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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。

2、Al2O3衬底

目前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是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；不足方面虽然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被过渡层生长技术所克服，

导电性能差通过同侧P、N电极所克服，机械性能差不易切割通过雷射划片所克服，很大的热失配对外

延层形成压应力因而不会龟裂。但是，差的导热性在器件小电流工作下没有暴露出明显不足，却在功率

型器件大电流工作下问题十分突出。

3、SiC衬底

除了Al2O3衬底外，目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，它在市场上的占有率位居第2，目前还未

有第三种衬底用于氮化镓LED的商业化生产。它有许多突出的优点，如化学稳定性好、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380nm以下的紫外光，不适合用来研发380nm

以下的紫外LED。由于SiC衬底优异的的导电性能和导热性能，不需要像Al2O3衬底上功率型氮化镓

LED器件采用倒装焊技术解决散热问题，而是采用上下电极结构，可以比较好的解决功率型氮化镓LED

器件的散热问题。目前国际上能提供商用的高质量的SiC衬底的厂家只有美国CREE公司。

4、Si衬底

在硅衬底上制备发光二极管是本领域中梦寐以求的一件事情，因为一旦技术获得突破，晶圆生长成

本和器件加工成本将大幅度下降。Si片作为GaN材料的衬底有许多优点，如晶体质量高，尺寸大，成

本低，易加工，良好的导电性、导热性和热稳定性等。然而，由于GaN外延层与Si衬底之间存在巨大

的晶格失配和热失配，以及在GaN的生长过程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si衬底上很难得到无龟

裂及器件级质量的GaN材料。另外，由于硅衬底对光的吸收严重，LED节能灯出光效率低。

5、ZnO衬底

之所以ZnO