LED外延蓝宝石基板(衬底)详细介绍

文章来源:恒光电器

发布时间:2014-04-07

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 蓝宝石详细介绍

    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   

 

蓝宝石(Al2O3)特性表

分子式

Al2O3

密度

3.95-4.1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 =1.768 ne =1.760 

dn/dt

13x10 -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，办公照明，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，CE认证，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，建筑照明，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

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:

                        蓝宝石晶棒制造工艺流程
蓝宝石晶棒加工流程
 

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

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