蓝宝石衬底上增透膜
1.增透膜
蓝宝石衬底上增透膜
氧化硅(SiO2)膜具有熔点高、抗磨耐腐蚀、保护能力强、对光的散射吸收小等优良性能,使得SiO2非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透保护薄膜。
利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明,蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高;当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后,在
3~5um波段范围内,平均透过率达到96.43%,比未镀膜时的平均透过率87.01%提高了9.42%,满足了设计使用要求。
2.高反膜
制备出高性能的
193nm激光高反膜具有重要的应用价值。
在对不同材料组合高反膜性能分析比较的基础上,对应用于高反膜膜材料组合进
行了优化选择,以NdF3/AlF3为材料对,设计制备了193nm高反膜。193nm氟化物高反膜的反射率达到96%。
3.太阳能选择性吸收膜
太阳能选择性吸收膜要求在可见光及近红外波段反射率尽可能低(吸收比尽可能高),在红外波段反射率尽可能高(发射率尽可能低)。
AlCN太阳能选择性吸收薄膜的结构如图所示。它由玻璃基片上相继沉积的五层膜构成:最下面是一层非反应溅射沉积的足够厚的(200nm左右)铝金属膜。其上是反应溅射制备的成份渐变的四层AlCN薄膜,按从底层到表层的顺序,Al的含量逐渐减少,而N、C的含量逐渐增多,直到表层的介质膜。按此顺序,我们将这四层膜依次称为AlCN-1,AlCN-2,AlCN-3,AlCN-4。
4.光无源器件薄膜
光无源器件包括光纤连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光开关、光调制器等,它是光纤通信设备的重要组成部分,由于其工作原理遵循光线理论和电磁波理论,故薄膜器件部分的结构设计和工作原理与薄膜技术息息相关。
例如,大容量光纤通信要求光纤连接器插入损耗在0.1～0.5dB之间,平均值为
0.3dB,随着新技术、新工艺的应用可望降低到0.1dB,大大提高回波损耗。如果采用镀膜工艺在光纤连接器球面上镀增透膜,如SiO2、Ta2O5、MgF2、ZnO2、Al2O3、CeO2等使回波损耗提高到70dB以上。同时在插针的端面采用光集成工艺,镀上半透膜、减反膜和偏振膜,可以组成不同功能的多用插头。此外,波分复用器(WDM)在宽带高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中有着广泛的应用前景。其中干涉膜型波分复用器采用的是由多层介质膜镀制成的截止滤波片或带通滤波片,如1310/1550nm的波分复用器用的是长波通和带通滤波膜,采用的膜料大多是SiO2和TiO2。当多层介质膜为超窄带滤波膜时,即可构成密集型波分复用器(DWDM),复用间隔可小至1nm。这种滤波片是在多腔微离子体条件下制备的高稳定带通滤波片,其波长随温度变化小于0.004nm/℃。
5.软X射线多层膜
制备软X射线多层膜最常用的有三种方法:电子束蒸发、离子束溅射以及磁控溅射。用DC和RF磁控溅射法制备出了波长小于10nm波段的Mo/B4C软X射线多层膜反射镜。掠入射X射线衍射仪的测量结果表明,磁控溅射法有很高的控制精度,制备出的
Mo/B4C软X射线多层膜周期结构非常好,表(界)面粗糙度非常小,约为0.4nm。
从样品的衍射曲线可以看出,在每级衍射峰周围几乎都没有出现次峰,这说明了多层膜结构非常好,制备过程中由于控制问题引起的周期膜厚偏离设计值很小。
6.类金刚石及金刚石膜
金刚石膜及类金刚石(DLC)膜由于具有宽光谱透过率高、硬度高、摩擦系数小、化学稳定性好等优点，可以
作为多种光学材料如硅、锗、玻璃、硫化锌、MgF2，HgCdTe，KCl等的增透/保护膜，起到抗磨损、抗腐蚀、抗潮解和抗氧化的作用。金刚石膜及类金刚石膜已被应用于太阳能硅电池、高功率CO2激光器窗口、潜望镜红外(IR)窗口、飞机前视红
外窗口、导弹头罩窗口和宇航探测器等。
7.干涉截止滤光片
随着光谱干涉技术、激光技术以及光通信技术的迅速发展[1],对WDM(波分复用)器件的性能提出了更高的要求.介质薄膜型波分复用器是在温度性能稳定的基片上淀积多层介质薄膜,利用薄膜干涉原理,使之具有对某一波长范围呈通带、对另外波长范围呈阻带的滤波特性,利用这种特定波长选择特性的干涉滤光片就可以将不同的波长分离或者合并起来。
8.能量分光膜,可将入射光能量的一部分透射,另一部分反射分成两束光,最常用的是T:R=50:50的分光膜。可用金属、介质组合膜系,即利用金属Ag诱导增透原理来实现光谱分光要求。
9.宽带通滤光膜
宽带通滤光膜,如图3(g)最近最成功的应用,是用于制造低辐射玻璃(LOW-E玻璃),可以用于发展一种反射热能量而又可透过太阳光的建筑窗口玻璃。
分析红外带通滤光片几种设计方法的特点，并结合实际镀制工艺技术，采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法，设计了以锗材料为基底的中波３μｍ～５μｍ宽带通滤光膜。
10.窄带通滤波器
在光学仪器中具有获得单色光和抑制系统光背景的作用,在光学、医学、刑侦、通讯、生化等领域得到了广泛的应用。超窄带滤光片在光通讯中成功地应用于制造密集型的波分复用器(DWDM),从而使光通讯技术实用化向前迈了一大步。
一种小型化带通滤波器结构及其设计方法.该滤波器具有良好的窄带滤波特性和高次谐波抑制功能,其高次谐波抑制特性由谐振加载耦合微带线结构所产生的多个传输零点来实现,其中心工作频率和带宽则由短路短截线特性决定。
LED蓝宝石衬底
