藍寶石襯底詳細介紹PPT課件

.1、發(fā)光二極管藍寶石襯底簡介，1:藍寶石詳細介紹藍寶石的成分是氧化鋁(Al2O3)，由三個氧原子和兩個鋁原子通過共價鍵結合而成，其晶體結構為六方晶格結構。它常用于A平面、C平面和R平面的切面。因為藍寶石的光學穿透帶很寬，從近紫外光(190納米)到中紅外光，它有很好的透光率。因此，它廣泛用于光學元件、紅外器件、高強度激光透鏡材料和掩模材料。它具有高聲速、耐高溫、耐腐蝕、高硬度、高透光率和高熔點(2045)的特點。這是一種很難加工的材料，所以經(jīng)常被用作光電元件的材料。目前，超高亮度白光/藍光發(fā)光二極管的質(zhì)量取決于氮化鎵外延的材料質(zhì)量，氮化鎵外延的質(zhì)量與所用藍寶石襯底的表面處理質(zhì)量密切相關。藍寶石(單晶Al2O3)的碳表面與沉積的-族和-族薄膜的晶格常數(shù)失配率小，同時滿足氮化鎵外延工藝的耐高溫要求，使藍寶石晶片成為制造白/藍/綠發(fā)光二極管的關鍵材料。下圖分別是藍寶石的剖面圖。晶體結構圖的俯視圖；晶體結構的側視圖；氧化鋁零件的結構圖；藍寶石結晶平面示意圖，2.藍寶石結晶平面示意圖。氮化鎵外延最常用的表面是非極性表面碳(0001)。因此，氮化鎵的極性將由工藝決定。(A)從C軸凹陷處觀察該圖，(B)從C軸側觀察該圖，3.藍寶石(Al2O3)特性表，4、藍寶石晶體生長方法有兩種常用的藍寶石晶體生長方法：1: Czochralskimethod(簡稱CZ法)。將原料加熱到熔點，然后熔化形成熔湯，然后使用單晶籽晶接觸熔湯的表面，由于溫度差，導致晶種和熔湯之間的固液界面過冷。然后，熔化的湯開始在籽晶表面凝固，并生長出具有與籽晶相同晶體結構的單晶。同時，籽晶以非常慢的速度被拉起，并以一定的旋轉速度旋轉。隨著籽晶向上提拉，熔體在籽晶的液-固界面上逐漸凝固，從而形成軸對稱單晶錠。Kyropoulosmethod，簡稱KY法，在mainland China稱為kyropoulos法。其原理類似于Czochralskimethod。該方法包括以下步驟：將原料加熱至熔點并熔化形成熔湯；然后將熔湯表面與籽晶(也稱為籽晶棒)接觸，開始在籽晶和熔湯的固液界面上生長與籽晶具有相同晶體結構的單晶；以極慢的速度提拉籽晶，但是提拉籽晶一段時間以形成晶體頸；當熔湯與籽晶界面的凝固速度穩(wěn)定后，籽晶不會拉起或旋轉。只有通過控制冷卻速率，單晶才能從上至下逐漸凝固，最終凝固成完整的單晶錨。兩種方法的晶體生長圖如下。5，3藍寶石襯底加工流程，藍寶石襯底由晶棒制成，晶棒由藍寶石晶體制成。其相關的制造流程如下：藍寶石晶體棒晶棒襯底，6，藍寶石晶體棒制造工藝流程藍寶石晶體棒加工工藝晶體棒，長晶體：利用長晶體爐生長大尺寸、高質(zhì)量的單晶藍寶石晶體取向：以保證藍寶石晶體在棒切割機上的正確定位， 因此，棒切割棒：便于以特定方式從藍寶石晶體中切割和取出藍寶石晶體棒，輥磨：使用外圓磨床磨削晶體棒的外圓，獲得精確的外圓尺寸精度產(chǎn)品檢驗：確保晶體棒的質(zhì)量以及所提取的晶體棒的尺寸和取向是否滿足客戶規(guī)格、機械加工、藍寶石襯底的制造工藝流程， 晶體棒襯底取向：精確地將藍寶石晶體棒定位在切片機上，為了精確地切割加工切片：將藍寶石晶體棒切割成薄晶片，研磨：以去除切片引起的晶片切割損傷層，提高晶片的平整度，倒角：以將晶片的邊緣修整成弧形，提高晶片邊緣的機械強度， 避免因應力集中而造成的缺陷拋光：提高晶圓的粗糙度，使其表面達到外延晶圓級精密清洗：去除污染物(如：灰塵顆粒、金屬、有機污染物等)。 )對晶片表面質(zhì)量進行檢查：使用高精度檢查儀器來檢查晶片質(zhì)量(平整度、表面灰塵顆粒等。)為了滿足客戶要求，機械加工、8，4藍寶石襯底應用類型，大多數(shù)外延晶片制造商使用的藍寶石襯底分為三種類型：1: C-平面藍寶石襯底，大多數(shù)制造商通常用于氮化鎵生長。這主要是因為藍寶石晶體沿c軸生長，技術成熟，成本相對較低，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定。