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。。