LED蓝宝石衬底 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)图从C轴俯看(b) 图从C轴侧看
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，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. 蓝宝石晶体的应用： 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 这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面.这主要是因为蓝宝石晶体沿C 轴生长的工艺成熟、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,以提高发光效率.通常在蓝宝石基板上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，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。
国内生产蓝宝石衬底的有哪几家
国内生产蓝宝石衬底的有哪几家？ 如题，最近对上上游的材料供应商感兴趣，请问国内有哪几家？ 过去，晶粒厂多半向俄罗斯、日本、美国采购蓝宝石基板，不过包括越峰、鑫晶钻以及太阳能厂中美晶、合晶，都注意到这块市场。太阳能厂中美晶、合晶从去年起，也开始跨足蓝宝石基板切割、甚至长晶，都在显示出LED上下游产值已愈滚愈大。中美晶表示，中美晶之前是向其它业者买进晶棒，切割、研磨、抛光等制程后，才出货给晶粒厂切割成晶粒。但从今年3月起，中美晶打算直接自行长晶，2英寸晶棒仍然向日本、美国采购，但3英寸、4英寸晶棒将自行发展，原因在于“外购晶棒，切割后出售给晶粒厂”的模式获利有限。 西方的蓝宝石生产商停止向台湾的GaN LED生产商供应产品，他们宁愿在电子基材市场的交易中获取利润。市场分析机构Yole Développement在今年的产业报告中强调，“巨大的压力”迫使2英寸蓝宝石晶片的价格降至17美元，这样芯片制造商就能将每个裸片价格压到2-3美分。据该篇报告的作者Philippe Roussel表示，尽管美国Rubicon置身其中，现在台湾LED制造业仍是亚洲和俄国蓝宝石供应商的温床。 尽管全球的实验室中有其他多种技术在开发当中，2英寸蓝宝石晶片在LED制造业中仍然保持主导地位，而台湾是主要的市场。图片来源。其他的供应商则关注全球的其他市场，包括一般售价25美元的2英寸蓝宝石衬底，以及正要推出的4英寸衬底，售价在170-180美元之间。巨大的价格差异把全球领先的LED制造商（大部分在台湾之外）推至浪尖，酌情开始生产4英寸蓝宝石。据悉，Osram和Showa Denko已经开始将部分生产转至更大尺寸的衬底上了。但Roussel认为此举要谨慎。 Roussel在“Sapphire market 2008”报告中指出，去年面向LED产业的蓝宝石衬底产值超过1亿美元，年复合增长率是15%，蓝宝石衬底市场近期有些动荡，但销售额有望稳健成长。而针对RF应用的蓝宝石上硅（SoS）业务将于2011年超过1亿美元。由于Peregrine半导体公司力挽颓势，GaAs RF市场将不会立即受威胁。然而他也指出其中的症结：这个处境很尴尬，客户也不喜欢由一家公司掌控所有的专利。现在Peregrine公司正通过授权日本的Oki 来分散客户的风险，另外还将一些生产外包给代工厂。Peregrine的重组无疑给Rubicon的Q4收入有所影响。 结合LED和SoS两大市场，到2012年蓝宝石业务总计4亿美元。其中，亚洲的蓝宝石生产商所占市场份额67%，由俄国Monocrystal和法国Saint-Gobain为代表的欧洲厂商占了20%的总销售额，剩余的就是Rubicon执掌的北美市场。 俄国晶体专家、合成蓝宝石和其他先进电子材料市场的领军者Monocrystal公司表示，它的超大面积晶片将通过制造低本高效的LED芯片，从而加快步入固态照明领域。今年八月，该公司就已经开始为LED制造商批量生产这种8英寸的c面蓝宝石衬底。通过采用适合大面积蓝宝石生长的先进技术，Monocrystal能快速地提高新一代蓝宝石晶体的产量。已知在2005年该公司的大面积蓝宝石晶体的产量超过了65kg。 蓝宝石衬底制造商Rubicon宣布在上个月底获得一笔6英寸蓝宝石订单，目前只用于研究；但在18个月内，这家台湾LCD制造商进军LED制造业，期待在6英寸蓝宝石上获取更大突破，提高市场竞争力。Rubicon的CEO Raja Parvez说，“我们每隔四周到六周就要拜访客户，我们看到了这个领域内有更大的进步。我预测将会12-18个月内就能看到批量生产。”
。蓝宝石(Al2O3),硅 (Si),碳化硅(SiC)LED衬底材料的选用比较)
?1、蓝宝石（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）LED衬底材料的选用 比较 ?通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。 ?蓝宝石衬底有许多的优点： 首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好； 其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中； 最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。 因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED 芯片。 ? 图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片[/url] 使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的
