LED用藍寶石襯底材料有哪幾種

1樓：moonish_瀟

led用襯底材料一般有藍寶石襯底，碳化矽襯底及矽襯底三種，其中藍寶石襯底應用最廣泛，因為其加工方法以及加工成本等與其他兩種相比較都有不小的優勢。雖說在晶格匹配上面是氮化鎵襯底砷化鎵襯底最為匹配，但其生產加工方法要比碳化矽及矽等都更難上加難。

當前用於gan基led的襯底材料比較多，但是能用於商品化的襯底目前只有兩種，即藍寶石和碳化矽襯底。其它諸如gan、si、zno襯底還處於研發階段，離產業化還有一段距離。

一、紅黃光led

紅光led以gap(二元系)、algaas(三元系)和algainp(四元系)為主，主要採用gap和gaas作為襯底，未產業化的還有藍寶石al2o3和矽襯底。

1、gaas襯底：在使用lpe生長紅光led時，一般使用algaas外延層，而使用mocvd生長紅黃光led時，一般生長alingap外延結構。外延層生長在gaas襯底上，由於晶格匹配，容易生長出較好的材料，但缺點是其吸收這一波長的光子，布拉格反射鏡或晶片鍵合技術被用於消除這種額外的技術問題。

2、gap襯底：在使用lpe生長紅黃光led時，一般使用gap外延層，波長範圍較寬565-700nm;使用vpe生長紅黃光led時，生長gaasp外延層，波長在630-650nm 之間;而使用mocvd時，一般生長alingap外延結構，這個結構很好的解決了gaas襯底吸光的缺點，直接將led結構生長在透明襯底上，但缺點是晶格失配，需要利用緩衝層來生長ingap和algainp結構。另外，gap基的iii-n-v材料系統也引起廣泛的興趣，這種材料結構不但可以改變頻寬，還可以在只加入0.

5 %氮的情況下，帶隙的變化從間接到直接，並在紅光區域具有很強的發光效應(650nm)。採用這樣的結構製造led，可以由ganp 晶格匹配的異質結構，通過一步外延形成led結構，並省去gaas襯底去除和晶片鍵合透明襯底的複雜工藝。

二、藍綠光led

用於氮化鎵研究的襯底材料比較多，但是能用於生產的襯底目前只有二種，即藍寶石al2o3和碳化矽sic襯底。

1、氮化鎵襯底：用於氮化鎵生長的最理想的襯底自然是氮化鎵單晶材料，這樣可以大大提高外延片膜的晶體品質，降低位元錯密度，提高器件工作壽命，提高發光效率，提高器件工作電流密度。可是，製備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有行之有效的辦法。

有研究人員通過hvpe方法在其他襯底(如al2o3、sic、lgo)上生長氮化鎵厚膜，然後通過剝離技術實現襯底和氮化鎵厚膜的分離，分離後的氮化鎵厚膜可作為外延用的襯底。這樣獲得的氮化鎵厚膜優點非常明顯，即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位元錯密度，比在al2o3、sic上外延的氮化鎵薄膜的位元錯密度要明顯低;但**昂貴。因而氮化鎵厚膜作為半導體照明的襯底之用受到限制。

2、藍寶石al2o3襯底：目前用於氮化鎵生長的最普遍的襯底是al2o3，其優點是化學穩定性好、不吸收可見光、**適中、製造技術相對成熟;不足方面雖然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被過渡層生長技術所克服，導電效能差通過同側p、n電極所克服，機械效能差不易切割通過雷射劃片所克服，很大的熱失配對外延層形成壓應力因而不會龜裂。但是，差的導熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。

3、sic襯底：除了al2o3襯底外，目前用於氮化鎵生長襯底就是sic，它在市場上的佔有率位居第2，目前還未有第三種襯底用於氮化鎵led的商業化生產。它有許多突出的優點，如化學穩定性好、導電效能好、導熱效能好、不吸收可見光等，但不足方面也很突出，如**太高、晶體品質難以達到al2o3和si那麼好、機械加工效能比較差。

