文档介绍：------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————蓝宝石基本知识 1、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-Plan e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 、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 CZ法. 先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤, 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. 蓝宝石基片的原材料是晶棒, 晶棒由蓝宝石晶体加工而成广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种: 1:C-Plane 蓝宝石基板这是广大厂家普遍使用的供 GaN 生长的蓝宝石基板面. 这主要是因为蓝宝石晶体沿 C 轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定,在C 面进行磊晶的技术成熟稳定. 2:R-Plane 或 M-Plane 蓝宝石基板主要用来生长非极性/ 半极性面 GaN 外延薄膜, 以提高发光效率. 通常在蓝宝石基板上制备的 GaN 外延膜是沿 c 轴生长的,而 c轴是 GaN 的极性轴,导致 GaN 基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场,发光效率会因此降低,发展非极性面 GaN 外延,克服这一物理现象,使发光效率提高。 3: 图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrat e简称 PSS) 以成------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————长(Growth) 或蚀刻(Etching) 的方式, 在蓝宝石基板上设计制作出纳米级特定规则的微结构图案藉以控制 LED 之输出光形式, 并可同时减少生长在蓝宝石基板上 GaN 之间的差排缺陷, 改善磊晶质量, 并提升 LED 内部量子效率、增加光萃取效率。 C-Plane 年日本的赤崎勇教授与当时在日亚化学的中村修二博士等人, 突破了 InGaN 与蓝宝石基板晶格不匹配(缓冲层)、p 型材料活化等等问题后,终于在 1993 年底日亚化学得以首先开发出蓝光 LED. 以后的几年里日亚化学以蓝宝石为基板,使用 InGaN 材料, 通过 MOCVD 技术并不断加以改进蓝宝石基板与磊晶技术,