方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。 蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 碳化硅衬底 碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。 图2 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片[/url]
疯狂投资下蓝宝石衬底市场发展及价格走势[1]
疯狂投资下蓝宝石衬底市场发展及价格走势 蓝宝石(Al2O3,英文名为Sapphire)为制成氮化镓(GaN)磊晶发光层的主要基板材质，GaN可用来制作超高亮度蓝光、绿光、蓝绿光、白光LED。蓝宝石基板过去大宗应用是导弹弹头及手表等，后来应用到led的基板。蓝光LED晶粒的长晶材料的蓝宝石基板是由蓝宝石晶棒切割而成。 “牵一发而动全身”，随着LED照明市场需求起飞，蓝宝石需求也日益水涨船高。据业内人士介绍，蓝宝石基板占LED成本高达两成，可算是LED供应链中成本最高的材料。 今年7月20日，韩国三星LED高调宣布将与住友化学至2015年为止向其共同设立的合资公司投入5000亿韩元(4.71亿美元)生产LED 关键零件，也就是LED用蓝宝石基板，掀起了业内蓝宝石基板业者扩张高潮。随着LED蓝宝石晶棒、基板产能陆续开出，关于蓝宝石基板降价的呼声一浪高过一浪。那么，蓝宝石基板产能是否会过剩，价格是 否会下降，蓝宝石生产商是否会面临毛利率下降的压力?未来蓝宝石基板市场走向如何? LED衬底种类及其特征 企业加码蓝宝石衬底
2011年蓝宝石晶棒及蓝宝石基板厂单月产能扩充计划图 上游晶棒厂加速产能扩张，改写全球格局时间：2011-07-27浏览2277次【字体：大中小】从上下游的关系来看，蓝宝石基板的上游为蓝宝石长晶(也为蓝宝石晶棒)，此阶段难度颇高，过去多由美商Rubicon和俄商 Monocrystal所把控。自2009年LED背光电视渗透率上升三成，蓝宝石基板需求激增，但上游未及时扩产，导致供不应求，因此促使价格上升，带动其毛利率持续增长，据了解去年Rubicon的蓝宝石晶棒毛利率就占63%，今年预期可保有5成空间。考虑到蓝宝石衬底项目前景良好，今年韩国、台湾及大陆不少厂商投入此领域，使全球晶棒厂格局发生了变化。 全球第一大蓝宝石晶棒厂Rubicon,今年底预估产能将增加至100万毫米，俄罗斯的MOnocrystal预估将增加至80万毫米左右，而韩国的STC产能预估将倍增至90万毫米，将威胁Rubicon龙头宝座。 早在去年，云南蓝晶科技三期工程完工，预计其年产量达800万片，出口额超7000万美元，稳占中国蓝宝石晶棒厂老大位置，更冲刺到全球第三。而台湾越峰作为全球第四大蓝宝石晶棒厂，产能从去年初的十万毫米，扩充至年底的40-45万毫米。尚志半导体目前晶棒月产能约1.5万毫米，今年内则将扩产为10-15万毫米的水平。鑫晶钻则于去年产出80公斤蓝宝石晶体，并积极与兆丰银、土银、元大银、北富银、中信银及安泰银共同完成28亿元联贷案签约，为扩充产量准备充足资金，并与蓝宝石基板厂兆晶宣布合并，未来将同步扩充蓝宝石长晶以及基板的产能，合并后的新公司仍是以今年底月产能60万片(约当 2吋)为目标，冲刺全球前三大。 目前鑫晶钻在上游LED蓝宝石长晶月产能约7-10万/mm，且将在湖口兴建新厂，新厂将于Q3完成，Q4机台分批进驻，产能将陆续开出。
(项目管理)项目成果
中科院在LED领域的部分成果 一、衬底 1、第三代宽禁带半导体材料—氮化镓衬底晶片及相关产品 (3) 2、LED图形化衬底刻蚀系统 (6) 二、外延 3、新型LED光源-量子点的制备及量产放大技术 (8) 4、半导体深紫外LE D光源 (9) 5、大功率白光LED器件 (11) 三、芯片 6、基于同质外延技术的超大功率单芯片LED产业化 (12) 7、高效率高光通量LED关键技术及3W级LED芯片开发 (13) 8、制造LED芯片专用光刻机 (14) 四、封装 9、L E D高效封装光学设计 (16) 10、大功率白光LED专用环氧树脂 (17) 11、LED封装用高性能有机硅材料 (18) 12、高温固相法制备YAG：Ce荧光粉 (20) 13、新型LED用红色荧光粉的制备 (21) 14、白光LED光固化封装树脂 (22) 15、燃烧合成氮化物陶瓷荧光粉 (23) 16、非晶晶化法制备YAG:Ce3+微球荧光粉 (24) 17、交流驱动LED照明光源 (25) 五、应用 18、异型微热管散热技术 (26) 19、大功率LED液态金属散热技术 (27)
20、大功率LED灯具体式热管散热技术 (28) 21、蒸发冷却散热技术 (29) 22、大功率LED驱动技术 (31) 23、高亮度、低功耗LED平板灯技术 (33) 24、LED照明产品的设计技术集成 (34) 25、高热导氮化铝陶瓷散热基板 (35) 26、高热导LTCC复合陶瓷基板 (36) 27、LE D陶瓷散热技术 (37) 28、LED灯具结温测试及寿命评估技术 (39) 29、大功率L E D路灯 (40) 30、LED器件质量等级筛选技术 (41) 31、L E D植物照明灯 (42) 32、平板显示关键技术及产业化开发 (44) 33、OLED有机太阳能电池产业的关键材料 (46) 34、非中科院LED项目成果共26项 (47)
LED与蓝宝石衬底
