(4) Si衬底

　　Si衬底被看作是降低LED外延片成本的理想选择，因为其大尺寸(8寸、12寸)衬底发展得最为成熟。但是，由于晶格失配和热失配太大，难于控制，基于 Si衬底的LED材料质量相对较差，且成品率偏低，所以目前市场上基于Si衬底的LED产品十分少见。目前在Si上生长LED主要采用以6英寸以下的衬底为主，考虑成品率因素，实际LED的成本和基于蓝宝石衬底的相比不占优势。和SiC衬底一样，大多数研究机构和厂商更加青睐在Si衬底上生长电子器件而不是LED。未来Si衬底上的LED外延技术应该瞄准8英寸或12英寸这种更大尺寸的衬底。

　　(5) 同质衬底

　　正如前面提到的，目前LED的外延生长依然是以异质衬底的外延为主。但是晶格匹配和热匹配的同质衬底依然被看作提高晶体质量和LED性能的最终解决方案。最近几年，随着氢化物气相沉积(HVPE)外延技术的发展，大面积GaN基厚衬底制作技术得到了重视，其制作方法一般为采用HVPE在异质衬底上快速生长获得数十至数百微米厚的GaN体材料，再采用机械、化学或物理手段将厚层GaN薄膜从衬底上剥离下来，利用此GaN厚层作为衬底，进行LED外延。日本三菱公司和住友公司已经可以提供GaN基衬底的产品，但是价格昂贵，对于一般LED的生长不划算。主要是用于激光器的制造或者非极性/半极性面LED的研究。美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)中村小组在非极性/半极性面LED研制方面做出了许多开创性和代表性的工作。非极性/半极性面LED可以规避传统c面LED中存在的极化效应问题，从而进一步提升LED尤其是长波长可见光LED的效率。但是高质量的非极性/半极性面LED必须依赖同质衬底，而非极性/半极性面的GaN衬底离实用化还有相当的距离。此外，日本、波兰、美国等一些学校和研究机构也在尝试使用碱金属熔融法、氨热法等手段在高压和中温条件下制造GaN块状晶体，但是目前都尚处于研究阶段。

　　3. 外延结构及外延技术

　　(1) Droop效应

　　经过若干年的发展，LED的外延层结构和外延技术已经比较成熟，其内量子效率最高可达90%以上。但是，近几年随着大功率LED芯片的兴起，LED在大注入下的量子效率下降引起了人们的广泛关注，该现象被形象地称为Droop效应。对产业界而言，解决Droop效应可以在保证功率的前提下进一步缩小芯片尺寸，达到降低成本的目的。对学术界而言，Droop效应的起因是吸引科学家研究的热点。不同于传统半导体光电材料，GaN基LED的Droop效应起因十分复杂，相应也缺乏有效的解决手段。研究人员经过探索，比较倾向的几个原因分别是：载流子的解局域化、载流子从有源区的泄漏或溢出、以及俄歇复合。虽然具体的原因还不明晰，但是实验发现采用较宽的量子阱以降低载流子的密度和优化p型区的电子阻挡层都是可以缓解Droop效应的手段。

　　(2) 量子阱有源区

　　InGaN/GaN量子阱有源区是LED外延材料的核心，生长InGaN量子阱的关键是控制量子阱的应力，减小极化效应的影响。常规的生长技术包括：多量子阱前生长低In组分InGaN预阱释放应力并充当载流子蓄水池，升温生长GaN垒层以提高垒层的晶体质量，生长晶格匹配的InGaAlN垒层或生长应力互补的InGaN/AlGaN结构等。量子阱的数量没有统一的标准，业界使用的量子阱数从5个到15个都有，最终效果差别不大，阱数较少的LED在小注入下的效率更高，而阱数较多的LED在大注入下的效率更高。

　　(3) p型区

　　GaN的p型掺杂是早期困扰LED制作的重要瓶颈之一。这是因为非故意掺杂的GaN是n型，电子浓度在1×1016 cm-3以上，p型GaN的实现比较困难。目前为止最成功的p型掺杂剂是Mg，但是依然面临高浓度掺杂造成的晶格损伤、受主易被反应室中的H元素钝化等问题。中村修二在日亚公司发明的氧气热退火方法简单有效，是广泛使用的受主激活方法，也有厂商直接在MOCVD外延炉内用氮气在位退火激活。日亚公司的p- GaN质量是最好的，可能和常压MOCVD生长工艺相关。此外，也有一些利用p-AlGaN/GaN超晶格、p-InGaN/GaN超晶格来提高空穴浓度的报道。尽管如此，p-GaN的空穴浓度以及空穴迁移率和n-GaN的电子相比差别依然很大，这造成了LED载流子注入的不对称。一般须在量子阱靠近p- GaN一侧插入p-AlGaN的电子阻挡层。但AlGaN和量子阱区之间极性的失配被认为是造成载流子泄漏的主要原因，因此近期也有一些厂商尝试采用p- InGaAlN进行替代。