。蓝宝石(Al2O3),硅 (Si),碳化硅(SiC)LED衬底材料的选用比较)
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。
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。
一、红黄光LED红光LED以GaP(二元系)、AlGaAs(三元系)和AlGaInP(四元系)为主，主要采用GaP和GaAs作为衬底，未产业化的还有蓝宝石Al2O3和硅衬底。
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：在使用LPE生长红黄光LED时，一般使用GaP外延层，波长范围较宽565-700nm;使用VPE生长红黄光LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm 之间;而使用MOCVD时，一般生长AlInGaP外延结构，这个结构很好的解决了GaAs衬底吸光的缺点，直接将LED结构生长在透明衬底上，但缺点是晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。
另外，GaP 基的III-N-V材料系统也引起广泛的兴趣，这种材料结构不但可以改变带宽，还可以在只加入0.5 %氮的情况下，带隙的变化从间接到直接，并在红光区域具有很强的发光效应(650nm)。
采用这样的结构制造LED，可以由GaNP 晶格匹配的异质结构，通过一步外延形成LED结构，并省去GaAs衬底去除和晶片键合透明衬底的复杂工艺。
二、蓝绿光LED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。
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。
2022年LED照明基础题和面试题
《LED 制造技术与应用》阶段考试（一）一、 填空题（每空1分，共23分）1、590nm 波长旳光是 黄 光（填颜色）；380nm 波长旳光是 紫 光（填颜色）,可见光旳波长范畴是 380－780 nm 。
2、目前市场主流旳白光LED 产品是由 InGaN (蓝光) 芯片产生旳 蓝 光与其激发 YAG 荧光粉产生旳 黄 光混合而成旳，且该方面旳专利技术重要掌握在日本日亚化学公司手中。
3、色温越偏蓝，色温越 高（冷） ，偏红则色温越 低（暖） 。
4、对于GaAs,SiC 导电衬底，具有面电极旳 红、黄（单电极或L 型） LED 芯片，采用 银胶 来固晶；对于蓝宝石绝缘衬底旳 蓝、绿（双电极或V 型）LED 芯片，采用 绝缘胶 来固定芯片。
6、银胶旳性能和作用重要体目前： 固定芯片 、 导电性 、 导热性 。
7、翻译如下行业术语：示例：外延片 Wafer（1） 发光二极管 Light emitting diode（2） 芯片 chip（3） 荧光粉 phosphor直插式LED LED Lamp8、若已知外延材料旳禁带宽度(符号：Eg ，单位：eV)，则该外延片制作旳LED 发光波长与禁带宽度旳关系一般可表达为：g1240E ＝ nm 9、金丝球焊机在操作过程中，四要素是：时间 、 功率 、 压力 、 温度 。
二、 判断题（对旳打“√”，错旳打“×”，16分，每题2分）1、既有YAG 黄色荧光粉，分别采用波长为460nm 和470nm 旳蓝光LED 芯片激发，则470nm 一定比460nm 激发旳效率高。
（×）2、在CIE 图中，x 代表蓝色，y 代表绿色，z 代表红色，且x ＋y ＋z ＝1。
（×）3、发光强度不小于100mcd 旳LED ，称之为超高亮度旳LED 。
（√）4、对于InGaAlP 材料，可选用合适旳Al －Ga 组分派比，以便在黄绿色到深红色旳光谱范畴内调节LED旳波长。
蓝宝石基板制作项目工艺、成本对比
蓝宝石基板制作项目工艺、成本对比
可用于LED衬底的材料主要有硅、碳化硅、蓝宝石、氮化镓等。
由于硅单晶和氮化镓晶格匹配太差无无法商业化应用；碳化硅单晶成本价格较高，目前市价约是蓝宝石晶体的5
倍以上，且只有美国科瑞公司掌握成熟技术，目前占市场应用不到10%；氮化镓单晶制备更是困难，虽然同质外延质量最好，但价格是蓝宝石晶体的数百倍。
综上所述，预计在未来10到30年范围，蓝宝石单晶是LED衬底材料的理想选择。
蓝宝石制备工艺
蓝宝石单晶的制备工艺路线较多，其中比较典型的有直拉法（CZ）、坩埚下降法、热交换法及泡生法。
由于直拉法位错密度过高且成本较高，难以满足商业化大批量生产的要求。
而坩埚下降法虽然成本较低，但晶体品质不高，虽然在目前蓝宝石晶体较为缺货时可以被客户认可，一旦供需趋于平衡时势必会被市场淘汰。
热交换法具有品质上的优势，但成本较高，且目前国际上只有美国crystal system 公司一家掌握。
