LED用蓝宝石衬底抛光技术进展

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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。

LED用蓝宝石晶体衬底激光划片工艺

26中国照明电器CHINA LIGHT ＆LIGHTING2010年第3期LED 用蓝宝石晶体衬底激光划片工艺郭琛肖娜（武汉东隆科技有限公司，武汉430074）摘要本文对采用355nm 和266nm 波长激光在不同参数下切割蓝宝石衬底的效果进行比较，对如何取得好的切割效果和表面质量进行研究，实验结果表明266nm 激光更加适合进行蓝宝石衬底的切割，并且给出了获得更好的加工后表面质量的方法。

关键词蓝宝石衬底激光划片精密切割LED 衬底加工Laser Scribing Technology on LED with Sapphire SubstratesGuo ChenXiao Na（ETSC Technologies Co.，Wuhan 430074）Abstract ：This paper presents the sapphire scribing processing and the results based on different laser parameters ，shows the effect of laser wavelength on scribing kerf and surface quality.The results indicate that 266nm UV laser is better for sapphire substrate scribing application.And the author concludes the way to obtain the better surface quality when scribing with 266nm UV laser.Key words ：sapphire substrate ；laser scribing ；precisely cutting ；LED substrate machining1LED 用蓝宝石衬底激光划片工艺概况绝大多数的半导体材料都是原子晶体，而对此类材料的激光加工过程则是一个复杂的过程。

蓝宝石LED衬底工艺流程

热导
衬底作为芯片散热的主要通道，将芯片产生的热量传导至外部。
光学特性
衬底对芯片的光学性能有影响，如光的吸收、反射和折射等。
LED衬底材料的种类
蓝宝石
常用作LED衬底材料，具有较高的硬度、化学稳定性和高热导率。
硅
具有高热导率、低成本和成熟的半导体制造工艺。
碳化硅
具有高热导率、高硬度、高化学稳定性和高抗腐蚀性。
蓝宝石LED衬底工艺流程
• 引言 • LED衬底概述 • 蓝宝石LED衬底制备工艺流程 • 工艺流程中的关键技术 • 工艺流程中的问题与解决方案 • 结论
01
引言
主题简介
01
蓝宝石LED衬底是LED产业中的重要组成部分，其工艺流程涉及多个环节和关键技术。
02
蓝宝石LED衬底具有优异的光学、热学和机械性能，广泛应用于照明、显示、背光等领域。
晶体切割
将晶体切割成适当的大小和形状，以满足后续加工需求。
切割与研磨的关键技术
切片
抛光
使用刀片或激光将衬底切成适当的大小。
通过抛光剂和抛光盘对衬底表面进行抛光，以提高表面光洁度和平整度。
研磨
通过研磨剂和研磨盘对衬底表面进行研磨，以去除切割痕迹和表面缺陷。
抛光处理的关键技术
选择性抛光
根据衬底表面的不同区域选择不同的抛光参数，以实现局部抛光。
研究更精确的光刻技术
随着LED芯片尺寸的不断减小，需要更精确的光刻技术来制作更精细的图案。
发展新型蓝宝石衬底材料
为了满足LED行业的发展需求，需要研究和发展新型蓝宝石衬底材料，提高其性能和稳定性。
深入研究退火处理技术
退火处理对蓝宝石衬底的性能有很大影响，需要进一步深入研究退火处理技术，优化退火工艺参数，提高蓝宝石衬底的性能。

蓝宝石衬底、LED衬底“四剑客”布局如哪般!

蓝宝石衬底、LED衬底“四剑客”布局如哪般！来源微信公众号：蓝宝石材料蓝宝石材料资讯公众号，每天晚上10点左右推送，都是精华内容哦。

目前用于LED产业化的衬底主要有蓝宝石（Al2O3）、SiC和Si，Cree公司用SiC为衬底，东芝公司宣布8″的硅衬底生长LED将于2013年产业化，其余的大部分以蓝宝石为主。

全球生产蓝宝石衬底有130多家，其中有80多家是近两年加入的。

2012年的需求量约9600万片（以2″计算），其中蓝宝石图形化衬底（PSS）占70%~80%，目前仍以2″和4″衬底片为主，由于同样面积的6″晶片比2″晶片要多出52%芯片，所以预测几年后将以6″为主。

由于生产能力过大，供大于求，致使蓝宝石晶片价格大幅度下降，大约为每片7~8美元。

在蓝宝石晶体生长上大部分采用A轴向生长，取出C轴向的晶片，材料利用率过低，2″为35%左右，6″约为20%。

据有资料显示：采用CHES法直接按C轴向生长，材料利用率可达75%，而且减少了张力和应力，从而降低了衬底晶片的弯曲度和翘曲度，因此，极大提高了蓝宝石衬底的生产效率、晶片质量及降低成本。