LED与蓝宝石衬底 LED（Light-Emitting Diode，缩写LED）是发光二极管的简称。发光二极管的发光效率是白炽灯的10倍，其寿命可达10以上，具有节能和体积小的特点，产品主要用于液晶电视机、汽车、照明、交通信号、景观及显示牌。 2009年下半年开始，LED市场出现大飞跃，作为高成长性的新兴产业，预计到2015年，LED产业规模将突破5000亿元，其中普通照明行业1600亿元，大尺寸液晶电视背光行业1200亿元，汽车照明行业200亿元、普通照明行业1600亿元，景观、显示等行业1000亿元。 LED产业链条大致可以分为三个部分，分别是上游基片生长、外延片制造，中游的芯片封装和下游的应用产品。在整个产业链中，最核心的部分在基片生长和外延片制造环节，二者技术含量比较高，占全行业近70%的产值和利润。 LED的核心部分是外延片。蓝绿光LED是在蓝宝石基片上生长GaN（氮化镓）形成PN结，见图1。 图1 LED外延片结构
（2）几种LED衬底： 当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。 蓝宝石（Al2O3） 通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石（Al2O3）衬底的生产技术成熟、价格适中，化学稳定性好、不吸收可见光、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。但蓝宝石导热性差的缺点，在大功率器件中显得突出。 碳化硅衬底 除了Al2O3衬底外，目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，它在市场上的占有率位居第2，目前还未有第三种衬底用于氮化镓LED的商业化生产。采用SiC材料作为衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。但不足方面也很突出，如价格太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高。 硅衬底 在硅衬底上制备发光二极管是LED领域梦寐以求的事情，但目前在Si 衬底上很难得到无龟裂及器件级质量的GaN材料。硅衬底对光的吸收严重，LED节能灯出光效率低。
蓝宝石衬底
蓝宝石衬底 展开 对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪 种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底： 〃蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（Sic） 蓝宝石衬底 通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。 使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω〃cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400μm减到100μm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。 蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m〃K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和 V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED
图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术分析
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(1), 63-74 Published Online January 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/166541095.html,/journal/ms https://https://www.360docs.net/doc/166541095.html,/10.12677/ms.2020.101009 Study of the Preparation Methods and Key Techniques of Patterned Sapphire Substrate Zhiyuan Lai1, Kaihong Qiu2, Xiang Hou2, Jiangtao Zhang1, Zhongwei Hu1* 1Institute of Manufacturing Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian 2Fujian Zoomking Technology Co., Ltd., Longyan Fujian Received: Dec. 31st, 2019; accepted: Jan. 13th, 2020; published: Jan. 20th, 2020 Abstract The patterned sapphire substrate (PSS) is a new technology developed in recent years to improve the luminous rate of LED. This paper mainly introduces the principle of patterned sapphire sub-strate to improve the light-emitting rate of GaN-based LED, the effect of surface