LED衬底材料和护栏组成的一些你必须知道的小常识！

　　什么是LED衬底材料？LED衬底有哪些？

　　LED照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。由于LED的寿命长，安全可靠，环保节能，色彩多样，所以自从LED发明以来，很快就获得世人的认可。全球都投入了大量的人力、财力去研究和开发。

　　我国LED产业起步于20世纪70年代，经过40多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在"国家半导体照明工程"的推动下，我国LED下游产业有了长足的发展，但是上游的LED产业仍然需要进一步的投入，以赶上日本，美国和欧洲。

　　 衬底材料的要求

　　当今大部分的芯片是GaN，GaN的生长方法有很多种，但是由于尚未解决单晶生产工艺，目前还是在衬底上进行外延生长，是依靠有机金属气象沉积法在相关的异型支撑衬底上生长的［1］。这样，衬底材料的选用就是我们首要考虑的问题。要想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［2］。目前来说，好的衬底材料应该有以下九方面的特性：

　　（1）结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。

　　（2）接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。

　　（3）化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。

　　（4）热学性能好，要具备良好的导热性。

　　（5）导电性好，有利于衬底电极的制备［3］。

　　（6）光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小。

　　（7）机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。

　　（8）价格低廉。

　　（9）大尺寸，一般要求直径不小于2英寸。

　　表1中列举了常见的衬底材料的结构和晶格常数［4］。

　　 衬底材料种类

　　目前一般采用诸如在蓝宝石、SiC、Si、GaAs或其它衬底材料上生长GaN［5］。

　　 蓝宝石衬底材料

　　目前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是蓝宝石。

　　蓝宝石的组成为氧化铝（Al2O3），是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。它常被应用的切面有A-Plane，C-Plane及R-Plane。由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光（190nm）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℃）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，蓝宝石（单晶Al2O3）C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料。

　　 蓝宝石晶体的生长方法

　　柴氏拉晶法（Czochralski method），简称CZ法。先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭。

　　凯氏长晶法（Kyropoulos method），简称KY法，国内称之为泡生法。其原理与柴氏拉晶法（Czochralski method）类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种（SeedCrystal，又称籽晶棒）接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇。

　　 蓝宝石的优缺点

　　蓝宝石的优点：（1）生产技术成熟、器件质量较好；（2）稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；（3）机械强度高，易于处理和清洗。

蓝宝石的不足：（1）晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；（2）蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；（3）增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作