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蓝宝石 (Sapphire)



1992年日本工程师中村修二划时代地利用蓝宝石基板制备了GaN外延层并顺利实现蓝光LED制作之后,蓝绿光LED实现了井喷式的大爆发,蓝宝石晶体化学成分为氧化铝,晶体结构为六方晶格,其具有超高的硬度,在高温下物理、化学性质稳定,光学性能优秀,逐渐成为蓝绿光LED的主流选择。

             

常规的氮化镓(GaN)是在蓝宝石的极性面C<0001>上生长的。C面蓝宝石存在较强的极化效应,AlGaN/GaN异质结界面因极化效应而产生高密度和高迁移率二维电子气(2-DEG),这有利于GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能,但这种极化效应对光电器件却危害较大:极化引起的内建电场使能带弯曲、倾斜,能级位发生变化,强大的极化电场使正负载流子在空间上分离,电子与空穴波函数的交迭变小,材料的发光效率大大降低,发光波长也会出现红移现象。


A<11-20>M<1-100>R<1-102>面蓝宝石衬底上生长得到的GaN分别为极性<0001>,半极性<1122>和非极性<1120>取向的晶体,半极性、无极性氮化镓材料在LED器件droop效应、波长偏移和长波长波段效率等方面有不错的表现,但结晶质量较差,位错密度很高。研究表明,通过高温AlN成核层和较高的AlGaN生长温度,或使用Al组分逐次降低的多层AlGaN作为缓冲层能够有效地改善半极性AlGaN材料的晶体质量,另外Si 掺杂能够有效地改善分别在A面和M面蓝宝石衬底上生长的极性和半极性AlGaN薄膜的晶体质量。

 

常用规格(点击可在线购买 


C面蓝宝石衬底  |  A面蓝宝石衬底  | R面蓝宝石衬底  | M面蓝宝石衬底 

C面斜切角度 蓝宝石衬底

尺寸2英寸直径50.8mm厚度0.43mm  |  4英寸直径100mm厚度0.65mm  |  6英寸直径150mm厚度1.0mm

抛光:单面抛光  |  双面抛光

粗糙度 Ra<0.3nmCMP

全平面厚度差 TTV<10um

* 更多规格请下载《产品手册》或 联系客服




热点应用:蓝宝石键合片 用于砷化镓晶圆的减薄、抛光工艺

             

传统砷化镓晶圆减薄工艺由于设备施加重量和压强,减薄过程中易造成晶圆碎裂,或表面应力累计形成卷曲,产品性能严重损失,减薄用金属磨盘易产生金属污染,晶圆粘附剂、化学磨削液易引入污染。

新的减薄工艺在高温条件下将蓝宝石晶片(直径略大于目标晶圆)作为载片与砷化镓晶圆键合,将砷化镓/蓝宝石键合片粘附于陶瓷磨盘,通过特制夹具对其进行减薄、抛光处理,完成后置于高温洗剂中融化,使蓝宝石和砷化镓晶圆分离。

新的减薄工艺可用于包括砷化镓及各种半导体晶圆的减薄加工,载片材质可选择蓝宝石、玻璃等抛光晶片,蓝宝石因其优越的物理化学性质及晶体结构,目前是主流的载片选择,我司推出的蓝宝石载片,尺寸匹配行业标准减薄设备要求,4英寸采用直径104mm,6英寸采用直径156mm或159mm,略大于标准4英寸、6英寸晶圆,抛光面粗糙度Ra<0.5nm,超高的平整度的蓝宝石载片可以更好的控制半导体晶圆的减薄精度,减薄加工时不宜碎裂。


                        

蓝宝石(直径略大于目标晶圆)作为载片与砷化镓晶圆键合                           键合片粘附于陶瓷磨盘


常用蓝宝石载片规格(点击可在线购买 


4英寸蓝宝石键合片(双面抛光)

直径直径104mm

粗糙度 Ra<0.5nm(双面CMP抛光)

全平面厚度差 TTV<5um


6英寸蓝宝石键合片(双面抛光)

直径直径156mm/159mm

粗糙度 Ra<0.5nm(双面CMP抛光)

全平面厚度差 TTV<5um/<1um


* 更多规格请下载《产品手册》或 联系客服 




热点应用:在斜切蓝宝石衬底上生长 晶圆级二硫化钼(MoS2)单晶薄膜


石墨烯的发现掀起了2D材料研究的热潮,但是石墨烯的零带隙严重制约了其在某些领域的应用。以MoS2为代表的2D过渡金属硫化物(TMDCs)由于具有特殊的能带结构、半导体或超导性质以及优秀的机械性能等,在纳米电子器件和光电子学等诸多领域具有广阔的应用前景,引起了广大研究者们的兴趣,成为了近年来低维功能材料领域研究的热点。

由于常规的二维材料化学气相沉积法(CVD) 生长工艺所使用的外延衬底与MoS2存在对称性不匹配的问题,导致生长的成核期出现了大量的180°反向MoS2晶畴,反向晶畴在长大过程中由于晶向不一致而无法合并成大面积MoS2单晶,制得的MoS2多晶薄膜具有较高的晶界密度,显著降低了材料/器件的性能。 

南京大学实验团队成功实现了晶圆级(2英寸) 二硫化钼(MoS2)单层单晶薄膜的生长制备。研究成果以“Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire”为题发表在Nature Nanotechnology 上。