microstructure (geometry and size) on the luminous efficiency of LED, and focuses on the key technologies in the preparation of patterned sapphire substrates, including the preparation of mask and graphic transfer technology, as well as two main methods of substrate preparation are: dry etching and wet corrosion, and the advantages and disadvantages of the two preparation methods are com-pared. Finally, it is pointed out that the nano-patterned sapphire substrate is the key development direction of the future. Keywords Patterned Sapphire Substrate, Gallium Nitride (GaN), Mask, Etching 图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术 分析 赖志远1，仇凯弘2，侯想2，张江涛1，胡中伟1 * 1华侨大学制造工程研究院，福建厦门 2福建中晶科技有限公司，福建龙岩 收稿日期：2019年12月31日；录用日期：2020年1月13日；发布日期：2020年1月20日 *通讯作者。
在图形化蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜的方法
说明书 在图形化蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜的方法 技术领域 本发明涉及氮化镓（GaN）基Ⅲ族氮化物的异质外延生长方法，特别涉及一种在图形化蓝宝石衬底（PSS，Patterned Sapphire Substrate）上生长高质量GaN薄膜的方法。 背景技术 GaN基Ⅲ族氮化物是宽禁带直接带隙半导体材料，因其优异的电学性能和物理、化学稳定性，是制造发光二极管（LED，Light Emitting Diode）、短波长激光器、高功率晶体管、紫外光探测器等的理想材料。尽管GaN基LED早已实现产业化，但目前LED器件的发光效率仍然较低，有待进一步提高。 蓝宝石（Al2O3）是异质外延GaN薄膜最为通用的一种衬底材料，但由于蓝宝石与GaN外延层的晶格常数和热膨胀系数的失配，会引发界面处大量位错和缺陷的产生，缺陷密度高达108—1010/cm3，造成载流子泄露和非辐射复合中心增加，从而降低器件的内量子效率；另一方面由于GaN材料（折射率为2.5）和空气（折射率为1）的折射率差异较大，有源区产生的光子有70%在GaN层上下两个界面处发生多次全反射，降低了器件的光提取效率。图形化衬底技术通过在衬底表面制作细微结构图形，图形的存在有利于GaN外延层中的应力弛豫，且能抑制外延材料生长过程中向上延升的位错，从而提高器件的内量子效率；而且图形化衬底能使原本在临界角范围外的光线通过图形的反射重新进入到临界角内出射，因此提高了光提取效率。 对本领域技术人员而言，基于蓝宝石衬底的低温生长缓冲层和高温生长GaN外延层的“两步法”工艺是一项成熟技术。但是与非图形衬底相比，图形化衬底表面均匀分布的图形将使GaN初期的生长模式发生较大变化，如直接采用普通蓝宝石衬底上的GaN生长工艺，可能会导致GaN薄膜出现表面粗糙、晶体质量差的现象，所以基于图形化衬底的GaN生长工艺参数也需要作相应的改变。其工艺应保证如下要求：a、表面平整；b、晶体质量良好。 发明内容 本发明的目的在于提供一种在图形化蓝宝石衬底上生长高质量GaN薄膜的方法，该方法通过在生长初期采用低Ⅴ/Ⅲ比（氨气与镓源摩尔流量比）生长来改变生长模式，以获得表面平整及晶体质量良好的GaN薄膜。 本发明采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD，Metalorganic Chemical Vapor Deposition）技术。在MOCVD外延生长GaN材料过程中，在位监控是
国家标准蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法
国家标准《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》 （送审稿）编制说明 一、工作简况 1 立项目的和意义 受益于LED照明产业的快速发展，国内蓝宝石单晶产业发展迅猛，未来全球蓝宝石产业发展的重心在中国，但是目前国内有关蓝宝石抛光衬底片行业方法方面的标准还较为欠缺，因此，制定蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法标准很有必要。 制定本标准的目的是为了规范蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素的测量方法，避免因为金属残留原因造成的后道工序污染、成本升高及质量下降等问题，促进我国蓝宝石产业内部的平稳流动及互惠互利。该标准可填补国内蓝宝石抛光衬底片在表面金属残留检测及定性定量方面标准的空白，对于我国蓝宝石产业的发展具有重要意义。 