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　　蓝宝石虽然目前仍然稳坐衬底材料龙头，但随着LED产业的不断发展，基于蓝宝石衬底的技术发展变缓，再加上其成本高昂、专利壁垒等问题，众多专家与工程师开始寻求性价比更高的解决方案，而硅衬底则被业界寄予了厚望。

       从目前衬底材料的使用来看，世界上绝大多数的芯片制造商都采用蓝宝石衬底。而近几年越来越多的大厂开始发力硅衬底大功率LED芯片技术，种种市场迹象表明，硅衬底或成为LED领域技术的聚焦点。
       “我们认为，到2017年硅基氮化镓或许将成为市场主流。其他公司也会将使用硅基氮化镓(GaN-on-Si)技术的产品投入市场。”东芝白光LED市场及技术部高级经理高桥望对硅衬底充满了希冀，他告诉《高工LED》记者之前东芝也使用过各种不同的材料来开发蓝光LED。最终确定以功率半导体器件的8英寸晶圆技术为基础，聚集了诸多研发人员，进行大规模硅衬底的研发工作。

       谈及于此，高桥望介绍，相较于蓝宝石，硅的导热系数高，散热方面更容易设计。8英寸的晶圆(非硅)案例篇成本非常高，使用8英寸晶圆进行量产LED的时候，还有很多生产上的困难。“对于碳化硅(SiC)基底和蓝宝石(Sapphire)基底，我们认为他们的最大尺寸为6英寸。”他说：“东芝的硅基氮化镓技术具有的成本优势不仅体现在材料上，还体现在使用8英寸晶圆的工艺上。并且我们能够利用之前生产其他8英寸硅晶圆产品的设备来进行生产。因此，我们具有这样的优势：量产控制方法的改进和高质量的结晶产品。”

       硅衬底和其他两种衬底，碳化硅和蓝宝石相比，最大的技术难点是晶格失配和热失配。“在硅基板上生长GaN层比较困难，难以得到较好的结晶，因此实现量产还是一个挑战。但东芝领先于其他公司，确立了硅基氮化镓技术，使用硅基底实现了量产。” 高桥望笑着说。

       具体而言，硅和氮化镓的晶格失配最大，是碳化硅的几倍。大的晶格失配会导致氮化镓材料中出现较高的位错密度，也正是这个原因使得人们在很长一段时间内认为硅衬底是一条走不通的技术路线。同时，硅衬底和氮化镓之间有很大的热失配，这个问题导致在高温生长时两者达到一定的匹配，可是降到室温后，由于两者的热膨胀系数差异很大，会导致龟裂等问题的产生。

       高桥望表示，氮化镓生长在硅基底上的条件要比氮化镓生长在蓝宝石上的条件困难的多。但即便如此，东芝使用硅基氮化镓(GaN-on-Si)的产品效率已经达到了170~180lm/W，因此，他相信不久的将来，硅基产品可以替代蓝宝石基底产品。

       据悉， 目前东芝主要生产的L E D 芯片尺寸为：1.1x1.1mm和1.4x1.4mm。芯片尺寸取决于所加功率， 大于1.1x1.1mm和1.4x1.4mm的L E D 芯片适用于1~3W类型的产品，这一点与蓝宝石芯片的大小基本相同。现在的输出功率在700mW左右(硅树脂封装条件下)。

       从生产工艺来看，硅衬底大尺寸可借用人类经过多年技术积累发展出来的硅集成电路生产工艺来制作LED，从而大幅度提高自动化程度，同时由于最大限度的降低了人员的参与，芯片的可靠性、一致性和良率都会大幅度提高，还可以降低人工成本，降低LED综合成本20-30%，这对于整个LED产业来说是一个革命性的颠覆。

       此外，硅衬底上氮化镓功率器件也是很重要的一个应用领域，有望超越传统的功率器件开拓出一个新的应用领域。以氮化镓为代表的第三代半导体一个主要特点就是宽带隙。这个特点使得其制作的器件具有击穿电压高、电流密度大、工作温度高等优点，因此在大功率、高温电力电子器件应用方面性能远优于传统的硅和砷化镓基电子器件。其应用范围将涵括电脑，手机，数码相机，电源，电机，UPS，电动汽车，基站，电厂等。采用硅来作为氮化镓电子器件的衬底已经是国际共识，主要是由于硅具有其他衬底材料无可比拟的成本优势。

       从产业格局来看，目前全球LED产业格局成美国、亚洲、欧洲三足鼎立之势，美国的CREE、欧洲的欧司朗、飞利浦(Philips Lumileds)、日本的日亚化学、丰田合成等五大厂商，掌控了全球LED市场，垄断了G aN基蓝光LE D、白光LE D的核心技术和专利。这些厂商为了维持竞争优势、保持自身市场份额而申请的专利，几乎覆盖了原材料、设备、封装、应用在内的整个产业链。

       厂商间通过专利授权和交叉授权来进行研发和生产，不仅阻碍了新进入者的产生，也在一定程度上增加了企业的生产成本。因此，开发并建立一套具有自主知识产权的专利体系，不但可成为企业发展的基础，也可以为企业未来的发展做好准备。就这个层面而言，硅衬底的研发，已不仅仅是单纯的技术研发了，更是为LED企业的未来发展铺路。

       硅衬底LED技术从衬底源头上避开了蓝宝石衬底和碳化硅衬底技术路线所形成的国际专利围剿，可从小功率LED芯片技术到高难度的大功率LED芯片技术，形成自有的专利体系。“硅基氮化镓技术是一项相当新的技术，因此，在这样新的技术环境中，我们能更更快地发现新技术。东芝将努力获得更多新的专利。” 高桥望如是说。