
我对LED产业的一些了解
对LED产业的一些了解——Si衬底GaN基LEDLED产业链分为上游、中游以及下游三个环节：上游环节是衬底、外延材料、芯片制造企业，中游环节为封装企业，下游环节则为LED应用企业。
商业化的GaN基LED衬底有三种：蓝宝石、SiC和Si。
蓝宝石衬底技术来源于日本日亚化学公司，这种技术现在已经发展的相当成熟，超过95%的LED采用的是蓝宝石衬底技术。
SiC衬底技术来源于美国Gree公司，生产成本相对较高，主要应用于高端市场。
Si衬底技术这几年取得了阶段性的突破，晶能光电（Lattice Power）在2010年第三季度实现了硅衬底GaN基LED的量产。
美国普瑞光电（Bridgelux）最近宣布，他们已经成功实现了最新的基于硅衬底的LED制造技术研发成果。
本科期间曾参观了晶能光电（Lattice Power）的Si衬底LED生产线，下面对晶能光电Si衬底GaN基LED进行简单的介绍。
一、硅衬底LED外延片裂纹的消除GaN和Si衬底间较大的晶格失配导致较高的位错密度，高达109-1010cm-2。
尽管与GaAs或InP相比，GaN基发光二极管对高位错密度不是很敏感，还是造成了较低的内部量子效率。
这里晶能光电引入图案化衬底以隔离应力引起的裂纹，同时引入一种特殊的AlN/AlGaN多层缓冲层来控制应力。
图1左边为龟裂的外延材料，右边为图案化衬底上生长的高质量外延材料二、硅衬底上较厚n型GaN的生长对于硅衬底上GaN的生长，较厚的n型GaN层的获取是提高量子效率的重要方法。
随着外延层的变厚，压力增加，晶圆会趋于弯曲和变形。
晶能光电使用多个特殊的缓冲层成功的解决了这个技术难题。
图2外延层和量子阱的SEM照片图3硅衬底蓝光LED外延材料示意图图4硅衬底蓝光LED外延材料TEM照片三、对于硅吸收可见光采取的薄膜工艺硅吸收可见光。
因此，为了让LED高效工作，硅衬底必须从器件、薄膜、垂直结构中分隔出来。
图5说明了基于硅的薄膜工艺。
LED不同封装结构比较
第一节LED不同封装结构比较一、正装结构1、概念与原理正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂,下面采用蓝宝石为衬底，电极在上方，从上至下材料为:P-GaN、发光层、N—GaN、衬底。
正装结构有源区发出的光经由P型GaN区和透明电极出射,采用的方法是在P型GaN上制备金属透明电极，使电流稳定扩散,达到均匀发光的目的。
图表1：LED正装结构示意图数据来源:宇博智业整理2、优缺点该结构简单，制作工艺相对成熟。
然而正装结构LED有两个明显的缺点，首先正装结构LEDp、n电极在LED的同一侧，电流须横向流过N—GaN层，导致电流拥挤,局部发热量高，限制了驱动电流；其次，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。
3、应用现状蓝宝石衬底的正装结构LED以工艺简单、成本相对较低一直是GaN基LED的主流结构.目前大多数企业仍采用这种封装结构,在我国LED生产技术较国际水平仍有一定差距的情况下，多数企业为节约生产与研发成本，仍在采用正装封装技术，正装结构LED在国内市场上仍有很大的市场.二、倒装结构1、概念与原理倒装芯片(filp chip）技术,是在芯片的P极和N极下方用金线焊线机制作两个金丝球焊点，作为电极的引出机构,用金线来连接芯片外侧和Si底板.LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上.这样大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底,而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座。
制作方式:制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层（超声波金丝球焊点）.然后,利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起.图表错误!未定义书签。
：LED倒装结构示意图数据来源:宇博智业整理2、优缺点倒装结构可以克服正装芯片出光效率和电流问题的弊端。
从芯片PN极上的热量通过金丝球焊点传到Si热沉,Si是散热的良导体,其散热效果远好于靠蓝宝石来散热。
蓝宝石衬底介绍
蓝宝石衬底介绍led用衬底材料一般有蓝宝石衬底，碳化硅衬底及硅衬底三种，其中蓝宝石衬底应用最广泛，因为其加工方法以及加工成本等与其他两种相比较都有不小的优势。
虽说在晶格匹配上面是氮化镓衬底砷化镓衬底最为匹配，但其生产加工方法要比碳化硅及硅等都更难上加难。
目前，GaN基LED的衬底材料很多，但可用于商业化的衬底只有蓝宝石和碳化硅两种。
Gan、Si和ZnO等其他衬底仍处于研发阶段，离工业化还有一定距离。
一、红黄光led红色LED主要有gap（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）。