2 任务来源 根据国家标准委《关于下达2013年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2013]90号）的要求，《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》由天通控股股份有限公司负责编制本标准，计划编号为20132165-T-469，完成年限为2015年。 3 编制单位简况 天通控股股份有限公司（以下简称“天通股份”）是国内首家由自然人直接控股的上市公司，重点发展磁性材料及LED晶体材料，是集科研、制造、销售于一体的国家重点高新技术企业。公司一直高度重视标准化工作，积极参与国际标准、国家标准和行业标准的制修订工作，不断建立和完善企业标准体系，具有丰富的标准化研究、管理能力和经验。 4 主要工作过程 天通控股股份有限公司在收到项目计划后开始收集和分析有关资料，确定标准制定的原则和依据，并落实标准的主要起草人，成立标准起草组。标准起草组对相关资料进行了认真分析，共召开五次会议，不断修改、完善标准草案，形成了标准的讨论稿。 2014年11月，由全国半导体设备与材料标准化技术委员会材料分会组织，在江苏省徐州市对天通控股股份有限公司起草的《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》
LED半导体照明衬底类型及其测量技术
LED半导体照明衬底类型及其测量技术 自上世纪90年代初中村修二发明高亮度蓝光LED以来，基于GaN基蓝光LED和黄色荧光粉组合发出白光方式的半导体照明技术在世界范围内得到了广泛关注和快速发展。迄今为止，商品化白光LED的光效已经超过150 lm/W，而实验室水平已经超过了200 lm/W，远远高于传统白炽灯（15 lm/W）和荧光灯（80 lm/W）的水平。从市场看，LED已经广泛应用于显示屏、液晶背光源、交通指示灯、室外照明等领域，并已经开始向室内照明、汽车灯、舞台灯光、特种照明等市场渗透，未来有望全面替换传统光源。 半导体照明光源的质量和LED芯片的质量息息相关。进一步提高LED的光效（尤其是大功率工作下的光效）、可靠性、寿命是LED材料和芯片技术发展的目标。 LED半导体衬底分类 （1）图形衬底 衬底是支撑外延薄膜的基底，由于缺乏同质衬底，GaN基LED一般生长在蓝宝石、SiC、Si等异质衬底之上。发展至今，蓝宝石已经成为性价比最高的衬底，使用最为广泛。由于GaN的折射率比蓝宝石高，为了减少从LED出射的光在衬底界面的全发射，目前正装芯片一般都在图形衬底上进行材料外延以提高光的散射。常见的图形衬底图案一般是按六边形密排的尺寸为微米量级的圆锥阵列，可以将LED的光提取效率提高至60%以上。同时也有研究表明，利用图形衬底并结合一定的生长工艺可以控制GaN中位错的延伸方向从而有效降低GaN 外延层的位错密度。在未来相当一段时间内图形衬底依然是正装芯片采取的主要技术手段。 未来图形衬底的发展方向是向更小的尺寸发展。目前，受限于制作成本，蓝宝石图形衬底一般采用接触式曝光和ICP干法刻蚀的方法进行制作，尺寸只能做到微米量级。如能进一步减小尺寸至和光波长可比拟的百nm量级，则可以进一步提高对光的散射能力。甚至可以做成周期性结构，利用二维光子晶体的物理效应进一步提高光提取效率。纳米图形的制作方法包括电子束曝光、纳米压印、纳米小球自组装等，从成本上考虑，后两者更适合用于衬底的加工制作。 （2）大尺寸衬底 目前，产业界中仍以2英寸蓝宝石衬底为主流，某些国际大厂已经在使用3英寸甚至4英寸衬底，未来有望扩大至6英寸衬底。衬底尺寸的扩大有利于减小外延片的边缘效应，提
蓝宝石衬底上增透膜
1.增透膜 蓝宝石衬底上增透膜 氧化硅(SiO2)膜具有熔点高、抗磨耐腐蚀、保护能力强、对光的散射吸收小等优良性能,使得SiO2非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透保护薄膜。 利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明,蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高;当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后,在 3~5um波段范围内,平均透过率达到96.43%,比未镀膜时的平均透过率87.01%提高了9.42%,满足了设计使用要求。 2.高反膜 制备出高性能的 193nm激光高反膜具有重要的应用价值。 在对不同材料组合高反膜性能分析比较的基础上,对应用于高反膜膜材料组合进
行了优化选择,以NdF3/AlF3为材料对,设计制备了193nm高反膜。193nm氟化物高反膜的反射率达到96%。 3.太阳能选择性吸收膜 太阳能选择性吸收膜要求在可见光及近红外波段反射率尽可能低(吸收比尽可能高),在红外波段反射率尽可能高(发射率尽可能低)。 AlCN太阳能选择性吸收薄膜的结构如图所示。它由玻璃基片上相继沉积的五层膜构成:最下面是一层非反应溅射沉积的足够厚的(200nm左右)铝金属膜。其上是反应溅射制备的成份渐变的四层AlCN薄膜,按从底层到表层的顺序,Al的含量逐渐减少,而N、C的含量逐渐增多,直到表层的介质膜。按此顺序,我们将这四层膜依次称为AlCN-1,AlCN-2,AlCN-3,AlCN-4。
