LED用藍(lán)寶石襯底介紹

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1、LED藍(lán)寶石基板介紹1:藍(lán)寶石詳細(xì)介紹藍(lán)寶石的組成為氧化鋁(Al2O3)，是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結(jié)合而成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu).它常被應(yīng)用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于藍(lán)寶石的光學(xué)穿透帶很寬,從近紫外光(190nm)到中紅外線都具有很好的透光性.因此被大量用在光學(xué)元件、紅外裝置、高強(qiáng)度鐳射鏡片材料及光罩材料上，它具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、熔點(diǎn)高（2045℃）等特點(diǎn)，它是一種相當(dāng)難加工的材料，因此常被用來作為光電元件的材料。目前超高亮度白/藍(lán)光LED的品質(zhì)取決

2、于氮化鎵磊晶(GaN)的材料品質(zhì)，而氮化鎵磊晶品質(zhì)則與所使用的藍(lán)寶石基板表面加工品質(zhì)息息相關(guān)，藍(lán)寶石(單晶Al2O3)C面與Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉積薄膜之間的晶格常數(shù)失配率小，同時符合GaN磊晶制程中耐高溫的要求，使得藍(lán)寶石晶片成為制作白/藍(lán)/綠光LED的關(guān)鍵材料.下圖則分別為藍(lán)寶石的切面圖;晶體結(jié)構(gòu)圖上視圖;晶體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖;Al2O3分之結(jié)構(gòu)圖;藍(lán)寶石結(jié)晶面示意圖藍(lán)寶石切面圖圖晶體結(jié)構(gòu)圖上視圖晶體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖Al2O3分之結(jié)構(gòu)圖藍(lán)寶石結(jié)晶面示意圖最常用來做GaN磊晶的是C面(0001)這個不具極性的面,所以GaN的極性將由制程決定

3、(a)圖從C軸俯看(b)圖從C軸側(cè)看藍(lán)寶石(Al2O3)特性表分子式Al2O3密度3.95-4.1克/立方厘米晶體結(jié)構(gòu)六方晶格晶格常數(shù)a=4.785?,c=12.991?莫氏硬度9(僅次于鉆石:10)熔點(diǎn)2045℃沸點(diǎn)3000℃熱膨脹系數(shù)5.8×10-6/K比熱0.418W.s/g/k熱導(dǎo)率25.12W/m/k(@100℃)折射率no=1.768ne=1.760dn/dt13x10-6/K(@633nm)透光特性T≈80%(0.3～5μm)介電常數(shù)11.5(∥c),9.3(⊥c)2藍(lán)寶石晶體的生長方法藍(lán)寶石晶體的生長方法常用的

4、有兩種:1:柴氏拉晶法(Czochralskimethod),簡稱CZ法.先將原料加熱至熔點(diǎn)后熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上因溫度差而形成過冷。于是熔湯開始在晶種表面凝固并生長和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶。晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界面上，進(jìn)而形成一軸對稱的單晶晶錠.2:凱氏長晶法(Kyropoulosmethod),簡稱KY法,大陸稱之為泡生法.其原理與柴氏拉晶法(Czochralskimethod)類似，先將原料加

5、熱至熔點(diǎn)后熔化形成熔湯，再以單晶之晶種(SeedCrystal，又稱籽晶棒)接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上開始生長和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升，但在晶種往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔湯與晶種界面的凝固速率穩(wěn)定后，晶種便不再拉升，也沒有作旋轉(zhuǎn)，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，最后凝固成一整個單晶晶碇.兩種方法的晶體生長示意圖如下:柴氏拉晶法(Czochralskimethod)之原理示意圖圖6凱氏長晶法(Kyropoulosmethod)之原理示意圖圖73藍(lán)寶石襯底加工流程藍(lán)寶

6、石基片的原材料是晶棒,晶棒由藍(lán)寶石晶體加工而成.其相關(guān)制造流程如下:藍(lán)寶石晶體晶棒晶棒基片藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程藍(lán)寶石晶棒加工流程晶體晶棒長晶:利用長晶爐生長尺寸大且高品質(zhì)的單晶藍(lán)寶石晶體定向:確保藍(lán)寶石晶體在掏棒機(jī)臺上的正確位置,便于掏棒加工掏棒:以特定方式從藍(lán)寶石晶體中掏取出藍(lán)寶石晶棒滾磨:用外圓磨床進(jìn)行晶棒的外圓磨削,得到精確的外圓尺寸精度品檢:確保晶棒品質(zhì)以及以及掏取后的晶棒尺寸與方位是否合客戶規(guī)格機(jī)械加工藍(lán)寶石基片制造工藝流程晶棒基片定向:在切片機(jī)上準(zhǔn)確定位藍(lán)寶石晶棒的位置,以便于精準(zhǔn)切片加工切片:將藍(lán)寶石晶棒切成薄

7、薄的晶片研磨:去除切片時造成的晶片切割損傷層及改善晶片的平坦度倒角:將晶片邊緣修整成圓弧狀,改善薄片邊緣的機(jī)械強(qiáng)度,避免應(yīng)力集中造成缺陷拋光:改善晶片粗糙度,使其表面達(dá)到外延片磊晶級的精度清洗:清除晶片表面的污染物(如:微塵顆粒,金屬,有機(jī)玷污物等)品檢:以高精密檢測儀器檢驗(yàn)晶片品質(zhì)(平坦度,表面微塵顆粒等),以合乎客戶要求機(jī)械加工4藍(lán)寶石基板應(yīng)用種類廣大外延片廠家使用的藍(lán)寶石基片分為三種:1:C-Plane藍(lán)寶石基板這是廣大廠家普遍使用的供GaN生長的藍(lán)寶石基板面.這主要是因?yàn)樗{(lán)寶石晶體沿C軸生長的工藝成熟、成本相對較低、物

8、化性能穩(wěn)定,在C面進(jìn)行磊晶的技術(shù)成熟穩(wěn)定.2:R-Plane或M-Plane藍(lán)寶石基板主要用來生長非極性/半極性面GaN外延薄膜,以提高發(fā)光效率.通常在藍(lán)寶石基板上制備的GaN外延膜是沿c軸生長的，而c軸是GaN的極性軸，導(dǎo)致GaN基器件有源層量子阱中出現(xiàn)很強(qiáng)的內(nèi)建電場，發(fā)光