最新LED 用蓝宝石衬底.ppt

1、LED蓝宝石衬底,1:蓝宝石详细介绍 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)到中红外线都具有很好的透光性.因此被大量用在光学元件、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

2、板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与-和-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，使得蓝宝石晶片成为制作白/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,蓝宝石切面图 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,蓝宝石(Al2O3)特性表,2 蓝宝石晶体的生长方法 蓝宝石晶体的生长方法常用的有三种

3、: 1:提拉法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔体，再利用一单晶籽晶接触到熔体表面，在籽晶与熔体的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔体开始在籽晶表面凝固并生长和籽晶相同晶体结构的单晶。籽晶同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着籽晶的向上拉升，熔体逐渐凝固于籽晶的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭. 晶体生长示意图如下:,提拉法(Czochralski method)之原理示意图,2:泡生法（Kyropoulos method）,简称KY法， 其原理与提拉法(Czochralskimethod)类似，先将原料加热至熔点后熔

4、化形成熔体，再以单晶之籽晶(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔体表面，在籽晶与熔体的固液界面上开始生长和籽晶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，待熔体与籽晶界面的凝固速率稳定后，籽晶便不再拉升，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锭. 晶体生长示意图如下：,凯氏長晶法(Kyropoulos method)之原理示意图,3:热交换法（Heat Exchanger Method）,简称HEM法,在热交换法生长蓝宝石晶体的过程中，坩埚底部放置籽晶的地方是低温区，当坩埚中的原料全部融化后，籽晶除接

5、触熔体处略融外，其余部分保持不变。随着调节通入的氦气流量逐渐增大，低温区逐渐向上扩大，熔体自上部的高温区至下部的低温区行成了一个温度梯度分布，其梯度的大小与通入的氦气量有关。固液界面的位置产生了一个自下向上的推移过程，实现了晶体生长。因为温度的分布与重力场相反，因而熔体中没有对流作用发生，保证了晶体在稳定状态下生长，有利于获得高质量的蓝宝石晶体。 晶体生长示意图如下：,热交换法生长蓝宝石晶体原理示意 1.炉体，2.保温屏，3.上盖，4.坩埚，5.籽晶，6.热交换器，7.钨管，8.真空泵，9.氦气，10.热电偶，11.高温计,3 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

6、而成.其相关制造流程如下: 蓝宝石晶体 晶棒 晶棒 基片,蓝宝石晶棒制造工艺流程蓝宝石晶棒加工流程 晶体 晶棒,长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体 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 掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒 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 品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格,机械加工,蓝宝石基片制造工艺流程 晶棒 基片 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 切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷 抛光:改善晶