UV LED的衬底主力，看硅与蓝宝石布局争夺战

在UV LED中，衬底材料的选用对于外延质量具有重要意义。考虑到晶体结构相似、晶格失配和热膨胀系数差异小等因素，UV LED的衬底通常选用蓝宝石（Al2O3）衬底、硅（Si）衬底、氮化铝（AlN）衬底、碳化硅（6H-SiC）衬底和氮化镓（GaN）衬底。

不同衬底材料物理参数对比

据了解，在基片/衬底材料领域，蓝宝石无疑占据着龙头地位。举个LED芯片的例子，从衬底材料的使用来看，除了Wolfspeed采用碳化硅衬底、晶能采用硅衬底，目前世界上绝大多数的芯片制造商都采用蓝宝石衬底，在UV LED也是主流使用。因此以下只谈蓝宝石衬底和硅衬底。

据介绍，蓝宝石衬底具有透光性能好、耐高温、抗腐蚀、产品商业化成熟度高（2英寸、4英寸、6英寸）等特点。虽然蓝宝石衬底和AlGaN两者存在一定的晶格失配和热失配，会在外延层中产生一定缺陷，影响生长晶体的均匀性，但其都为六方对称结构，尤其是蓝宝石衬底对紫外光的透射率很高且价格低廉，并且它的导电和导热性差问题可以通过芯片倒装技术来克服。

表面图形化的蓝宝石衬底，特别是纳米图形化蓝宝石衬底（NPSS），由于可通过侧向外延作用降低其上AlGaN外延层的位错密度、释放外延应力、改善晶体质量，以及调制芯片内部光传输路径、提高光提取效率，且工艺难度和成本适中，是未来发展高效UVC LED很有潜力的技术路线之一。

硅衬底具有低成本、大面积、高质量、良好的导电导热性能、易于集成等优点，并且其制备工艺相对成熟；由于硅的导热系数是蓝宝石的5倍，良好的散热性可使硅衬底LED具有高性能和长寿命。

同时，应用于工业固化的UVA-LED要满足两大要求：一方面，固化需求高能量，需要大电流驱动overdrive，比如，普通照明一般只要350mA的驱动电流，而UVA-LED工作时需要700-1000mA，这就对UV LED芯片的电流扩散和散热提出更高的要求；另一方面，由于UV LED波长较短，其光的穿透能力相对较弱，但要获得好的固化效果，UVA-LED光束必须穿透至固化胶的里层，这就要求光束集中且指向性好。

“硅衬底UVA-LED恰恰能够很好地满足工业固化的两个要求。”此前汤文君（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所）在接受行家说白皮书调研时表示，“硅衬底UVA-LED芯片是垂直电极结构，这种结构利于overdrive，散热性能更好，同时由于只有一个面发光，所以其光束集中，方向性好，容易二次光学。

同时，目前市场上的蓝宝石衬底LED芯片要做成垂直结构，必须采用激光剥离技术，存在伤及芯片本身的风险，产品的可靠性存在隐患；而硅衬底天然的材料特性，使得LED能够轻易得到垂直电极结构，较激光剥离更具有可靠性。”

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