LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍

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。

LED芯片常用衬底材料对于制作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：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。

蓝宝石衬底用途蓝宝石衬底是一种广泛应用于科技领域的材料，具有多种用途和优势。

本文将介绍蓝宝石衬底的特性、应用领域以及未来发展趋势。

蓝宝石衬底具有优异的物理和化学性质。

它的硬度非常高，仅次于金刚石，因此具有出色的耐磨性和耐腐蚀性。

此外，蓝宝石衬底具有良好的热导性和电绝缘性能，使其成为制造高性能电子器件的理想选择。

蓝宝石衬底在光电子领域有着广泛的应用。

由于其晶体结构的特殊性质，蓝宝石衬底能够提供优异的光学性能。

它具有高透明度和低自发光特性，使其成为制造激光器、LED和光电探测器等器件的理想基底材料。

此外，蓝宝石衬底还可以用于制造光学窗口、光学镜片和光学纤维等光学元件。

除了光电子领域，蓝宝石衬底还在半导体领域发挥着重要作用。

由于其晶格结构的稳定性和高纯度的特性，蓝宝石衬底被广泛应用于制造集成电路和功率器件。

它可以作为衬底材料，提供良好的晶体生长平台，用于制备高质量的半导体薄膜。

此外，蓝宝石衬底还可以用于制造高频电子器件和微波器件，具有优异的高温稳定性和低损耗特性。

蓝宝石衬底还在生物医学领域展现出巨大潜力。

由于其生物相容性和抗腐蚀性能，蓝宝石衬底可以用于制造生物传感器、人工关节和植入式医疗器械等。

它的高透明度和低自发光特性也使其成为显微镜镜片和光学探针的理想选择。

未来，随着科技的不断进步，蓝宝石衬底的应用领域将进一步扩展。

例如，蓝宝石衬底可以用于制造高效能太阳能电池，提高太阳能转换效率。

此外，蓝宝石衬底还可以用于制造高功率电子器件，满足日益增长的能源需求。

同时，蓝宝石衬底在量子技术和纳米技术领域也有着广阔的应用前景。

蓝宝石衬底作为一种优异的材料，在光电子、半导体和生物医学领域具有广泛的应用。

随着科技的不断发展，蓝宝石衬底的应用前景将更加广阔。

相信在不久的将来，蓝宝石衬底将继续发挥重要作用，推动科技进步和社会发展。

关于LED蓝宝石衬底的调研报告1:蓝宝石详细介绍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.下图则分别为蓝宝石的切面图;晶体结构图上视图;晶体结构侧视图; Al2O3分之结构图;蓝宝石结晶面示意图最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性将由制程决定(a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看2 蓝宝石晶体的生长方法蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种:1: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.2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskimethod)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.3 蓝宝石衬底加工流程蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成.其相关制造流程如下:蓝宝石晶体晶棒晶棒基片4 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-Plane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-Plane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。

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。

目前，GaN基LED的衬底材料很多，但可用于商业化的衬底只有蓝宝石和碳化硅两种。

Gan、Si和ZnO等其他衬底仍处于研发阶段，离工业化还有一定距离。

一、红黄光led红色LED主要有gap（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）。

Gap和GaAs主要用作衬底，蓝宝石Al 2O 3和硅衬底尚未工业化。

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：当使用LPE生长红色和黄色LED时，通常使用Gap外延层，波长范围为565-700nm；当使用VPE生长红色和黄色LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm之间；当使用MOCVD时，通常会生长AlInGaP外延结构。

这种结构解决了GaAs衬底光吸收的缺点，直接在透明衬底上生长LED结构，但缺点是晶格失配。

生长InGaP和AlGaInP结构需要缓冲层。

此外，基于gap的iii-n-v材料体系也引起了广泛的兴趣。

这种材料结构不仅可以改变带宽，而且当只添加0.5%的氮时，也可以改变带隙从间接到直接，并且在红色区域（650 nm）有很强的发光效应。

使用这种结构制造led，可以从Gan P晶格匹配异质结构一步外延形成led结构，并且可以省略GaAs衬底去除和晶圆键合透明衬底的复杂过程。

二、蓝绿光led用于氮化镓研究的衬底材料很多，但只有两种可用于生产的衬底，即蓝宝石al2o3和碳化硅SiC。

2024年LED蓝宝石衬底市场发展现状引言LED蓝宝石衬底作为一种新兴的材料，在LED领域具有广泛的应用前景。

本文将对LED蓝宝石衬底市场的发展现状进行探讨。

首先，我们将介绍LED蓝宝石衬底的基本概念和特点，然后通过对市场规模、主要厂商、应用领域和发展趋势的分析，全面了解LED蓝宝石衬底市场的现状。

1. LED蓝宝石衬底的基本概念和特点1.1 基本概念LED蓝宝石衬底是一种以蓝宝石为基础材料制造的衬底，广泛应用于半导体领域。

它的独特结构和性能使其成为LED芯片制造的理想材料。

1.2 特点LED蓝宝石衬底具有以下几个显著的特点：•高热导率：LED蓝宝石衬底具有较高的热导率，能有效散热，提高LED 芯片的效率和寿命。

•光学透明性：蓝宝石晶体具有优异的光学透明性，能够让光线透过，提高LED芯片的发光效果。

•优异的机械稳定性：LED蓝宝石衬底具有优异的机械稳定性，能够保证LED芯片在运行过程中的可靠性和稳定性。

2. LED蓝宝石衬底市场规模2.1 市场概况目前，全球LED蓝宝石衬底市场规模不断扩大。

LED蓝宝石衬底在LED芯片制造中的重要性逐渐受到认可，并得到了广泛应用。

2.2 市场主要厂商在全球LED蓝宝石衬底市场中，主要厂商包括： - Rubicon Technology - Monocrystal - Crystal Applied Technology - Silian Tech - Crystaland - Crystalwise Technology - Kyocera - Namiki这些厂商通过技术研发、生产扩张和市场推广等方式，积极推动着市场的发展。

3. LED蓝宝石衬底的应用领域目前，LED蓝宝石衬底广泛应用于以下几个领域：3.1 LED照明随着LED照明市场的快速崛起，LED蓝宝石衬底作为一种关键材料得到了广泛应用。

LED蓝宝石衬底能够提供高亮度的光线，并具有优异的散热性能，提高了LED 照明产品的效率和寿命。