藍(lán)寶石襯底詳細(xì)介紹PPT課件

.1、發(fā)光二極管藍(lán)寶石襯底簡介，1:藍(lán)寶石詳細(xì)介紹藍(lán)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(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。它常用于A平面、C平面和R平面的切面。因為藍(lán)寶石的光學(xué)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(xué)元件、紅外器件、高強(qiáng)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(diǎn)(2045)的特點(diǎn)。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(lán)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(lán)寶石襯底的表面處理質(zhì)量密切相關(guān)。藍(lán)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(lán)寶石晶片成為制造白/藍(lán)/綠發(fā)光二極管的關(guān)鍵材料。下圖分別是藍(lán)寶石的剖面圖。晶體結(jié)構(gòu)圖的俯視圖；晶體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；氧化鋁零件的結(jié)構(gòu)圖；藍(lán)寶石結(jié)晶平面示意圖，2.藍(lán)寶石結(jié)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(cè)觀察該圖，3.藍(lán)寶石(Al2O3)特性表，4、藍(lán)寶石晶體生長方法有兩種常用的藍(lán)寶石晶體生長方法：1: Czochralskimethod(簡稱CZ法)。將原料加熱到熔點(diǎn)，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(dǎo)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(jié)構(gòu)的單晶。同時，籽晶以非常慢的速度被拉起，并以一定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。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(diǎn)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(zhuǎn)。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(lán)寶石襯底加工流程，藍(lán)寶石襯底由晶棒制成，晶棒由藍(lán)寶石晶體制成。其相關(guān)的制造流程如下：藍(lán)寶石晶體棒晶棒襯底，6，藍(lán)寶石晶體棒制造工藝流程藍(lán)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(lán)寶石晶體取向：以保證藍(lán)寶石晶體在棒切割機(jī)上的正確定位， 因此，棒切割棒：便于以特定方式從藍(lán)寶石晶體中切割和取出藍(lán)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(jī)械加工、藍(lán)寶石襯底的制造工藝流程， 晶體棒襯底取向：精確地將藍(lán)寶石晶體棒定位在切片機(jī)上，為了精確地切割加工切片：將藍(lán)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(jī)械強(qiáng)度， 避免因應(yīng)力集中而造成的缺陷拋光：提高晶圓的粗糙度，使其表面達(dá)到外延晶圓級精密清洗：去除污染物(如：灰塵顆粒、金屬、有機(jī)污染物等)。 )對晶片表面質(zhì)量進(jìn)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(jī)械加工、8，4藍(lán)寶石襯底應(yīng)用類型，大多數(shù)外延晶片制造商使用的藍(lán)寶石襯底分為三種類型：1: C-平面藍(lán)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(lán)寶石晶體沿c軸生長，技術(shù)成熟，成本相對較低，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。C面外延技術(shù)成熟穩(wěn)定。2:R面或M面藍(lán)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(lán)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(qiáng)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(lán)寶石襯底(PSS)以生長或刻蝕的方式在藍(lán)寶石襯底上設(shè)計制造納米級特定規(guī)則微結(jié)構(gòu)圖案，控制發(fā)光二極管的輸出光形式，同時可以減少藍(lán)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(lán)寶石襯底，C平面藍(lán)寶石襯底是常用的藍(lán)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(dāng)時的日本和亞洲化學(xué)中突破了格子因此，它確立了日本在發(fā)光二極管領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。臺灣緊跟日本的發(fā)光二極管技術(shù)。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(xué)氣相沉積機(jī)器和藍(lán)寶石襯底。此后，臺灣當(dāng)?shù)刂圃焐虒λ{(lán)寶石晶體生長和加工技術(shù)進(jìn)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(quán)等方法，實現(xiàn)了藍(lán)寶石晶體、襯底和外延片的生產(chǎn)。外延片加工和其他獨(dú)立生產(chǎn)技術(shù)逐漸確立了臺灣在發(fā)光二極管上游業(yè)務(wù)中的重要地位。目前，大部分藍(lán)/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(lán)寶石襯底通過主化學(xué)氣相沉積外延技術(shù)制造的。這使得藍(lán)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(lán)寶石襯底(簡稱PSS)是通過刻蝕(藍(lán)寶石的C面干法刻蝕/濕法刻蝕)在藍(lán)寶石襯底上設(shè)計制作的具有微米級或納米級微結(jié)構(gòu)特定規(guī)則圖案，以控制發(fā)光二極管的輸出光形式(藍(lán)寶石襯底上的凹凸圖案會產(chǎn)生光散射或折射效應(yīng)，從而提高光提取率)。同時，氮化鎵薄膜在圖形化的藍(lán)寶石襯底上生長，產(chǎn)生橫向外延效應(yīng)，減少藍(lán)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(lán)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(lán)寶石包括中美硅晶體、復(fù)合晶體和巨晶，以及兆瓦級。2/4英寸藍(lán)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(lán)寶石襯底正處于生長階段，具有2英寸圖案的藍(lán)寶石襯底，并且價格更高。其制造商也是大尺寸和圖案化藍(lán)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(lán)寶石襯底。嘿。嘿。11，圖9:納米圖案藍(lán)寶石襯底。12，3:R平面或M平面藍(lán)寶石襯底。通常，生長在碳平面藍(lán)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(yīng)，在薄膜(有源層量子阱)內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)的內(nèi)建電場。Stork效應(yīng))大大降低了GaN薄膜的發(fā)光效率。在一些非碳藍(lán)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(fù)面效應(yīng)將被部分或甚至完全改善。傳統(tǒng)的第三族氮化物半導(dǎo)體都生長在c面藍(lán)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(fù)合的概率。因此，與傳統(tǒng)的C面藍(lán)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(jié)構(gòu)生長在R面或M面藍(lán)寶石襯底上，可以有效解決發(fā)