研究成果表明C/A斜切蓝宝石在不影响原有外延关系的同时,形成的台阶取向打破了反向MoS2晶畴在成核过程中的能量简并态,进而引导MoS2晶畴沿台阶边缘成核机制确定的优势取向生长,可以生长出99.6%单一取向的MoS2晶畴,这些取向一致的晶畴可以合并成大面积MoS2单晶薄膜。该成核机制对指导二维TMDs大面积单晶薄膜的生长具有很好的普适性。  


新闻链接:晶圆级MoS2生长机制方面取得重要进展 - 蓝宝石衬底,蓝宝石晶片,碳化硅晶片,氮化镓晶片,石英晶圆-江阴皓睿光电 (helioswafer.com)


常用斜切蓝宝石衬底:

C/A斜切 (点击购买):0.2度 | 0.4度 | 1度 | 2度 | 4度 | 6度

C/M斜切 (点击购买)0.1度 | 0.5度 | 1度 | 2度 | 4度 | 6度

更多规格请下载《产品手册》或 联系客服





关于图形化蓝宝石衬底(PSS

 

图形化蓝宝石衬底(Patterned sapphire substrate PSS)的制备主要是在蓝宝石衬底上,采用具有周期性亚微结构图形的材料作为掩膜图形,采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法对蓝宝石衬底进行刻蚀,将掩膜图形转移到衬底上,然后去除掩膜,获得图形化蓝宝石衬底。

图形化衬底能有效降低异质外延因晶格常数和热膨胀系数失配引起的线位错密度,提高器件内量子效率;图案还能散射有源区出射的光子,增加光子出射到器件外部的概率,提高LED器件的光提取效率。目前微米级图形化蓝宝石衬底已经得到普遍的应用,与基于非图形化衬底的LED相比,PSS-LED的发光功率提高30%左右。由于蓝宝石图形化衬底的图形尺寸及图形形状的不同,对LED器件有着不同的影响,所以图形化蓝宝石衬底仍然是外延研究领域的重要研究课题。

 

常用规格(点击可在线购买):  

2英寸PSS衬底  |  4英寸PSS衬底

尺寸2英寸直径50.8mm厚度0.43mm  |  4英寸直径100mm厚度0.65mm

晶向C-plane (0001) off angle 0.2 ± 0.1º (M axis)

图形高度(H1.61.8μm

形底宽(W2.702.85μm

图形总宽度(d3.0±0.1μm

* 更多规格请下载《产品手册》或 联系客服

 


 

热点应用:蓝宝石衬底外延蓝光LED、绿光LED

 

LED的工作原理是在正向导通的情况下,注入二极管P/N节区的电子和空穴相遇复合,将电势能转换为光能。所发出光子的波长(也就是光的颜色)由半导体的能带宽度决定,当前蓝、绿光LED器件的材料基础是Ⅲ族氮化物半导体,也就是GaN为主,InNAlN为辅的四元AlGaInN合金体系。

在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜,先在衬底上两步法外延GaN缓冲层(低温外延GaN成核层,然后高温外延u-GaN缓冲层);第二步生长掺Sin-GaN层,提供电子注入;第三步生长多功能量子阱,提供辐射复合中心,使电子和空穴在其中复合发光;第四步生长掺Mgp-GaN层,提供空穴的注入。通常正装结构LED如图所示。

 

常用规格(点击可在线购买):

 

4英寸蓝、绿光LED

直径4英寸 直径100mm

衬底厚度0.65mm(双抛蓝宝石衬底)

外延层总厚度<5000nm

峰值波长520-530nm(绿光)  |  450-460nm(蓝光)

弯曲度 BOW<150um

* 更多规格请下载《产品手册》 或 联系客服

 



蓝宝石作为光学元件、异形结构件材料的应用

 

蓝宝石晶体具有硬度高,透光性好,热传导性、电气绝缘性、力学机械性能好,化学性质稳定,耐磨和抗风蚀的特点,可应用于各种民用、军用领域的高强度窗口材料,微波电子管介质材料,超声波传导元件,延迟线,波导激光器腔体及精密仪器轴承、坩埚材料、天平刀口等光学元件、机械结构件。

             

 

蓝宝石物化性质:

晶体结构 六方晶格 a=4.76Å c=12.99Å,熔点 2053℃,密度 3.98g/cm3,硬度 9(莫氏)

线性热膨胀系数:6.7x10-6/°C 平行于 С 轴,5.0x10-6/°C 垂直于 С 轴

热导率:46.06@025.12@100,12.56@400(W/(m.k))

热容:0.10(cal/)

折射率 1.762-1.770,双折射 0.008~0.010,中短波红外光透过率 ≥85%

介电常数 9.4@300K A ~11.58@300K C

不溶于水,不受酸、碱腐蚀,300℃可为氢氟酸、磷酸和熔化的氢氧化钾侵蚀。

 

*蓝宝石异形件多为按图纸定制加工,请联系客服询价


产品选购

尺寸抛光晶体取向
2英寸单抛C向
3英寸双抛M向
4英寸研磨A向
6英寸 R向
8英寸 C向斜切
   
应用特殊工艺 
外延衬底图形化 
载盘托盘外延 
表镜窗口镀膜 
 金属化 
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