Gap和GaAs主要用作衬底，蓝宝石Al 2O 3和硅衬底尚未工业化。
1、gaas衬底：在使用lpe生长红光led时，一般使用algaas外延层，而使用mocvd生长红黄光led时，一般生长alingap外延结构。
外延层生长在gaas衬底上，由于晶格匹配，容易生长出较好的材料，但缺点是其吸收这一波长的光子，布拉格反射镜或晶片键合技术被用于消除这种额外的技术问题。
2.Gap衬底：当使用LPE生长红色和黄色LED时，通常使用Gap外延层，波长范围为565-700nm；当使用VPE生长红色和黄色LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm之间；当使用MOCVD时，通常会生长AlInGaP外延结构。
这种结构解决了GaAs衬底光吸收的缺点，直接在透明衬底上生长LED结构，但缺点是晶格失配。
生长InGaP和AlGaInP结构需要缓冲层。
此外，基于gap的iii-n-v材料体系也引起了广泛的兴趣。
这种材料结构不仅可以改变带宽，而且当只添加0.5%的氮时，也可以改变带隙从间接到直接，并且在红色区域（650 nm）有很强的发光效应。
使用这种结构制造led，可以从Gan P晶格匹配异质结构一步外延形成led结构，并且可以省略GaAs衬底去除和晶圆键合透明衬底的复杂过程。
二、蓝绿光led用于氮化镓研究的衬底材料很多，但只有两种可用于生产的衬底，即蓝宝石al2o3和碳化硅SiC。
LED芯片16种衬底、外延及芯片结构分析
ＬＥＤ芯片１６ 种衬底、外延及芯片结构分析近几年LED技术发展迅速，取得衬底、外延及芯片核心技术突破性进展。
１、图形化衬底LED外延现阶段普遍使用图形化衬底（PSS），PSS目前分为微米级PSS和纳米级nPSS，微米级PSS 有各种形状图形，图形高度一般1.1~1.6μm，园直径2.5~3μm，周期约4μm，采用光微投影及电浆干式蚀刻技术，一般可提高光效30~40%。
nPSS一般采用纳米压印技术，图形大小约260nm，周期约460nm，一般可提高光效70%左右。
（１）ｎＰＳＳ衬底对纳米模板及衬底平行度要求苛刻，nPSS优点：LED更高发光效率，均匀性更好，成本低。
如在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为450nm园孔的六角形阵列，使绿光LED输出光功率是原来的三倍。
（２）纳米柱ＰＳＳ英国塞伦公司的新技术，在蓝宝石衬底上采用独特的纳米光刻技术，形成表面的纳米柱，在此衬底上外延生长可缓解应力85%，从而大幅度减少缺陷，可提高发光亮度达80~120%，LED光效的产业化水平达200lm/w，并改善Droop效应，衰减减缓约30%。
小结：PSS能较大提高LED发光效率，特别是纳米级nPSS能更大提升LED发光效率，PSS是现阶段LED核心技术的发展趋势。
对PSS在降低成本方面有不同看法。
２、同质衬底同质衬底是以GaN作衬底，生长GaN衬底有多种方法，一般采用HVPE（氢化物气相外延）或钠流法，生产GaN衬底要很好解决残留应力和表面粗糙问题，衬底厚度约400~500μm，现可产业化。
GaN衬底的优点：位错密度低（105~106个/cm2），内量子效率可达80%以上，生长时间短约2小时，节省大量原材料，可大幅度降低成本。
（１）实现高亮度ＬＥＤ丰田合成采用c面GaN衬底生长LED芯片，其面积为1mm2，可实现400lm光通量。
（２）ＨＶＰＥ生长ＧａＮ衬底产业化三菱化学、住友电工、日立电线等公司采用HVPE法生长GaN衬底，厚度450μm左右，位错密度（106~107个/cm2），三菱化学近期宣布可提供6″GaN衬底，并计划2015年将成本降至目前的十分技术纵横Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｗｗｗ．ｃｎ－ｚｇｚｍ．ｃｏｍ ｜ １－２ ／ ２０１６ 69之一。
LED用蓝宝石衬底介绍
蓝宝石<Al2O3>特性表
Al2O3
3.95-4.1克/立方厘米
六方晶格
a=4.785Å , c=12.991Å
9
(仅次于钻石:10)
2045℃
3000℃
5.8×10 -6 /K
0.418W.s/g/k
25.12W/m/k (@ 100℃)
no =1.768 ne =1.760
13x10 -6 /K(@633nm)
5 蓝宝石基板的主要技术参数
外延片厂家因为技术及工艺的不同,对蓝宝石基板的要求也 不同,比如厚度,晶向等.
下面列出几个厂家生产的蓝宝石基板的一些基础技术参数< 以成熟的C面2英寸蓝宝石基板为例子>.更多的则是外延片 厂家根据自身的技术特点以及所生产的外延片质量要求来 向蓝宝石基板厂家定制合乎自身使用要求的蓝宝石基板. 即客户定制化.
目前大部分的蓝光/绿光/白光LED产品都是以日本##为代表的使用蓝宝石 基板进行MOCVD磊晶生产的产品.使得蓝宝石基板有很大的普遍性,以 美国Cree公司使用SiC为基板为代表的LED产品则跟随其后.
