LED芯片常用衬底材料.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑LED芯片常用衬底材料 LED芯片常用衬底材料选用对比 对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题理应采用哪种适合的衬底，需要根据设备和LED器件的要求举行选择目前市面上一般有三种材料可作为衬底： 1. 蓝宝石（Al2O3） 2. 硅 (Si) 3. 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大量的优点：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；结果，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例如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1011Ωcm，在这种处境下无法制作垂直布局的器件；通常只在外延层上外观制作n型和p型电极（如图1所示）。

在上外观制作两个电极，造成了有效发光面积裁减，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、本金增加由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属通明电极的方法，使电流分散，以达成平匀发光的目的但是金属通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，不轻易对其举行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产本金 蓝宝石的硬度分外高，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举行减薄和切割（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；更加是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个分外重要的考虑因素为了抑制以上困难，好多人试图将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 目前有片面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滚动的，也可以是纵向滚动的由于电流可以纵向滚动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率由于硅是热的良导体，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公司特意采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向滚动的采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都分外好，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 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外观和底部，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分散层，因此光不会被电流分散层的材料吸收，这样又提高了出光效率但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造本金较高，实现其商业化还需要降低相应的本金 三种衬底的性能对比 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对比可参见表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*价 1．衬底与外延膜的布局匹配：外延材料与衬底材料的晶体布局一致或相近、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：热膨胀系数的匹配分外重要，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，不能由于与外延膜的化学回响使外延膜质量下降； 4．材料制备的难易程度及本金的上下：考虑到产业化进展的需要，衬底材料的制备要求干脆，本金不宜很高衬底尺寸一般不小于2英寸 当前用于GaN基LED的衬底材料对比多，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 — 5 —。