另外，sic襯底吸收380 nm以下的紫外光，不適合用來研發380 nm以下的紫外led。由於sic襯底優異的的導電效能和導熱效能，不需要像al2o3襯底上功率型氮化鎵led器件採用倒裝焊技術解決散熱問題，而是採用上下電極結構，可以比較好的解決功率型氮化鎵led器件的散熱問題。目前國際上能提供商用的高品質的sic襯底的廠家只有美國cree公司。

4、si襯底：在矽襯底上製備發光二極體是本領域中夢寐以求的一件事情，因為一旦技術獲得突破，外延片生長成本和器件加工成本將大幅度下降。si片作為gan材料的襯底有許多優點，如晶體品質高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導電性、導熱性和熱穩定性等。

然而，由於gan外延層與si襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配，以及在gan的生長過程中容易形成非晶氮化矽，所以在si 襯底上很難得到無龜裂及器件級品質的gan材料。另外，由於矽襯底對光的吸收嚴重，led出光效率低。

5、zno襯底：之所以zno作為gan外延片的候選襯底，是因為他們兩者具有非常驚人的相似之處。兩者晶體結構相同、晶格失配度非常小，禁頻寬度接近(能帶不連續值小，接觸勢壘小)。

但是，zno作為gan外延襯底的致命的弱點是在gan外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。目前，zno半導體材料尚不能用來製造光電子器件或高溫電子器件，主要是材料品質達不到器件水準和p型摻雜問題沒有真正解決，適合zno基半導體材料生長的裝置尚未研製成功。今後研發的重點是尋找合適的生長方法。

但是，zno本身是一種有潛力的發光材料。 zno的禁頻寬度為3.37 ev，屬直接帶隙，和gan、sic、金剛石等寬禁帶半導體材料相比，它在380 nm附近紫光波段發展潛力最大，是高效紫光發光器件、低閾值紫光半導體雷射器的候選材料。

zno材料的生長非常安全，可以採用沒有任何毒性的水為氧源，用有機金屬鋅為鋅源。

6、znse襯底：有人使用mbe在znse襯底上生長zncdse/znse等材料，用於藍光和綠光led器件，最先由住友公司推出，由於其不需要熒光粉就可以實現白光led的目標，故可降低成品，同時電源迴路構造簡單，其操作電壓也比gan白光led低。但是其並沒有推廣，這是因為由於使用mocvd，p型參雜沒有很好解決，試驗中需要用到sb來參雜，所以一般採用mbe生長，同時其發光效率較低，，而且由於自補償效應的影響，使得其效能不穩定，器件壽命較短。

現在藍寶石襯底是最為廣泛應用的，晶體主要材料來自美國，俄羅斯，臺灣，大陸也開始慢慢起來了

2樓：匿名使用者

藍寶石襯底，化學式是al2o3。

目前用於氮化鎵生長的最普遍的襯底是al2o3，其優點是化學穩定性好、不吸收可見光、**適中、製造技術相對成熟；不足方面雖然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被過渡層生長技術所克服，導電效能差通過同側p、n電極所克服，機械效能差不易切割通過雷射劃片所克服，很大的熱失配對外延層形成壓應力因而不會龜裂。但是，差的導熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。其襯底分兩種：

1、未加深，即「未圖形化的」平藍寶石基板，2、是「圖形化的」平藍寶石基板。前者因異質外延存在很大的晶格失配，所以很少使用。

3樓：匿名使用者

藍寶石襯底，市場上主要是c向襯底及c向pss襯底。主要是工藝成熟。

另外還有實驗用m向，a向及r向襯底。但缺陷較多，沒有成熟工藝，目前市場幾乎沒有。

4樓：匿名使用者

只有臺灣的一種，**便宜，led背光電視就是如此，還有碳化矽的是美國的，目前知道的只有這兩種

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