2:图案化蓝宝石基板 <Pattern Sapphire Substrate简称PSS>
以蚀刻<在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻>的方式,在蓝宝石基板上设计制 作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,藉以控制LED之输 出光形式<蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加 光的取出率>,同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊 晶的效果,减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷,改善磊晶质 量,并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率.与成长于一般蓝宝石 基板的LED相比,亮度增加了70%以上.目前##生产图案化蓝宝石有中美 矽晶、合晶、兆晶,兆达.蓝宝石基板中2/4英寸是成熟产品,价格逐渐 稳定,而大尺寸<如6/8英寸>的普通蓝宝石基板与2英寸图案化蓝宝石 基板处于成长期,价格也较高,其生产商也是主推大尺寸与图案化蓝宝 石基板,同时也积极增加产能.目前大陆还没有厂家能生产出图案化蓝 宝石基板.
led衬底 外延片 芯片的关系
led衬底外延片芯片的关系LED是一种半导体发光器件，其核心组成部分是芯片。
而要制造LED 芯片，需要依赖于外延片作为基底材料。
因此，LED衬底、外延片和芯片之间存在着密切的关系。
我们来了解一下LED衬底。
LED衬底是指在制造LED器件时，作为芯片的基底材料使用的衬底。
LED衬底主要有几种常见的材料，包括蓝宝石、氮化铝和硅等。
其中，蓝宝石是最常用的LED衬底材料之一。
它具有优良的热导性能和光透性，能够有效传导芯片产生的热量，并透明地传播出LED发光的光线。
而氮化铝和硅则在特定应用场景中被广泛采用。
LED外延片是在LED衬底上生长LED芯片所需的材料层。
外延片的材料和生长方式对LED芯片的性能和质量具有重要影响。
常见的外延片材料包括氮化铝外延片、磷化铝镓外延片等。
在外延片生长过程中，通过控制材料成分和生长条件，可以实现不同波长和颜色的LED芯片的制备。
外延片的质量和生长工艺的优化对于提高LED芯片的性能和稳定性至关重要。
LED芯片是LED器件的核心部分，也是LED外延片的最上层。
LED芯片由多层材料组成，包括P型和N型半导体材料。
在LED芯片中，P 型和N型材料之间形成的PN结会形成电场，当电流通过芯片时，电子与空穴在PN结的电场作用下重新组合并释放出能量，从而发光。
LED芯片的材料和结构设计决定了LED器件的电学特性和发光性能。
LED衬底、外延片和芯片之间存在着密切的关系。
LED衬底作为芯片的基底材料提供了支撑和传导热量的功能，外延片则为芯片的生长提供了合适的材料层，而芯片则是LED器件的核心部分，决定了LED器件的电学特性和发光性能。
这三者相互配合，共同构成了高性能和高品质的LED器件。
在LED产业的发展过程中，LED衬底、外延片和芯片的技术不断创新和突破，以提高LED器件的效率和可靠性。
同时，LED衬底材料的选择、外延片的生长工艺和芯片的设计都对LED器件的性能和成本有着重要影响。
因此，LED衬底、外延片和芯片的研发和制造技术一直是LED产业链中的热点和关注焦点。
硅衬底PK蓝宝石衬底,胜负几何？
硅衬底PK蓝宝石衬底，胜负几何？
基于氮化镓的蓝/白光LED的芯片结构强烈依赖于所用的衬底材料。
目前
大部分厂商采用蓝宝石作为衬底材料，芯片结构主要分为4类，如正装芯片结构
这类芯片广泛被中低功率的封装产品所采用，优点是价格低；缺点是由于蓝宝石导热性能差，所以芯片散热较差，P型材料的导电性也较差，因此注入电流受到限制。
此外，芯片是五面发光的，通常需要将将芯片置于支架内，如倒装结构
为了克服传统正装结构散热较差、注入电流受限等缺陷，有科学家提出了倒装结构。
热可以由芯片直接传递到如陶瓷等基底材料上，而不用通过导热能力较差的蓝宝石衬底，因此注入电流可以显著提高；单位面积的光通量也可以显著提升。
缺点是芯片是五面发光的，给需要精确二次光学设计的场合，如小角度射灯、手机闪光灯、车灯、超薄背光及平板灯等带来了诸多的不便，此外，也存在正装五面出光芯片所面临的颜色不均匀的问题。
薄膜倒装结构
为了解决倒装结构存在的问题，有人提出了薄膜倒装结构，在倒装芯片的基础上，通过用激光剥离技术去除了蓝宝石衬底，得到单面发光的薄膜芯片。
薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方，利于二次光学设计，此外也具体非常好的表面颜色均匀性。
但是要用到工艺复杂的激光剥离技术，成本高、良率低，芯片本身也容易存在缺陷，另外，由于是倒装结构，在芯片和(陶瓷)衬底之间有间隙，一定程度上降低了芯片的导热能力；同时，由于芯片非常薄，在使用中容易出现芯片裂痕、漏电等问题。
垂直结构。
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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。
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的出光效率。
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CREE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。
图2 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片[/url]
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单晶材料，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Al2O3。
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衬底有化学稳定性好、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Al2O3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。