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圖 22 藍寶石晶體切面圖 圖片來源：藍寶石研究報告
使用藍寶石作為基板也存在一些問題，例如晶格失配和熱應力失配，這會在磊 晶層中產生大量缺陷，同時給後續的器件加工工藝造成困難。晶格失配的問題目前 是用過渡層生長技術 (LT-GaN buffer layer) 來克服74，很大的熱失配對磊晶層形成 壓應力因而不會龜裂，還有機械性強度高也造成不易切割而通過雷射劃片所克服。
圖 23 藍寶石與氮化鎵 GaN 的晶格差異 圖片來源：藍寶石研究報告
74 LT-GaN buffer layer 可降低 Sapphire 與 n-GaN 之間因晶格差異所產生的應力。
GaN 磊晶的晶格常數為 0.3189Å
藍寶石的晶格常數為 0.4578Å
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更大的問題在於，藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大於 1011Ω·cm，在 這種情況下無法製作垂直結構的器件；通常只在磊晶層表面上製作同側 P、N 電極 來克服此問題（如圖 24 使用藍寶石基板的 LED 磊晶結構圖所示）。另外，差的 導熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問 題十分突出75。
圖 24 使用藍寶石基板的 LED 磊晶結構圖76 二二二
二、、、 碳化矽、 碳化矽碳化矽 碳化矽
以 GaN 為磊晶材料所生產的藍、綠光 LED，一般以藍寶石為基板，但美國廠 商 CREE 則發展出以碳化矽(SiC) 為基板的製程，現在 SiC 在市場上的佔有率位居 第 2。
75 LED Inside，LED 晶圓之襯底材料比較，2008/03/21，
http://www.ledinside.com.tw/led_wafer_mat_200803，last visited on 2012/6/25。
76 李仁凱，電極佈局對氮化物系列高功率發光二極體之熱與電特性效應研究，南台科技大學電子工 程系碩士，2010 年。
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圖 25 碳化矽晶體及切片 圖片來源：Megasum Limited77
碳化矽基板的 LED 晶片電極可採用兩種接觸方式，分別是 L 接觸 (Lateral contact ,水準接觸) 和 V 接觸 (Vertical contact，垂直接觸)，以下簡稱為 L 型電極和 V 型電極。通過這兩種接觸方式，LED 晶片內部的電流可以是橫向流動的，也可以 是縱向流動的。由於 L 型電極的電流可以縱向流動，因此增大了 LED 的發光面積，
從而提高了 LED 的發光效率，且採用這種基板製作的器件的導電和導熱性能都非常 優異，亦有利於做成面積較大的大功率器件，不需要像藍寶石基板上功率型氮化鎵 LED 器件採用倒裝焊技術解決散熱問題，而是採用上下兩個電極分佈在器件的表面 和底部，所產生的熱量通過電極直接匯出，可以比較好地解決功率型氮化鎵 LED 器 件的散熱問題。
77 Megasum Limited ，http://www.groupmega.com/solar29.aspx，last visited on 2012/06/25。
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圖 26 使用碳化矽基板的 LED 磊晶結構圖 圖片來源：LED 照明網78
相對於藍寶石，碳化矽基板的晶格常數匹配度，更適合 GaN 磊晶製作。除此之 外，因為碳化矽本身為半導體材料，適合利用半導體製程技術進行加工，因此利用 半導體製程方式，在碳化矽基板進行幾何形狀處理，以降低光線在晶粒中的內全反 射現象，使晶粒的取出效率可大幅提升79。碳化矽還有許多突出的優點，如化學穩 定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見光等。
但碳化矽基板的不足方面也很多，如相對於藍寶石基板而言，碳化矽製造成本 太高、晶體品質難以達到藍寶石和 Si 那麼好、機械加工性能比較差。另外，SiC 基 板吸收 380 nm 以下的紫外光，不適合用來研發 380 nm 以下的紫外 LED。目前國際 上能提供商用的高品質的 SiC 基板的廠家只有美國 CREE 公司80。
78 藍寶石（Al2O3）,矽 (Si),碳化矽（SiC）LED 襯底材料的選用比較，LED 照明網，
http://ledlights.net.cn/zhishi/chendi.html，last visited on 2012/6/25。
79 LED藍寶石基板，MoneyDJ LED 照明網，2011/08/29，
http://www.moneydj.com/kmdj/wiki/wikiviewer.aspx?keyid=2c2ef994-4cac-4cd5-8637-818a058f4730，
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80 LED Inside，LED 晶圓之襯底材料比較，2008/03/21，
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在矽基板上製備 LED 磊晶應是一件夢寐以求的事情，因為一旦技術獲得突破，
