半导体照明的主要基础材料是发光二极管外延片，而衬底材料是半导体外延片产业化发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的发光二极管外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。

发光二极管外延片衬底材料选择特点：①结构特性好。外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。②化学稳定性好。在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。③热学性能好。导热性好和热失配度小。④机械性能好。器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。⑤价格低廉。⑥大尺寸。一般要求直径不小于2英寸。但是，实际上的衬底同时满足以上几个方面是非常困难的。所以，只能通过外延生长技术和器件加工工艺来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。用于氮化镓研究的衬底材料比较多，如蓝宝石（Al₂O₃）、碳化硅（SiC）以及硅（Si）衬底。

蓝宝石是半导体照明用蓝光发光二极管的主要衬底材料，其具有结构稳定性、热稳定性和衬底可用性。最早开发氮化镓外延材料就是使用蓝宝石，而蓝宝石晶格失配巨大（高达60%），氮化镓通过面内的晶格旋转可以缩小晶格失配，但是仍然高达14.8%；热导率偏低，对于大功率器件散热不是很好；硬度仅低于金刚石，加工难度较大等。但是，由于半导体照明产业发展的偶然因素，蓝宝石作为衬底的各个环节需要的技术逐步被开发出来，从而成为半导体照明用的主流衬底。改进后的蓝宝石图形衬底，不仅提高晶体质量，而且提高发光二极管的光提取效率重大，是用量较大的氮化物发光二极管外延衬底。

与氮化镓（GaN）最接近的常用异质衬底是SiC衬底，此材料具有很好的物理化学性能，如热稳定性、化学稳定性以及可用性；同时，晶格也与GaN更为匹配，仅为3%左右，所以作为GaN材料生长的衬底，能够得到更好的晶体质量，制备出性能更高的发光二极管芯片。

硅衬底具有较高的晶体质量，使用硅作为衬底，可在其上制备氮化物基发光二极管或者激光器等，并有潜力作为光电集成的基础条件。