基于金刚石热沉片的超高功率LED光源

超大功率LED光源技术的关键是它的散热能力。。。高功率LED有源区的功率密度极大，
，
，达到了1 kW/ cm2 甚至更高[1]。
。传统的大功率LED外延层常用的衬底是蓝宝石、
、
、碳化硅和硅。。。碳化硅的热导率约为400 W/（m·K），，
，硅的热导率为140 W/（m·K）
，，砷 化镓的热导率55 W/（m·K），，蓝宝石的热导率为 25 W/（m·K），，，
，即使使用碳化硅衬底，，也只能低于200 W/cm2 ，，，，因此，，超高功率LED器件最大的技术瓶颈是散热问题。。
。。金刚石是材料中导热率最高的，
， 达到2000 W/（m·K）
，，是理想的衬底材料
，，，可以降低器件热阻，，，，提高功率密度，，因此以金刚石为衬底制造高功率LED成为一个研究热点
。。

金刚石的合成可以在异质基底上进行
，，
，也可以 在单晶金刚石基底上进行，，在异质基底上进行的即 为异质外延，
，，基底通常有Si、、、、Cu、
、Mo、、、Ti
、、、、Si3V4、、、Ge
、、陶瓷等，，
，在单晶金刚石基底上进行的即为同质外延
。
。。使用直流等离子体喷射CVD制得的金刚石尺寸可达150 mm，，，并获得了商业化应用。。上述大尺寸的金刚薄膜衬底的规模化制备技术，，，
，为超高功率LED光源提供了高导热的基础衬底材料。。。

在单晶金刚石面上或者其他面上使用 MBE或者MOCVD直接生长GaN薄膜结构。。。。这些复合物在GaN和金刚石之间含有数百纳米厚的过渡层以缓冲应变。。。复合物的整体热阻因而会很大
，，因为相对较厚的过渡层高度无序且热导率很低
。。。。

目前热丝CVD金刚石、
、、微波等离子体CVD金刚石等技术成熟，
，，，带动了金刚石热沉片产品的开发。。对于没有金刚石薄膜散热层的结构（如图所示，
，
，图中的箭头是热量流动方向及大小的示意图)，
，LED的散热是将pn结处产生的热量传递到散热能力较差的介质如封装导热胶及硅基 底，，水平方向的导热能力较差，，，热量集中在LED与介质接触的地方，，
，属于“点散热”；而添加了金刚石薄膜作为散热层之后，，，利用金刚石膜的高热导率
，，，可以将LED的点热源的高密度热流迅 速扩散通过整个金刚石膜中（水平和竖直方向）从而降低了进入Si基底热流密度，
，
，大幅度地提高了散热能力，，，，降低了LED的结温温度。。。。

超高功率LED光源的应用需求逐年增长，，，高导热的金刚石材料对提高LED的功率密度起到了极为关键的作用，，有着广阔的应用前景
。。。金刚石衬底与目前最先进的碳化硅衬底GaN器件相比，，
，，拥有更高的面功 率密度，，，，温度降低了40%～45%。。
。采用金刚石散热结 构的LED光源，，
，不仅使得LED光源的功率
、、可靠性和 寿命有了量级级别的提高，，，
，而且与传统大功率LED光 源相比具有更小的体积和质量，，，，整个光源的生命周期和制造成本也有明显的降低。。。

尊龙时凯是一家专注于宽禁带半导体材料研发、
、生产和销售的国家高新技术企业，
，，，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、、金刚石热沉片、、、、金刚石窗口片、、金刚石基复合衬底)
、、单晶金刚石(热学级
、、、、光学级、、、、电子级、
、硼掺杂)和金刚石复合材料等
，
，，，引领金刚石及新一代材料革新，，赋能高端工业化应用，
，，公司产品广泛应用于激光器、、GPU/CPU、、、、医疗器械、
、、、5G基站、、、大功率LED
、、新能源汽车
、、新能源光伏、
、、航空航天和国防军工等领域。。。
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