衬底的材料选用

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。表1三种衬底材料的性能比较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。

LED蓝宝石衬底有许多优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量好；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。

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，其切割精度均以μm级计算，这对于蓝宝石衬底切割的工艺要求提出了非常高的考验。

由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性。因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上。

它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高(2045°C) 等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关。

扩展资料

蓝宝石基板应用种类：广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种：

1、C-P1ane蓝宝石基板：这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面。这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定，在C面进行磊晶的技术成熟稳定。

2、R-P1ane或M- Plane蓝宝石基板：主要用来生长非极性/半极性面GaN外延薄膜，以提高发光效率。通常在蓝宝石基板上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，而c轴是GaN的极性轴。

导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场，发光效率会因此降低，发展非极性面GaN外延，克服这一-物理现象，使发光效率提高。

3、图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate 简称PSS)：以成长(Growth)或蚀刻(Etching)的方式，在蓝宝石基板上设计制作出纳米级特定规则的微结构图案藉以控制LED之输出光形式。

并可同时减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。

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。

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。

蓝宝石衬底材料是一种用于LED芯片衬底的材料，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。

相关介绍：

传统的LED芯片采用正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂，下面以蓝宝石作为衬底。一方面,由于蓝宝石的导热性较差，有源层产生的热量不能及时地释放，而且蓝宝石衬底会吸收有源区的光线,即使增加金属反射层也无法完全解决吸收的问题。

扩展资料

2001年，LumiLeds研制出了AIGalnN功率型倒装芯片结构，LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上。这样大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底，而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座，由于其有源发热区更接近于散热体，可降低内部热沉热阻。

由SemiLedS研发的以蓝宝石为衬底的垂直结构GaN基LED芯片从2005年11月开始进入市场。制造垂直结构LED芯片有两种基本方法，剥离生长衬底和不剥离生长衬底。

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。三种衬底材料：蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。

参考资料来源：百度百科-蓝宝石衬底

书法作品纸写彩色A4纸张衬底是指将书法作品写在彩色A4纸张上，并在纸张的背面放置一层衬底，以保护书法作品的完整性。衬底可以是一层硬纸板，也可以是一层柔软的棉花纸，甚至可以是一层棉布，这取决于书法作品的类型和纸张的厚度。衬底的作用是保护书法作品，防止书法作品在写作过程中受到损坏，也可以防止书法作品的表面受到污染。

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