今年，随着硅衬底技术的不断发展，SiC、蓝宝石、硅这三种不同的LED芯片衬底技术路线早已摆开阵势，以高技术含量与低成本为噱头，展开激烈交锋。在这场技术大战中，谁会成为赢家，最终主导LED衬底材料市场?LED芯片市场竞争格局又将发生怎样的变化?

　　蓝宝石/Al2O3

　　代表厂商：大多数LED厂商

　　目前用于氮化镓生长的最普遍的基板是Al2O3，其优点是化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟;不足方面虽然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被过渡层生长技术所克服，导电性能差通过同侧P、N电极所克服，机械性能差不易切割通过激光划片所克服，很大的热失配对外延层形成压应力因而不会龟裂。但是，差的导热性在器件小电流工作下没有暴露出明显不足，却在功率型器件大电流工作下问题十分突出。

　　部分厂商用倒装芯片(flip-chip)来制备功率型器件来克服这个问题。国际市场上Al2O3基板今后的研发任务是生长大直径的Al2O3单晶，向4-6英寸方向发展，以及降低杂质污染和提高表面抛光质量。目前主流蓝宝石基板片厂商均能够实现6寸批量交货。韩厂三星LED已将绝大部分产能转为6寸。不过目前中国的芯片厂主流采用的还是2寸片，主要是基于成本的考虑。

　　碳化硅/SiC

　　代表厂商：Cree

　　除了Al2O3基板外，目前用于氮化镓生长的基板就是SiC，它在市场上的占有率位居第二，它有许多突出的优点，如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，但不足方面也很突出，如价格太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。 另外，SiC基板吸收380 nm以下的紫外线，不适合用来研发380 nm以下的紫外线LED。

　　由于SiC基板优异的的导电性能和导热性能，不需要像Al2O3基板上功率型氮化镓LED器件采用倒装焊技术解决散热问题，而是采用上下电极结构，可以比较好的解决功率型氮化镓LED器件的散热问题，故在发展中的半导体照明技术领域占有重要地位。

　　目前国际上能提供商用的高品质SiC基板的厂家只有美国CREE公司。Cree公司于2012年4月12日宣布，其白光功率型LED光效再度创下LED产业最高纪录，达到254 lm/W。这一记录要比Al2O3基板实现的最高光效记录高了近百个lm。SiC基板今后研发的任务是大幅度降低制造成本和提高晶体结晶品质。

　　硅衬底

　　代表厂商：普瑞 晶能光电

　　在硅衬底上制备发光二极管是本领域里梦寐以求的一件事情，因为一旦技术获得突破，外延生长成本和器件加工成本将大幅度下降。Si片作为GaN材料的基板有许多优点，如晶体质量高，尺寸大，成本低，易加工，良好的导电性、导热性和热稳定性等。然而，由于GaN外延层与Si基板之间存在巨大的晶格失配和热失配，以及在GaN的生长过程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si 基板上很难得到无龟裂及器件级质量的GaN材料。另外，由于硅基板对光的吸收严重，LED出光效率低等缺陷。

　　不过由Bridgelux这次发表的最新成果614mW, <3.1V@350mA的1.1mm尺寸LED来看，内量子效率已经取得重大进展。结合早先OSRAM发布的一款6寸硅基板上生长的蓝光芯片，光功率也达到了3.15V时达到634mW，硅基板LED在光效上已经非常逼近Al2O3基板。

　　据记者调查了解，日前很多公司研发的硅衬底LED芯片的质量和性能数据已可与蓝宝石衬底芯片相美。例如普瑞光电8英寸硅衬底芯片色温为4700K时，光效已达到160lm/W;色温为3000K时，光效已达到125lm/W，显色指数可达到80。欧司朗标准GoldenDragonPlusLED封装中的蓝光UX:3芯片在3.15V时亮度可达634mW，如果再结合标准封装中的传统荧光粉转换，这些白光LED原型在350mA电流下亮度将达到140lm，色温为4500K时将实现127lm/W的光效。晶能光电2英寸硅衬底量产芯片，色温为5000K时，350mA下普遍光效超过110lm/W，6寸硅衬底芯片研发取得重大进展，性能和2寸片相当，目前正筹备6寸量产制程设备。除此之外，飞利浦、三星也均在硅衬底方面展开研究，而三星更是一开始就瞄准了8英寸大尺寸的直接入手……可以预言，由硅衬底引发的半导体照明核心技术的竞争正在全球掀起。

　　蓝宝石短期内依然是主流

　　硅衬底作为一种新的技术路线，国内外对其的研究也持续多年，目前开始酝酿大规模进入产业化轨道。蓝宝石与SiC这两条技术路线也都处在大力研发和生产之中，且相对领先。但不可忽视，硅衬底技术路线与前两条技术路线相比，差距在不断缩小，且发展速度很快。未来，LED技术路线的格局是否会随着硅衬底的快速发展而发生改变，蓝宝石的主流地位是否会被撼动?

　　“照明用LED芯片一定需具备高亮度、大功率、散热性好等特质，在这样的技术要求下，蓝宝石和SiC仍然是比较好的路线。”中国科学院上海硅酸盐研究所研究员徐军表示，蓝宝石衬底是目前用于GaN生长的主流选择，几乎占据99%的市场，其制造技术成熟性、稳定性、生长GaN的完整性等方面现在都比硅衬底好，预计未来5-10年，衬底目前的这种格局不会发生大的变化。江风益表示，硅衬底LED有其特定的市场优势，不能在所有的五花八门市场中都替代蓝宝石和SiCLED，一切都有待各技术路线今后的进展。山东大学教授徐现刚也表示，5年内这三种技术路线在产业化所占比重是不会发生变化的，未来发展趋势还取决于各种技术成本下降程度和技术发展完善程度。普瑞光电也表示，即便硅衬底大规模产业化，但现阶段是无法预知硅衬底GaNLED将来是否将完全取代蓝宝石衬底的。

　　观点

　　普瑞先前已经打造出每瓦135流明的GaN-On-Silicon LED，在硅基板上面长晶，这种方法最大的意义在于要降低大尺寸晶圆在生产为LED时的成本，同时，硅基板的价格比蓝宝石基板的价格要低。——Bridgelux行销副总裁Jason Posselt

　　目前蓝宝石衬底LED技术已经很成熟，世界上99%的公司都是用这个技术制造LED。 碳化硅衬底LED技术主要是科锐在用，技术也比较成熟。晶能光电从2006年成立以来， 就专注硅衬底LED芯片的研究和开发，也是目前世界上唯一一家将硅衬底LED产品推向市场的公司。从产品来讲，硅衬底LED芯片是垂直结构芯片，比起常见的蓝宝石芯片，硅衬底LED芯片具有出光形貌好、散热优良、适合于大电流驱动以及陶瓷封装效率高等特点。从技术成本方面来讲，硅衬底LED技术比蓝宝石更加适合于大尺寸外延。蓝宝石衬底技术在从2寸转向6寸、 8寸时技术壁垒非常高， 生产成本不降反升。但对于硅衬底LED技术，从2寸转向6-12寸衬底时比较顺畅，并且可以利用大尺寸硅衬底成本低的优势， 大幅度提高LED产线的自动化程度和生产效率， 降低LED产品的综合成本。　——晶能光电有限公司CTO赵汉民博士