C面外延技術成熟穩(wěn)定。2:R面或M面藍寶石襯底主要用于生長非極性/半極性氮化鎵外延膜，以提高發(fā)光效率。通常在藍寶石襯底上制備的氮化鎵外延膜是沿碳軸生長的，而碳軸是氮化鎵的極軸，在氮化鎵基器件的有源層量子阱中產(chǎn)生很強的內(nèi)建電場，這將降低發(fā)光效率。發(fā)展非極性氮化鎵外延是為了克服這種物理現(xiàn)象并提高發(fā)光效率。3:圖案藍寶石襯底(PSS)以生長或刻蝕的方式在藍寶石襯底上設計制造納米級特定規(guī)則微結構圖案，控制發(fā)光二極管的輸出光形式，同時可以減少藍寶石襯底上生長的氮化鎵之間的位錯缺陷，提高外延質(zhì)量，提高發(fā)光二極管的內(nèi)部量子效率，提高光提取效率。9，1:C平面藍寶石襯底，C平面藍寶石襯底是常用的藍寶石襯底。1993年，日本的赤崎勇教授和中村修二博士等人在當時的日本和亞洲化學中突破了格子因此，它確立了日本在發(fā)光二極管領域的領先地位。臺灣緊跟日本的發(fā)光二極管技術。臺灣的發(fā)光二極管開發(fā)首先從日本購買外延晶片加工，然后購買用于外延的主化學氣相沉積機器和藍寶石襯底。此后，臺灣當?shù)刂圃焐虒λ{寶石晶體生長和加工技術進行了研究和生產(chǎn)。通過自主研發(fā)，他們獲得了發(fā)光二極管專利授權等方法，實現(xiàn)了藍寶石晶體、襯底和外延片的生產(chǎn)。外延片加工和其他獨立生產(chǎn)技術逐漸確立了臺灣在發(fā)光二極管上游業(yè)務中的重要地位。目前，大部分藍/綠/白發(fā)光二極管產(chǎn)品都是采用以臺灣、日本為代表的藍寶石襯底通過主化學氣相沉積外延技術制造的。這使得藍寶石襯底非常常見，其次是美國克里公司使用的以碳化硅為代表的發(fā)光二極管產(chǎn)品。2:圖案藍寶石襯底(簡稱PSS)是通過刻蝕(藍寶石的C面干法刻蝕/濕法刻蝕)在藍寶石襯底上設計制作的具有微米級或納米級微結構特定規(guī)則圖案，以控制發(fā)光二極管的輸出光形式(藍寶石襯底上的凹凸圖案會產(chǎn)生光散射或折射效應，從而提高光提取率)。同時，氮化鎵薄膜在圖形化的藍寶石襯底上生長，產(chǎn)生橫向外延效應，減少藍寶石襯底上生長的氮化鎵之間的位錯缺陷，提高外延質(zhì)量，提高發(fā)光二極管的內(nèi)部量子效率，提高光提取效率。與普通藍寶石襯底上生長的發(fā)光二極管相比，亮度提高了70%以上。目前，臺灣生產(chǎn)的圖案藍寶石包括中美硅晶體、復合晶體和巨晶，以及兆瓦級。2/4英寸藍寶石襯底是價格逐漸穩(wěn)定的成熟產(chǎn)品。大尺寸(例如6/8英寸)普通藍寶石襯底正處于生長階段，具有2英寸圖案的藍寶石襯底，并且價格更高。其制造商也是大尺寸和圖案化藍寶石襯底的主要驅(qū)動者。同時，它也在積極提高生產(chǎn)能力。目前，大陸沒有一家制造商能夠生產(chǎn)圖案化藍寶石襯底。嘿。嘿。11，圖9:納米圖案藍寶石襯底。12，3:R平面或M平面藍寶石襯底。通常，生長在碳平面藍寶石襯底上的氮化鎵薄膜沿其極軸方向生長，即沿碳軸生長。薄膜具有自發(fā)極化和壓電極化效應，在薄膜(有源層量子阱)內(nèi)部產(chǎn)生強的內(nèi)建電場。Stork效應)大大降低了GaN薄膜的發(fā)光效率。在一些非碳藍寶石襯底(如R平面或M平面)和其他特殊襯底(如鋁酸鋰；生長在LiAlO2上的GaN薄膜是非極性和半極性的，并且由偏振場引起的發(fā)光器件中的上述負面效應將被部分或甚至完全改善。傳統(tǒng)的第三族氮化物半導體都生長在c面藍寶石襯底上。如果這種化合物生長在R平面或M平面上，產(chǎn)生的內(nèi)建電場可以平行于外延層，以增加電子空穴對復合的概率。因此，與傳統(tǒng)的C面藍寶石外延相比，主要由氮化物外延膜組成的發(fā)光二極管結構生長在R面或M面藍寶石襯底上，可以有效解決發(fā)