晶圓生長成本和器件加工成本將大幅度下降。Bridgelux 指出，目前 LED 磊晶生成 大部分是採用藍寶石晶圓或碳化矽作為基板材料，但大直徑的藍寶石與碳化矽基板 相當昂貴、加工不易，而且貨源不易取得；昂貴的製造成本也導致 LED 照明產品 無法普及到住宅與商業建築等領域。若能在直徑更大、成本低廉的矽晶圓上生成氮 化鎵，並採用與現代半導體生產線相容的製程，則產品成本會比現有製程有效降低 75%81。而 Si 矽基板作為 GaN 磊晶材料的基板有許多優點，如晶體品質高，尺寸大，
易加工，良好的導電性、導熱性和熱穩定性等，例如，目前垂直式矽基板 LED 散熱 能力達 150W/mk82。
圖 27 矽晶體及切片
圖片來源：ADVANTIV Technologies Inc.83
http://www.ledinside.com.tw/led_wafer_mat_200803，last visited on 2012/6/25。
81 LED Inside，藍寶石與矽基板技術互別苗頭--台北光電周展場直擊，2011/06/21，
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82 LED Inside，聯勝推出藍白光垂直式 LED，台廠進軍矽基 LED 領域有成，2012/05/17，
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83圖片來源：ADVANTIV Technologies Inc.：http://www.advantivtech.com/Alternate/Test_Wafers_3.html，
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http://www.eettaiwan.com/ART_8800659758_480702_NP_d135d504.HTM，last visited on 2012/6/25。85 LED Inside，聯勝推出藍白光垂直式 LED，台廠進軍矽基 LED 領域有成，2012/05/17，
http://www.ledinside.com.tw/hpo_silicon_led_20120517，last visited on 2012/6/25。
86 新技術可取代藍寶石襯底 大幅降低 LED 生產成本，科技日報，2012/05/29，
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87 Bridgelux宣佈達成矽基板 LED 照明效能新里程碑，EE Times Group 電子工程專輯，2011/03/30，
http://www.eettaiwan.com/ART_8800638990_480202_NT_85785497.HTM，last visited on 2012/6/25。
88 單從技術角度上講，異質磊晶比同質磊晶的氮化鎵高出 2～3 倍的缺陷密度。
89 位元錯密度(dislocation density)是指結晶中之位錯量，以每單位面積有多少條位錯線穿過：一般而 言，以每單位面積之腐蝕坑數來表之，而稱為 EPD，其單位以「個/平方公分」表示之。
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圖 28 使用氮化鎵基板的 LED 磊晶結構圖92
可是，製備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有行之有效的辦法。
有研究人員通過氫化物氣相磊晶 ( HVPE) 方法在其他基板(如 Al2O3、SiC、LGO) 上生長氮化鎵厚膜，然後通過剝離技術實現基板和氮化鎵厚膜的分離，分離後的氮 化鎵厚膜可作為磊晶用的基板。這樣獲得的氮化鎵厚膜的優點非常明顯，即以它為 基板磊晶的氮化鎵薄膜的位元錯密度，比在 Al2O3、SiC 上磊晶的氮化鎵薄膜的位 元錯密度要明顯低。時至今日，氮化鎵基板相對於藍寶石、碳化矽等基板的性能優 勢顯而易見，最大難題在於價格過高，因而氮化鎵厚膜作為半導體照明的基板之用
90 美國的 Sorra 和日本的 NGK 已經開始大力開發這類晶片，並取得重要突破，達到同樣亮度，氮 化鎵襯底上製作的 LED 能耗比傳統晶片低一半以上。
91 未來 5 年，氮化鎵襯底引領 LED 襯底發展潮流，OFweek 半導體照明網，2012/05/11，
http://lights.ofweek.com/2012-05/ART-220008-8120-28611800.html，last visited on 2012/6/25。
92 李仁凱，電極佈局對氮化物系列高功率發光二極體之熱與電特性效應研究，南台科技大學電子工 程系碩士，2010 年。
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http://lights.ofweek.com/2012-05/ART-220008-8120-28611800.html，last visited on 2012/6/25。
94 未來 5 年，氮化鎵襯底引領 LED 襯底發展潮流，OFweek 半導體照明網，2012/05/11，
http://lights.ofweek.com/2012-05/ART-220008-8120-28611800.html，last visited on 2012/6/25。
95 徐國洲，在不同基板溫度下以磁控濺鍍法成長氮化鎵薄膜之研究，國立中山大學物理研究所碩士 論文，表 1.1，2000 年 6 月。