文档介绍：LED蓝宝石基板介绍
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,-Plane,C-Plane及R-,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
分子式
Al2O3
密度
-
晶体结构
六方晶格
晶格常数
a=Å , c=Å
莫氏硬度
9 (仅次于钻石:10)
熔点
2045℃
沸点
3000℃
热膨胀系数
×10 -6 /K
比热
热导率
(@ 100℃)
折射率
no = ne =
dn/dt
13x10 -6 /K(***@633nm)
透光特性
T≈80% (~5μm)
介电常数
(∥c), (⊥c)
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两种:
1:柴氏拉晶法(Czochralski method),,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,(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
图6
凯氏長晶法(Kyropoulos method)之原理示意图
图7
3 蓝宝石衬底加工流程
蓝宝石基片的原材料是晶棒,:
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:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度
清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)
品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
机械加工