泡生法或改良泡生法是蓝宝石晶体生长的主流技术，从全球的LED衬底供应上，基于泡生法生长的蓝宝石片占70%以上。
香港科瑞斯特科技有限公司提供的ISS3510型设备是采用LSG工艺生长蓝宝石单晶体的全自动设备，在传统泡生法的基础上作了较多的改进，克服了原工艺一致性不高等缺点（不同工艺的优缺点比较和成本比较见表二、表三）。
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。
【精品文章】LED衬底蓝宝石原料高纯氧化铝的生产方法
LED衬底蓝宝石原料高纯氧化铝的生产方法
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。
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） 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。
生产蓝宝石晶体主要消耗的原料为5N高纯氧化铝。
目前国内生产高纯氧化铝的主流技术有三种：多重结晶法、醇盐水解法、直接水解法。
1，多重结晶法具体又分为硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法。
目前国内山东，上海，贵州等地的厂家，多数采取这种方法。
它的缺点就是金属铁、镍、钛、锆等离子以及卤素元素难以去除，纯度最多可以达到4N，基本已经极限了，实际是3个9；从纯度上说，它的缺陷挺大，一般只能用在焰熔法宝石上，要直接拿来做大尺寸蓝宝石晶体原料就很难。
无法满足高端要求。
2，直接水解法即为胆碱法，胆碱法是目前国内规模最大的4N级氧化铝生产方法。
目前河北，广州有厂家用的是这种方法。
只能做工业宝石和低端蓝宝石。
这种工艺的主要缺陷在于无法再次提纯，原料是什么级别，做出来的氧化铝，就是什么级别，不可能超越原料水平。
而且在水解过程中，为了。
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。
蓝宝石衬底、LED衬底“四剑客”布局如哪般!
蓝宝石衬底、LED衬底“四剑客”布局如哪般！来源微信公众号：蓝宝石材料蓝宝石材料资讯公众号，每天晚上10点左右推送，都是精华内容哦。
目前用于LED产业化的衬底主要有蓝宝石（Al2O3）、SiC和Si，Cree公司用SiC为衬底，东芝公司宣布8″的硅衬底生长LED将于2013年产业化，其余的大部分以蓝宝石为主。
全球生产蓝宝石衬底有130多家，其中有80多家是近两年加入的。
2012年的需求量约9600万片（以2″计算），其中蓝宝石图形化衬底（PSS）占70%~80%，目前仍以2″和4″衬底片为主，由于同样面积的6″晶片比2″晶片要多出52%芯片，所以预测几年后将以6″为主。
由于生产能力过大，供大于求，致使蓝宝石晶片价格大幅度下降，大约为每片7~8美元。
在蓝宝石晶体生长上大部分采用A轴向生长，取出C轴向的晶片，材料利用率过低，2″为35%左右，6″约为20%。
据有资料显示：采用CHES法直接按C轴向生长，材料利用率可达75%，而且减少了张力和应力，从而降低了衬底晶片的弯曲度和翘曲度，因此，极大提高了蓝宝石衬底的生产效率、晶片质量及降低成本。
近几年全球正在研究很多LED的新衬底，取得了很大成果。
中国生产蓝宝石衬底的企业约50家，其中已投产约30家左右，生产能力已达1亿片/年（以2″计算），超过全球的需求量。
而且由于蓝宝石企业直接生产PSS衬底的不多，企业的竞争力较差，企业走向转型、整合、兼并是必然的。
另外，还有山东华光采用SiC衬底生长LED，南昌晶能采用6″的Si衬底生长LED，均取得较好成果。
蓝宝石衬底（1）图形衬底衬底是支撑外延薄膜的基底，由于缺乏同质衬底，GaN基LED一般生长在蓝宝石、SiC、Si等异质衬底之上。
发展至今，蓝宝石已经成为性价比最高的衬底，使用最为广泛。
由于GaN的折射率比蓝宝石高，为了减少从LED出射的光在衬底界面的全发射，目前正装芯片一般都在图形衬底上进行材料外延以提高光的散射。
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∙1、蓝宝石（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）LED衬底材料的选用
比较
∙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。
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GaN LED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GaN LED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。