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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
2、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)
3、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3.98克/立方厘米晶体结构六方晶格晶格常数a=4.785Å,c=12.991Å莫氏硬度9(仅次于钻石:10)熔点2045℃沸点3000℃热膨胀系数5.8×10-6/K比热0.418W.s/g/k热导率25.12W/m/k(@100℃)折射率no=1.768ne=1.760dn/dt13x10-6/K(@633nm)透光特性T≈80%(0.3～5μm)介电常数11.5(∥c),9.3(⊥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三种:1:提
4、拉法(Czochralskimethod),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(Czochralskimethod)之原理示意图2:泡生法（Kyropoulosmethod）,简称KY法，其原理与提拉法(Czochralsk
5、imethod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔体，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(Kyropoulosmethod)之原理示意图3:热交换法（HeatExchangerMethod）,简称HEM法,
6、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
7、.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
8、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