近几年全球正在研究很多LED的新衬底，取得了很大成果。

中国生产蓝宝石衬底的企业约50家，其中已投产约30家左右，生产能力已达1亿片/年（以2″计算），超过全球的需求量。

而且由于蓝宝石企业直接生产PSS衬底的不多，企业的竞争力较差，企业走向转型、整合、兼并是必然的。

另外，还有山东华光采用SiC衬底生长LED，南昌晶能采用6″的Si衬底生长LED，均取得较好成果。

蓝宝石衬底（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。

LED用蓝宝石基板衬底详细介绍

未来展望
技术创新
随着科技的不断进步，蓝宝石基板衬底技术将不断突破，提高晶体质量、降低成本、优化散热性能等方面将取得更多进展。
市场需求增长
随着LED照明、显示等领域的快速发展，蓝宝石基板衬底的市场需求将持续增长，为产业发展带来更多机遇。
产业链协同发展
蓝宝石基板衬底产业的发展需要与LED芯片、封装等环节紧密合作，形成协同发展的产业链，共同推动LED产业的进步。
LED用蓝宝石基板衬底详细介绍
• LED与蓝宝石基板衬底概述 • LED用蓝宝石基板衬底的应用 • LED用蓝宝石基板衬底的特性 • LED用蓝宝石基板衬底的生产工艺 • LED用蓝宝石基板衬底的挑战与展望
01
LED与蓝宝石基板衬底概述
LED简介
01
02
03
LED简介
LED（Light Emitting Diode）是一种固态电子器件，通过电流激发半导体材料产生可见光。
抗氧化性
蓝宝石不易氧化，能够延长LED的使用寿命。
环境适应性
蓝宝石可以在各种环境下稳定工作，适应性强。
光学特性
高透光性
蓝宝石具有高透光性，能够让更多的光线通过，从而提高LED的
亮度和发光效率。
抗光反射
蓝宝石具有很好的抗光反射性能，可以减少光线的散射和反射，提
高LED的出光效果。
色彩稳定性
蓝宝石的折射率和色散性能稳定，能够保证LED的色彩稳定性。
市场挑战
成本压力
蓝宝石基板作为高端LED芯片的衬底材料，成本较高，需要不断降低生产成本以适应市场需求。
竞争激烈
随着LED市场的竞争加剧，蓝宝石基板衬底面临着来自其他材料的竞争压力，如硅基、碳化硅基等。

LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨

LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨摘要：随着社会经济的不断发展，能源的需求量不断增加，为了能够将有效降低能源的损耗，实现能源的可持续发展目标，我国对于节能环保事业的发展尤为的关注。

基于科学技术的发展，我国在照明领域开展的环保事业发展取得了一定的成就。

例如LED的研发和应用，其在使用的过程中不仅节能环保，同时也体积比较小，且功能时效时间比较长，与普通的照明源对比来讲更具有发展前景。

经过技术研发人员的不懈努力，找到了一种能够有效提升LED出光率的新技术，即通过蓝宝石图形化衬底实现LED高出光率的目标，为LED广泛应用于多个领域地奠定了坚实的基础。

本文通过对蓝宝石图形化衬底提升LED出光率的机理、表面微结构对LED发光率的影响进行了分析，并探讨了LED蓝宝石图形化衬底的制作过程。

关键词：LED；蓝宝石图形衬底；制备工艺引言：随着物质生活水平的提升，社会群众对于环保节能产业的发展也越发地关注，只有合理控制能源的消耗，才能够有效地提升能源和生态环境可持续发展的潜力。

环保节能在各行各业的发展中都是非常重要战略目标。

在照明领域最显著的发展便是LED的发展与应用，因为其具备良好的性能，尤其在环保节能方面表现出来的优势得到了社会群众的认可，所以被推广到很多的领域的实际应用当中，例如用于一般的照明、LCD背光源等。

随着蓝宝石图形化衬底制备工艺的不断发展，让LED制备白光逐渐成了现实，对于LED的进一步推广和应用有着非常显著的作用。

值得一提的是，LED虽然作为一种特别的固态光源与当前的社会环境倡导节能减排的理念具有极高的契合度，但是在LED实际的发展与应用中还是存在着一些问题，只有技术研发人员加强对LED的创新和优化，才能够为LED的广泛应用，在照明领域代替当前的所使用的传统光源。

为环保节能社会的建设提供良好的支持。

1.LED蓝宝石图形化衬底提高GaN基LED出光率的作用机理1.1降低GaN外延层位错密度在LED衬底材料中蓝宝石所具备的机械性能、可靠性以及易控制特性远超过其他的衬底材料，如单晶硅、单晶碳化硅等。