4.光无源器件薄膜 光无源器件包括光纤连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光开关、光调制器等,它是光纤通信设备的重要组成部分,由于其工作原理遵循光线理论和电磁波理论,故薄膜器件部分的结构设计和工作原理与薄膜技术息息相关。 例如,大容量光纤通信要求光纤连接器插入损耗在0.1～0.5dB之间,平均值为 0.3dB,随着新技术、新工艺的应用可望降低到0.1dB,大大提高回波损耗。如果采用镀膜工艺在光纤连接器球面上镀增透膜,如SiO2、Ta2O5、MgF2、ZnO2、Al2O3、CeO2等使回波损耗提高到70dB以上。同时在插针的端面采用光集成工艺,镀上半透膜、减反膜和偏振膜,可以组成不同功能的多用插头。此外,波分复用器(WDM)在宽带高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中有着广泛的应用前景。其中干涉膜型波分复用器采用的是由多层介质膜镀制成的截止滤波片或带通滤波片,如1310/1550nm的波分复用器用的是长波通和带通滤波膜,采用的膜料大多是SiO2和TiO2。当多层介质膜为超窄带滤波膜时,即可构成密集型波分复用器(DWDM),复用间隔可小至1nm。这种滤波片是在多腔微离子体条件下制备的高稳定带通滤波片,其波长随温度变化小于0.004nm/℃。 5.软X射线多层膜 制备软X射线多层膜最常用的有三种方法:电子束蒸发、离子束溅射以及磁控溅射。用DC和RF磁控溅射法制备出了波长小于10nm波段的Mo/B4C软X射线多层膜反射镜。掠入射X射线衍射仪的测量结果表明,磁控溅射法有很高的控制精度,制备出的 Mo/B4C软X射线多层膜周期结构非常好,表(界)面粗糙度非常小,约为0.4nm。
蓝宝石衬底制作工艺流程简要说明
蓝宝石衬底制作工艺流程简要说明 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芯片 研磨:去除切片时造成的芯片切割损伤层及改善芯片的平坦度 倒角:将芯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:改善芯片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除芯片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等) 品检:以高精密检测仪器检验芯片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求 柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响 江洋罗毅汪莱李洪涛席光义赵维韩彦军 【摘要】：在柱状图形蓝宝石衬底(PSS-p)和孔状图形蓝宝石衬底(PSS-h)上外延了GaN体材料和LED结构并进行了详细对比和分析.X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)测试结果表明,PSS-h上体材料的晶体质量和表面形貌都优于PSS-p上体材料的特性,通过断面扫面电子显微镜(SEM)照片看出PSS-h上GaN的侧向生长是导致这种差异的原因.另外,基于PSS-p和PSS-h上外延的LED材料制作而成的器件结果表明,其20mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底(CSS)分别提高了46%和33%.通过变温光荧光谱(PL)分析发现,样品的内量子效率十分接近.因此,可以推断PSS-h上侧向外延中存留的空气隙则会影响光提取效率的提高. 【作者单位】：清华大学电子工程系集成光电子学国家重点实验室; 【关键词】：蓝宝石图形衬底氮化镓发光二极管侧向生长光提取效率内量子效率原子力显微镜体材料蓝宝石衬底晶体质量 【基金】：国家自然科学基金(批准号:60536020,60723002)国家重点基础研究发展计划“973”(批准号:2006CB302801,2006CB302804,2006CB302806,2006CB921106)国家高技术研究发展计划“863”(批准号:2006AA03A105)北京市科委重大计划(批准号:D0404003040321)资助的课题~~ 1·引言利用GaN基大功率LED作为一种新型高效的固体光源,具有能耗小、高功率、寿命长、体积小、环保等显著优点,将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具,被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一[1,2].目前使用最广泛的外延GaN材料的衬底是成本较低的蓝
蓝宝石衬底行业分析报告
蓝宝石衬底行业分析报告
目录 一、蓝宝石行业概述 (4) 1、产业链划分清晰，各环节分工明确 (4) 2、技术和成本双因素造就市场高集中度 (4) 3、晶棒生长技术壁垒高 (5) （1）提拉法 (6) （2）泡生法（又称KY法） (6) 二、需求：传统应用蓄势待发，新兴应用将引爆市场 (8) 1、蓝宝石衬底受益于LED照明市场的开启 (8) （1）蓝宝石材料是LED上游衬底的最优的选择 (8) （2）LED照明市场即将爆发 (9) 2、LED背光源：渗透率逐渐见顶，蓝宝石衬底需求维持稳定 (13) （1）LCD TV：低阶直下式产品快速提高渗透，蓝宝石衬底需求平稳增长 (14) （2）LCD Monitor：伴随终端出货量减少，蓝宝石衬底需求稍有下降 (16) （3）智能手机：2013年首超功能机，背光和补光灯双向带动蓝宝石衬底需求 .. 18 3、新兴应用：iPhone引领行业带来大规模潜在市场 (19) 4、全球蓝宝石需求预测数据汇总 (21) 三、供给：市场趋于理性，集中度提高 (22) 1、2013年前七大长晶厂商市占率将达85% (22) 2、成本考验造就大者恒大的竞争格局 (23) 3、全球蓝宝石衬底产能供给测算 (25) 四、全球蓝宝石衬底供需状况改善，行业底部已过 (25) 1、LED照明和智能手机摄像头与HOME键保护盖拉动需求高增长 (25) 2、蓝宝石衬底价格探底回升也印证了供需状况开始好转的判断 (26) 五、iPhone未来可能采用蓝宝石做屏幕保护盖，将进一步引起行业供需急剧反转 (27)
