蓝宝石（Al2O3）,硅 (Si),碳化硅（SiC）LED衬底资料的选用比较
关于制造LED芯片来说，衬底资料的选用是首要考虑的问题。应该选用哪种适宜的衬底，需求依据设备和LED器材的要求进行挑选。现在市面上一般有三种资料可作为衬底：
·蓝宝石（Al2O3）
·硅 (Si)
·碳化硅（SiC）
蓝宝石衬底
一般，GaN基资料和器材的外延层首要成长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的长处：首要，蓝宝石衬底的出产技能老练、器材质量较好；其次，蓝宝石的安稳性很好，能够运用在高温成长进程中；最终，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因而，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了运用蓝宝石衬底做成的LED芯片。
运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，这会在外延层中发生很多缺点，一起给后续的器材加工工艺形成困难。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造笔直结构的器材；一般只在外延层上外表制造n型和p型电极（如图1所示）。在上外表制造两个电极，形成了有用发光面积削减，一起添加了器材制造中的光刻和刻蚀工艺进程，成果使资料利用率下降、本钱添加。因为P型GaN掺杂困难，当时遍及选用在p型GaN上制备金属通明电极的方法，使电流分散，以到达均匀发光的意图。可是金属通明电极一般要吸收约30%~40%的光，一起GaN基资料的化学功能安稳、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因而在刻蚀进程中需求较好的设备，这将会添加出产本钱。
蓝宝石的硬度非常高，在天然资猜中其硬度仅次于金刚石，可是在LED器材的制造进程中却需求对它进行减薄和切开（从400nm减到100nm左右）。添加完结减薄和切开工艺的设备又要添加一笔较大的出资。
蓝宝石的导热功能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因而在运用LED器材时，会传导出很多的热量；特别是对面积较大的大功率器材，导热功能是一个非常重要的考虑要素。为了战胜以上困难，很多人企图将GaN光电器材直接成长在硅衬底上，然后改进导热和导电功能。
硅衬底
现在有部分LED芯片选用硅衬底。硅衬底的芯片电极可选用两种触摸方法，分别是L触摸（Laterial-contact ,水平触摸）和 V触摸（VerTIcal-contact，笔直触摸），以下简称为L型电极和V型电极。经过这两种触摸方法，LED芯片内部的电流可所以横向活动的，也可所以纵向活动的。因为电流能够纵向活动，因而增大了LED的发光面积，然后进步了LED的出光功率。因为硅是热的良导体，所以器材的导热功能能够显着改进，然后延长了器材的寿数。
碳化硅衬底
碳化硅衬底（美国的CREE公司专门选用SiC资料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向活动的。选用这种衬底制造的器材的导电和导热功能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器材。选用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。
图2 选用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片
碳化硅衬底的导热功能（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。蓝宝石自身是热的不良导体，并且在制造器材时底部需求运用银胶固晶，这种银胶的传热功能也很差。运用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极散布在器材的外表和底部，所发生的热量能够经过电极直接导出；一起这种衬底不需求电流分散层，因而光不会被电流分散层的资料吸收，这样又进步了出光功率。可是相关于蓝宝石衬底而言，碳化硅制形本钱较高，完成其商业化还需求下降相应的本钱。
三种衬底的功能比较
前面的内容介绍的便是制造LED芯片常用的三种衬底资料。这三种衬底资料的综合功能比较可参见表1。
除了以上三种常用的衬底资料之外，还有GaAS、AlN、ZnO等资料也可作为衬底，一般依据规划的需求挑选运用。
衬底资料的点评
1．衬底与外延膜的结构匹配：外延资料与衬底资料的晶体结构相同或附近、晶格常数失配小、结晶功能好、缺点密度低；
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，外延膜与衬底资料在热膨胀系数上相差过大不只可能使外延膜质量下降，还会在器材作业进程中，因为发热而形成器材的损坏；
3．衬底与外延膜的化学安稳性匹配：衬底资料要有好的化学安稳性，在外延成长的温度和气氛中不易分化和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降；
4．资料制备的难易程度及本钱的凹凸：考虑到产业化开展的需求，衬底资料的制备要求简练，本钱不宜很高。衬底尺度一般不小于2英寸。
当时用于GaN基LED的衬底资料比较多，可是能用于商品化的衬底现在只要两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。其它比如GaN、Si、ZnO衬底还处于研制阶段，离产业化还有一段距离。
氮化镓：
用于GaN成长的最理想衬底是GaN单晶资料，能够大大进步外延膜的晶体质量，下降位错密度，进步器材作业寿数，进步发光功率，进步器材作业电流密度。可是制备GaN体单晶非常困难，到现在为止还未有行之有用的方法。
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、晶格辨认度非常小，禁带宽度挨近（能带不接连值小，触摸势垒小）。可是，ZnO作为GaN外延衬底的丧命缺点是在GaN外延成长的温度和气氛中易分化和腐蚀。现在，ZnO半导体资料尚不能用来制造光电子器材或高温电子器材，首要是资料质量达不到器材水平缓P型掺杂问题没有得到真实处理，合适ZnO基半导体资料成长的设备没有研制成功。
蓝宝石：
用于GaN成长最遍及的衬底是Al2O3。其长处是化学安稳性好，不吸收可见光、价格适中、制造技能相对老练。导热性差虽然在器材小电流作业中没有露出显着缺乏，却在功率型器材大电流作业下问题非常杰出。
碳化硅：
SiC作为衬底资料使用的广泛程度仅次于蓝宝石，现在还没有第三种衬底用于GaNLED的商业化出产。SiC衬底有化学安稳性好、导电功能好、导热功能好、不吸收可见光等，但缺乏方面也很杰出，如价格太高，晶体质量难以到达Al2O3和Si那么好、机械加工功能比较差，别的，SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光，不合适用来研制380纳米以下的紫外LED。因为SiC衬底有利的导电功能和导热功能，能够较好地处理功率型GaNLED器材的散热问题，故在半导体照明技能领域占重要位置。
同蓝宝石比较，SiC与GaN外延膜的晶格匹配得到改进。此外，SiC具有蓝色发光特性，而且为低阻资料，能够制造。
