碳化硅(SiC)衬底

　　SiC具有优良的热学、力学、化学和电学性质，不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一，而且可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料，打破了蓝宝石一统天下的局面，尤其在路灯和室外照明领域具有巨大的市场潜力。在半导体领域最常用的SiC是4H-SiC 和6H-SiC 两种。

　　碳化硅与蓝宝石相比，在结构上，蓝宝石不是半导体而是绝缘体，它只能做单面电极;碳化硅是导电的半导体，它可以做垂直结构。碳化硅衬底的导热性能要比蓝宝石高10倍以上;蓝宝石本身是热的不良导体，并且在制造器件时底部需要使用银胶固晶，银胶的传热性能也很差。而使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出;同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率。

　　在碳化硅衬底领域，美国Cree几乎垄断了优质碳化硅衬底的全球供应，其次是德国SiCrystal、日本新日铁、昭和电工、东纤-道康宁。我国企业实力较弱，国内能生产和加工碳化硅衬底的企业或机构有北京天科合达、山东天岳、山东大学、中科院物理所、中科院上海硅酸盐所、中国电子科技集团46所等。2015年7月，山东天岳自主研制的一款4英寸高纯半绝缘碳化硅衬底产品面世。

　　用碳化硅做光电器件衬底主要挑战是成本仍相对较高、技术门槛较高和专利技术不足，面临着行业垄断者的专利威胁。不过LED市场有高中低端之分，碳化硅衬底LED定位在高端。大功率LED市场需求巨大，碳化硅材料性能优越，具有功率大、能耗低、发光效率高等显著优势，可以很好满足大功率LED需求。

　　硅(Si)衬底

　　硅片作为GaN 材料的衬底有许多优点，如晶体品质高，尺寸大，成本低，易加工，良好的导电性、导热性和热稳定性等。

　　由于单晶硅材料生长技术成熟度高，容易获得低成本、大尺寸(6-12 英寸)、高质量的衬底，可以大大降低LED 的造价。并且，由于硅单晶已经大规模应用于微电子领域，使用单晶硅衬底有望实现LED 芯片与集成电路的直接集成，有利于LED 器件的小型化发展。因此使用单晶硅作为LED 衬底一直是本行业梦寐以求的事情。此外，与蓝宝石相比，单晶硅在性能上还有一些优势：热导率高、导电性好，可制备垂直结构，更适合大功率LED 制备。

　　然而与蓝宝石和SiC 相比，在Si 衬底上生长GaN 更为困难，主要体现在：(1)两者之间的热失配和晶格失配更大;(2)Si 与GaN 的热膨胀系数差别也将导致GaN 膜出现龟裂;(3)晶格常数差会在GaN 外延层中造成高的位错密度;(4)Si 衬底LED 还可能因为Si 与GaN 之间有0.5 V 的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成p 型掺杂效率低，导致串联电阻增大;(5)Si 吸收可见光会降低LED 的外量子效率。

　　从1999年第一个GaN/Si LED出现，到2002 年商品化GaN/Si LED 就已经问世，但是由于性能与蓝宝石及碳化硅制备的LED相差很大而没有被广泛应用。2010 年德国Azzurro 公司授权GaN-on-Si 技术予德国OSRAM公司。2013 年4 月日本东芝公司收购美国普瑞光电(Bridgelux) 的技术，并开始8 英寸GaN-on-Si 外延片生产。国内江西晶能光电公司早在2012 年就宣布批量生产HB-LED 芯片;江西晶瑞光电也已推出了类似性能的LED 产品。

　　晶能光电的硅衬底技术，具有完全自主的知识产权，形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术路线三足鼎立的局面。中国LED产业只有打破国际巨头的技术、专利垄断，掌握核心技术，才能真正实现由“跟随”到“跨越”的转变。