蓝宝石衬底基片工艺质量检测指标及方法的研究进展

・江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２００８１９７）；江苏省高校科研成果产业化推进项目（ＪＨｌ０－Ｘ０４８）；江苏省“青蓝工程”项目；江苏省新型环保重点实验室开放课题基金项目（ＡＥ２０１１２０）；江苏省生态环境材料重点建设实验室开放课题资助项目（ＥＭＬ２０１２０１３）；国际科技合作聘专重点资助项目８７
在研磨抛光加工过程中，经常会在晶片表面留下裂纹、断裂带、凹坑、凸起和夹杂物等表面缺陷，通过研究可将表面缺陷分为以下几种类型：１）凹缺陷，即向内的缺陷，如沟槽、划道、裂纹、鸦爪、边缘崩边、缺口、凹坑和条纹等；２）凸缺陷，即向外的缺陷，如火山口、夹杂物、飞边、附着物和小丘等；３）混合缺陷，即部分向外和部分向内的缺陷，如环形坑、折叠、划痕、切削残余和桔皮等；４）区域缺陷和外观缺陷，即几何尺寸很难测量的缺陷，如划痕、腐蚀、磨曲、麻点、裂纹、斑点和斑纹。５）区域沾污／微粒沾污，即表面上局部区域的外来物质，表现为颜色变化、色斑、斑点和水迹等引起的云雾状外观，经检验前的预处理，９０％的衬
仅需要优良的衬底基片制备工艺技术，衬底基片质量的检测技术也是一个非常重要的环节。研究蓝宝石衬底基片检测技术，不仅是通过质量检测来筛选合格的衬底基片，更重要的是通过检测发现衬底基片制备
工艺技术的不足，推动衬底基片加工技术的发展和提升衬底基片的质量。
熔点高（２０４５℃）、光透性好、热稳定性好和化学性质稳定等优良特性，在国防、航空航天、工业以及生活领域中得到广泛应用，特别适合作ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ
底基片检测技术的发展做出了引导性的总结。
１
高宽（ＦＨＷＭ）值较小，说明晶体晶格结构非常完整。其他晶体生长缺陷检测指标包括：成色、多晶现象、透过光谱、亚晶界、Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量，以及孪晶等。晶体生长过程中宏观缺陷将导致后续加工过程中衬底基片的直接报废，所以晶体检测过程中不允许出现宏观缺陷。微观缺陷在衬底基片加工过程中容易导致

关于LED蓝宝石衬底的调研报告

关于LED蓝宝石衬底的调研报告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(a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看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.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4 蓝宝石基板应用种类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。

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Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＺｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｃｏｎｔａｉｎｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｌｙｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃｌａｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ＳＯｉｔｓｕｉｔｓｆｏｒｂｅｉｎｇｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｆＬＥＤ．／ｔｉｓｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｍｕｓｔｈａｖｅｖｅｒｙｓｍｏｏｔｈｓｕＦｆｖｅａ，ｓｕｃｈａＳｌｏｗｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｈｉｇｈｆｏｒｍｉｎｇ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｕ￣Ｃａｃｅ
ｉｎｆｓｉｈｉｎｇ。ｌｏｆａｔｐｏｌｓｉｈｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔ，ｄｅｍｅｒｉｔｎｄａｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ．Ｎｏｗｅｈｉｇｈｅｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｑｕｌｉａｔｙｆｏｓｐｐａｈｉｒｅｓｕ￣ＣａｃｅｏｂｔｉａｎｅｄｓｉｔｈｔａｔｈｅＲａｓｉ０．１ｎｍ，ｌａｆｔｅｓｎｓｓｉ０．５１ｘｍ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖｎｃａｅｆｐｏｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ，
２２４０５１；３．江苏大学，江苏镇江２１２０１３）
２１３０１６；２．盐城工学院，江苏盐城
摘
要：蓝宝石单晶衬底具有优秀的物理化学性质，作为ＬＥＤ的主要衬底材料，其晶片表面质量要求非常高，而加工工
艺在很大程度上决定了表面质量。对蓝宝石衬底加工的各种工艺原理作简要介绍，如化学机械抛光、磁流变抛光、浮法抛
光等，指出这些加工方法的优缺点、发展进程等。目前蓝宝石衬底的抛光质量已经达到：表面粗糙度０．１ｎｍ，平面度
０．５ｔｘｍ。随着生产工艺的不断进步，数字化、全自动、绿色无污染的抛光工艺是未来蓝宝石衬底加工的发展方向。
关键词：蓝宝石衬底；抛光工艺；化学机械抛光
ｑｕａｌｉｔｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｑｕｉｅ．Ｉｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｃｈ ∞ ＣｕＭＰ，ｍａｇｎｅｔｏ — ｔｈｅｏｌｏｇｉｃｌａ
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＧ８７８＋．１；ＴＮ３０５．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０４ — ０２４９ — ０３
ＴｈｅＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＰｏｌｉｓｈｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳａｐｐｈｉｒｅＳｕｂｓｔｒａｔｅＵｓｅｄｉｎＬＥＤ
ＺＨＵＯＺｈｉ — ｇｕｏ，ＺＨＯＵＨａｉ，ＸＵＸｉａｏ－ｍｉｎｇ，ＺＡＮＧＹｕｅ ’
（１．ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＣｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６６，Ｃｈｉｎａ；ＺＹａｎｃｈｅｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＹａｎｃｈｅｎｇ２２４０５１，
第４期
２０１３年４月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ２４９
ＬＥＤ用蓝宝石衬底抛光技术进展
卓志国，一，周
（１．常州大学，江苏常州
海，徐晓明１．２，臧跃２，３