LED用蓝宝石基板.doc

LED 用蓝宝石基板( 衬底) 简介 2011-09-29 10:26 [编辑: wendymeng] 一、蓝宝石介绍蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3) ,是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构。它常被应用的切面有 A-Plane,C-Plane 及 R-Plane. 由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm) 、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上,它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高( 2045 ℃)等特点,它是一种相当难加工的材料,因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光 LED 的品质取决于氮化镓磊晶(GaN) 的材料品质,而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关,蓝宝石(单晶 Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小,同时符合 GaN 磊晶制程中耐高温的要求, 使得蓝宝石芯片成为制作白/蓝/绿光 LED 的关键材料。下图则分别为蓝宝石的切面图;晶体结构图上视图;晶体结构侧视图; Al2O3 分之结构图;蓝宝石结晶面示意图: 最常用来做 GaN 磊晶的是 C面(0001) 这个不具极性的面,所以 GaN 的极性将由制程决定(a) 图从 C轴俯看(b) 图从 C轴侧看二、蓝宝石晶体的生长方法蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种: 1、柴氏拉晶法(Czochralski method) ,简称 ,再利用一单晶晶种接触到熔汤表面,在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升,并伴随以一定的转速旋转,随着晶种的向上拉升,熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上,进而形成一轴对称的单晶晶锭。 2、凯氏长晶法(Kyropoulos method) ,简称 KY法。大陆称之为泡生法。其原理与柴氏拉晶法(Czochralskimethod) 类似,先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤,再以单晶之晶种(SeedCrystal ,又称籽晶棒)接触到熔汤表面,在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶,晶种以极缓慢的速度往上拉升,但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈,待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后,晶种便不再拉升,也没有作旋转,仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固,最后凝固成一整个单晶晶碇。两种方法的晶体生长示意图如下: 柴氏拉晶法(Czochralski method) 之原理示意图三、蓝宝石衬底加工流程: 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成。其相关制造流程如下: 1、长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体。 2、定向:确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工。 3、掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒。 4、滚磨:用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度。 5、品检:确保晶棒品质以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格。 6、定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工。 7、切片: :将蓝宝石晶棒切成薄薄的芯片。 8、研磨: :去除切片时造成的芯片切割损伤层及改善芯片的平坦度。