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,-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.
2、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.
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
、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,,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 Substrate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-,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 ,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,提高蓝光的发光效率,同时1997年开发出紫外LED,1999年蓝紫色LED样品开始出货,2001年开始提供白光LED。从而奠定了日亚化学在LED领域的先头地位.
台湾紧紧跟随日本的LED技术,台湾LED的发展先是从日本购买外延片加工,进而买来MOCVD机台和蓝宝石基板来进行磊晶,之后台湾本土厂商又对蓝宝石晶体的生长和加工技术进行研究生产,通过自主研发,取得LED专利授权等方式从而实现蓝宝石晶体,基板,外延片的生产,外延片的加工等等自主的生产技术能力,一步一步奠定了台湾在LED上游业务中的重要地位.
目前大部分的蓝光/绿光/,以美国Cree公司使用SiC为基板为代表的LED产品则跟随其后
以蚀刻(在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,藉以控制LED之输出光形式
(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率),同时GaN薄膜成