蓝宝石衬底详细介绍PPT课件

.1、发光二极管蓝宝石衬底简介，1:蓝宝石详细介绍蓝宝石的成分是氧化铝(Al2O3)，由三个氧原子和两个铝原子通过共价键结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。它常用于A平面、C平面和R平面的切面。因为蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光(190纳米)到中红外光，它有很好的透光率。因此，它广泛用于光学元件、红外器件、高强度激光透镜材料和掩模材料。它具有高声速、耐高温、耐腐蚀、高硬度、高透光率和高熔点(2045)的特点。这是一种很难加工的材料，所以经常被用作光电元件的材料。目前，超高亮度白光/蓝光发光二极管的质量取决于氮化镓外延的材料质量，氮化镓外延的质量与所用蓝宝石衬底的表面处理质量密切相关。蓝宝石(单晶Al2O3)的碳表面与沉积的-族和-族薄膜的晶格常数失配率小，同时满足氮化镓外延工艺的耐高温要求，使蓝宝石晶片成为制造白/蓝/绿发光二极管的关键材料。下图分别是蓝宝石的剖面图。晶体结构图的俯视图；晶体结构的侧视图；氧化铝零件的结构图；蓝宝石结晶平面示意图，2.蓝宝石结晶平面示意图。氮化镓外延最常用的表面是非极性表面碳(0001)。因此，氮化镓的极性将由工艺决定。(A)从C轴凹陷处观察该图，(B)从C轴侧观察该图，3.蓝宝石(Al2O3)特性表，4、蓝宝石晶体生长方法有两种常用的蓝宝石晶体生长方法：1: Czochralskimethod(简称CZ法)。将原料加热到熔点，然后熔化形成熔汤，然后使用单晶籽晶接触熔汤的表面，由于温度差，导致晶种和熔汤之间的固液界面过冷。然后，熔化的汤开始在籽晶表面凝固，并生长出具有与籽晶相同晶体结构的单晶。同时，籽晶以非常慢的速度被拉起，并以一定的旋转速度旋转。随着籽晶向上提拉，熔体在籽晶的液-固界面上逐渐凝固，从而形成轴对称单晶锭。Kyropoulosmethod，简称KY法，在mainland China称为kyropoulos法。其原理类似于Czochralskimethod。该方法包括以下步骤：将原料加热至熔点并熔化形成熔汤；然后将熔汤表面与籽晶(也称为籽晶棒)接触，开始在籽晶和熔汤的固液界面上生长与籽晶具有相同晶体结构的单晶；以极慢的速度提拉籽晶，但是提拉籽晶一段时间以形成晶体颈；当熔汤与籽晶界面的凝固速度稳定后，籽晶不会拉起或旋转。只有通过控制冷却速率，单晶才能从上至下逐渐凝固，最终凝固成完整的单晶锚。两种方法的晶体生长图如下。5，3蓝宝石衬底加工流程，蓝宝石衬底由晶棒制成，晶棒由蓝宝石晶体制成。其相关的制造流程如下：蓝宝石晶体棒晶棒衬底，6，蓝宝石晶体棒制造工艺流程蓝宝石晶体棒加工工艺晶体棒，长晶体：利用长晶体炉生长大尺寸、高质量的单晶蓝宝石晶体取向：以保证蓝宝石晶体在棒切割机上的正确定位， 因此，棒切割棒：便于以特定方式从蓝宝石晶体中切割和取出蓝宝石晶体棒，辊磨：使用外圆磨床磨削晶体棒的外圆，获得精确的外圆尺寸精度产品检验：确保晶体棒的质量以及所提取的晶体棒的尺寸和取向是否满足客户规格、机械加工、蓝宝石衬底的制造工艺流程， 晶体棒衬底取向：精确地将蓝宝石晶体棒定位在切片机上，为了精确地切割加工切片：将蓝宝石晶体棒切割成薄晶片，研磨：以去除切片引起的晶片切割损伤层，提高晶片的平整度，倒角：以将晶片的边缘修整成弧形，提高晶片边缘的机械强度， 避免因应力集中而造成的缺陷抛光：提高晶圆的粗糙度，使其表面达到外延晶圆级精密清洗：去除污染物(如：灰尘颗粒、金属、有机污染物等)。 )对晶片表面质量进行检查：使用高精度检查仪器来检查晶片质量(平整度、表面灰尘颗粒等。)为了满足客户要求，机械加工、8，4蓝宝石衬底应用类型，大多数外延晶片制造商使用的蓝宝石衬底分为三种类型：1: C-平面蓝宝石衬底，大多数制造商通常用于氮化镓生长。这主要是因为蓝宝石晶体沿c轴生长，技术成熟，成本相对较低，物理化学性质稳定。C面外延技术成熟稳定。2:R面或M面蓝宝石衬底主要用于生长非极性/半极性氮化镓外延膜，以提高发光效率。通常在蓝宝石衬底上制备的氮化镓外延膜是沿碳轴生长的，而碳轴是氮化镓的极轴，在氮化镓基器件的有源层量子阱中产生很强的内建电场，这将降低发光效率。发展非极性氮化镓外延是为了克服这种物理现象并提高发光效率。3:图案蓝宝石衬底(PSS)以生长或刻蚀的方式在蓝宝石衬底上设计制造纳米级特定规则微结构图案，控制发光二极管的输出光形式，同时可以减少蓝宝石衬底上生长的氮化镓之间的位错缺陷，提高外延质量，提高发光二极管的内部量子效率，提高光提取效率。9，1:C平面蓝宝石衬底，C平面蓝宝石衬底是常用的蓝宝石衬底。1993年，日本的赤崎勇教授和中村修二博士等人在当时的日本和亚洲化学中突破了格子因此，它确立了日本在发光二极管领域的领先地位。台湾紧跟日本的发光二极管技术。台湾的发光二极管开发首先从日本购买外延晶片加工，然后购买用于外延的主化学气相沉积机器和蓝宝石衬底。此后，台湾当地制造商对蓝宝石晶体生长和加工技术进行了研究和生产。通过自主研发，他们获得了发光二极管专利授权等方法，实现了蓝宝石晶体、衬底和外延片的生产。外延片加工和其他独立生产技术逐渐确立了台湾在发光二极管上游业务中的重要地位。目前，大部分蓝/绿/白发光二极管产品都是采用以台湾、日本为代表的蓝宝石衬底通过主化学气相沉积外延技术制造的。这使得蓝宝石衬底非常常见，其次是美国克里公司使用的以碳化硅为代表的发光二极管产品。2:图案蓝宝石衬底(简称PSS)是通过刻蚀(蓝宝石的C面干法刻蚀/湿法刻蚀)在蓝宝石衬底上设计制作的具有微米级或纳米级微结构特定规则图案，以控制发光二极管的输出光形式(蓝宝石衬底上的凹凸图案会产生光散射或折射效应，从而提高光提取率)。同时，氮化镓薄膜在图形化的蓝宝石衬底上生长，产生横向外延效应，减少蓝宝石衬底上生长的氮化镓之间的位错缺陷，提高外延质量，提高发光二极管的内部量子效率，提高光提取效率。与普通蓝宝石衬底上生长的发光二极管相比，亮度提高了70%以上。目前，台湾生产的图案蓝宝石包括中美硅晶体、复合晶体和巨晶，以及兆瓦级。2/4英寸蓝宝石衬底是价格逐渐稳定的成熟产品。大尺寸(例如6/8英寸)普通蓝宝石衬底正处于生长阶段，具有2英寸图案的蓝宝石衬底，并且价格更高。其制造商也是大尺寸和图案化蓝宝石衬底的主要驱动者。同时，它也在积极提高生产能力。目前，大陆没有一家制造商能够生产图案化蓝宝石衬底。嘿。嘿。11，图9:纳米图案蓝宝石衬底。12，3:R平面或M平面蓝宝石衬底。通常，生长在碳平面蓝宝石衬底上的氮化镓薄膜沿其极轴方向生长，即沿碳轴生长。薄膜具有自发极化和压电极化效应，在薄膜(有源层量子阱)内部产生强的内建电场。Stork效应)大大降低了GaN薄膜的发光效率。在一些非碳蓝宝石衬底(如R平面或M平面)和其他特殊衬底(如铝酸锂；生长在LiAlO2上的GaN薄膜是非极性和半极性的，并且由偏振场引起的发光器件中的上述负面效应将被部分或甚至完全改善。传统的第三族氮化物半导体都生长在c面蓝宝石衬底上。如果这种化合物生长在R平面或M平面上，产生的内建电场可以平行于外延层，以增加电子空穴对复合的概率。因此，与传统的C面蓝宝石外延相比，主要由氮化物外延膜组成的发光二极管结构生长在R面或M面蓝宝石衬底上，可以有效解决发