什么是LED 蓝宝石衬底材料？

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。

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。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400μm减到100μm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。

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。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）

重要的技术晶体材料

蓝宝石的化学成分为三氧化二铝（Al2O3）。属三方晶系。晶体形态常呈筒状、短柱状、板状等，几何体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。折光率1.76-1.77，双折射率0.008，二色性强。非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应。硬度为9，密度3.95-4.1克/立方厘米。

各家厂商生长的蓝宝石都有一定的区别.在集成电路用途嘛,了解的比较少,

目前用在LED衬底和光学窗口以及耐磨场合的为主.

1、衡量蓝宝石颜色品质的标准要看它的颜色品质。说到颜色，它由三个要素所组成，一是色调，它是区别不同颜色的标志，是最为重要的一个要素。二是饱和度，也叫纯度，指的是颜色的纯净程度，颜色中的含色成分越高，饱和度就越大。三是亮度，也叫明度，指的是颜色的发光强度，亮度越高，给人的感觉就越明亮。

2、评价蓝宝石的颜色品质，也需要从这三点进行着手。从色调上来看，蓝宝石的颜色涵盖了除了红色外的几乎所有色调，蓝宝石之所以颜色呈现如此的多样复杂，归根结底在于其构成的化学成分上。蓝宝石主要是由氧化铝所构成的，最为纯净不含任何杂质的蓝宝石，它应该是无色透明的，这样的蓝宝石称之为无色蓝宝石或白色蓝宝石。

3、但在实际情况下，蓝宝石在形成过程中，往往含有一些致色离子，它们在蓝宝石当中所构成的比例不同，就会对蓝宝石的颜色造成影响。例如蓝色蓝宝石，就是由于内部含有钛和铁离子所致，钛离子含量越高，蓝色的纯度就会越高，饱和度就越高。而若是铁离子含量过高，蓝色就会变深、变暗，亮度就会降低。

4、对于蓝宝石饱和度和亮度的要求，国际上的标准是饱和度越高越好，而亮度则要适中，这样的蓝宝石在颜色上才会最为符合人们的视觉审美。比如我们经常所提到的皇家蓝宝石，就是一种饱和度极高的蓝色蓝宝石，由于颜色极为纯正，成为了英国皇室最为喜欢的颜色，也因此一直以来价值连城。

---