1、蓝宝石应用于手机或者智能手表屏幕有优势 (28) 2、蓝宝石手机屏幕或引起对蓝宝石的需求急剧地增加 (28) 六、投资策略：关注垂直一体化+掌握核心技术的企业 (28) 1、东晶电子 (30) 2、水晶光电 (30) 3、晶胜机电 (31) 4、三安光电 (32)
LED图形化蓝宝石衬底
LED图形化蓝宝石衬底 项目可行性报告 一、立项的背景和意义 在大尺寸背光源渗透率快速提升、照明产品需求逐步扩大等新兴应用领域快速发展的带动下，近几年，全球LED市场保持了快速的增长，成为半导体行业中的发展亮点。 LED因其节能、环保、长寿命、耗能低、体积小、应用灵活、控制方便等特点，LED的应用前景非常广阔，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等领域。在资源日渐衰竭的今日，环保、节能是各产业发展的重心，LED的出现为人类的生活世界带来新革命、新科技。 近年来，随着全球半导体照明产业升温，欧、美、日等纷纷推出半导体照明计划。 白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED的应用市场非常广泛，也是取代白炽钨丝灯泡及荧光灯的“杀手”。目前，白色LED已开始进入一些应用领域，应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世。 蓝宝石晶体是目前半导体照明产业发展过程中使用最为广泛的的衬底材料，蓝宝石具有高强度、高熔点、物理化学性能稳定等特性，在军事、航天航空、光学、生物、分析、半导体基片以及在高
速信息处理、电子光子装置的微型化、智能化方面得到广泛的应用。 随着半导体照明技术的不断发展，LED越来越多的进入到各种照明领域中。LED照明市场的迅速发展，成为蓝宝石应用市场扩展的又一重要力量。 LED产业中提高器件的内量子效率和光萃取效率是一个一直困扰产业界的问题，业内技术人员不断尝试各种方法去提高器件的发光效率，其中影响内量子效率和光萃取效率的因素主要是衬底与外延层的晶格失配合热膨胀系数适配，以及不同材料间由于折射率不同造成的光全反射，从而使光无法出射的问题。 蓝宝石衬底和氮化镓材料存在巨大的晶格失配（16%）和热膨胀系数失配（34%），所以异质外延的GaN材料内部具有很高的位错密度（109——1011cm-2），这会引起载流子泄漏和非辐射复合中心增多等不良影响，降低器件的内量子效率；另一方面，由于GaN材料折射率（2.4）高于蓝宝石衬底（1.7）以及外部封装树脂（1.5），使得有源区产生的光子在GaN上下界面发生多次全反射，严重降低器件的光提取效率。图形化衬底技术通过在蓝宝石衬底表面制作具有细微结构的图形，然后再在这种图形化的衬底表面进行LED材料外延。 图形化的界面改变了GaN材料的生长过程，能抑制缺陷向外延表面的延伸，提高器件内量子效率；同时，粗糙化的GaN蓝宝石界面能散射从有源区发射的光子，使得原本全反射的光子有机会出射到器件外部，能有效提高光提取效率。 基于图形化衬底（简称PSS）的外延材料制成的LED器件参数表
LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍(附图)
OFweek分享：LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍（附图） 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： 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
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，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(Se edC rystal，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。 两种方法的晶体生长示意图如下:
图形化衬底(PSS)
图形化衬底(PSS)刻蚀设备工艺研究进展 时间：2012-02-28 【字体：大中小】 蓝宝石晶片目前广泛用作III-V族LED器件氮化物外延薄膜的衬底，然而由于氮化物和蓝宝石大的晶格失配和热膨胀系数的差别，使得在衬底上生长的氮化物材料位错和缺陷密度较大，影响了器件的发光效率和寿命。图形化衬底(PSS)技术可以有效地减少外延材料的位错和缺陷，在氮化物器件制备中得到了广泛的应用。但是由于蓝宝石具有稳定的化学和物理性质，使得很难进行刻蚀和图形化制作。本文采用由北方微电子公司开发的EL EDE?330高密度等离子体ICP刻蚀机对PSS刻蚀工艺进行了研究，通过对刻蚀速率、选择比以及不同图形的刻蚀分析，取得了比较满意的工艺结果。 一、简介 PSS(Patterned Sapphire Substrate)，也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。一方面可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命;另一方面有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。综合这两方面的原因，使PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。 随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对GaN基LED器件PSS衬底的研究也逐渐增多。如今各厂家纷纷采用PSS技术，以提高LED器件的光提取效率。PSS的图形种类也较多，目前使用比较普遍的一种形貌类似圆锥形的图形，图形周期约