蓝宝石衬底详细介绍
蓝宝石衬底简介
外延部 2010-12-16
一.LED蓝宝石简介
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.。具有耐高温、抗腐蚀、高硬度、熔点高（2045℃） 等特点。 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.
<10 μ m
0.20°±0.05
50.8± 0.05mm
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0°±0. 25°
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0.8～ 1.2μ m
科 瑞
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晶 美
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0.8～ 1.3μ m
谢 谢！
晶棒
机械加工
基片
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晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶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:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除晶片表面的污染物(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晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
蓝宝石衬底折射率
蓝宝石衬底折射率摘要：一、蓝宝石衬底简介二、蓝宝石衬底折射率的概念与计算三、蓝宝石衬底折射率在实际应用中的重要性四、提高蓝宝石衬底折射率的方法五、总结正文：蓝宝石衬底是一种具有高折射率的材料，广泛应用于光学领域。
蓝宝石衬底以其卓越的物理性能和稳定的化学性质在光学行业中占据重要地位。
本文将详细介绍蓝宝石衬底折射率的概念、计算方法以及在实际应用中的重要性，还将探讨如何提高蓝宝石衬底的折射率。
一、蓝宝石衬底简介蓝宝石衬底是一种由氧化铝（Al2O3）组成的无机非晶材料，具有高硬度、高熔点、高折射率等特点。
蓝宝石衬底在光学领域有着广泛的应用，如制作蓝宝石窗口、光学镜片等。
二、蓝宝石衬底折射率的概念与计算折射率是描述光在某种介质中传播速度与在真空中传播速度之比的一个物理量。
蓝宝石衬底的折射率与其材料性质、制备工艺等因素密切相关。
折射率的计算公式为：n = c / v，其中n为折射率，c为光在真空中的速度，v为光在蓝宝石衬底中的速度。
三、蓝宝石衬底折射率在实际应用中的重要性蓝宝石衬底的折射率对其在光学领域的应用具有重要意义。
高折射率意味着光在蓝宝石衬底中的传播速度较慢，这有助于提高光学器件的成像质量。
此外，折射率的不同还可以用于制作光栅、光开关等光学元件。
在实际应用中，蓝宝石衬底折射率的合理选择与优化有助于提高光学系统的性能。
四、提高蓝宝石衬底折射率的方法提高蓝宝石衬底折射率的方法主要有以下几点：1.优化制备工艺：采用高品质的制备工艺，如化学气相沉积、物理气相沉积等，以获得具有高折射率的蓝宝石衬底。
2.控制晶体生长：通过调整生长条件，如生长速率、生长方向等，实现蓝宝石衬底晶体结构的优化，提高折射率。
3.表面处理：对蓝宝石衬底进行表面处理，如抛光、清洗等，以降低表面粗糙度，减少光散射，提高折射率。
4.掺杂改性：通过向蓝宝石衬底中掺杂不同元素，如钛、氮等，改变其材料性质，提高折射率。
五、总结蓝宝石衬底折射率是衡量蓝宝石衬底性能的重要指标，其在光学领域的应用具有重要意义。
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。
蓝宝石衬底详细介绍
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
通常，C面蓝宝石衬底上生长的ＧａＮ薄膜是沿着其极性轴即ｃ轴方向生长的， 薄膜具有自发极化和压电极化效应，导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强 大的内建电场，(Quantum Confine Stark Effect, QCSE;史坦克效应)大 大地降低了ＧａＮ薄膜的发光效率. 在一些非C面蓝宝石衬底(如R面或M 面) 和其他一些特殊衬底(如铝酸锂;LiAlO2 )上生长的GaN薄膜是非极性和半极 性的,上述由极化场引起的在发光器件中产生的负面效应将得到部分甚至 完全的改善.传统三五族氮化物半导体均成长在c-plane 蓝宝石基板上，若 把这类化合物成长于R-plane 或M-Plane上，可使产生的内建电场平行于 磊晶层，以增加电子电洞对复合的机率。因此，以氮化物磊晶薄膜为主的 LED结构成长R-plane 或M-Plane蓝宝石基板上，相比于传统的C面蓝宝石 磊晶,将可有效解决LED内部量子效率效率低落之问题，并增加元件的发光 强度。最新消息据称非极性LED能使白光的发光效率提高两倍.
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。
1:C-Plane蓝宝石基板
C-Plane蓝宝石基板是普遍使用的蓝宝石基板.1993年日本的赤崎勇教授 与当时在日亚化学的中村修二博士等人，突破了InGaN 与蓝宝石基板 晶格不匹配（缓冲层）、p 型材料活化等等问题后，终于在1993 年 底日亚化学得以首先开发出蓝光LED.以后的几年里日亚化学以蓝宝石 为基板,使用InGaN材料,通过MOCVD 技术并不断加以改进蓝宝石基板 与磊晶技术,提高蓝光的发光效率,同时1997年开发出紫外LED，1999 年蓝紫色LED样品开始出货，2001年开始提供白光LED。从而奠定了日 亚化学在LED领域的先头地位.
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。
蓝宝石衬底简介
五.蓝宝石衬底的应用
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。
二.蓝宝石晶体结构
蓝宝石切面图
晶体结构图上视图
三.蓝宝石(Al2O3)特性
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 Al2O3 3.95-4.1克/立方厘米 六方晶格 a=4.785Å , c=12.991Å
莫氏硬度
熔点 沸点 热膨胀系数 比热 热导率 折射率
9 (仅次于钻石:10)
2045℃ 3000℃ 5.8×10 -6 /K 0.418W.s/g/k 25.12W/m/k no =1.768 ne =1.760
一.LED蓝宝石简介
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.。具有耐高温、抗腐蚀、高硬度、熔点高（2045℃） 等特点。 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.
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蓝宝石衬底详细介绍
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。 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。
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(Al2O3)特性表
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热
Al2O3 3.95-4.1克/立方厘米 六方晶格 a=4.785Å , c=12.991Å 9 2045℃ 3000℃ 5.8×10 -6 /K 0.418W.s/g/k (仅次于钻石:10)
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
蓝宝石衬底的gan基led芯片的结构
蓝宝石衬底的gan基led芯片的结构下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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蓝宝石衬底介绍
蓝宝石衬底介绍led用衬底材料一般有蓝宝石衬底，碳化硅衬底及硅衬底三种，其中蓝宝石衬底应用最广泛，因为其加工方法以及加工成本等与其他两种相比较都有不小的优势。
虽说在晶格匹配上面是氮化镓衬底砷化镓衬底最为匹配，但其生产加工方法要比碳化硅及硅等都更难上加难。
目前，GaN基LED的衬底材料很多，但可用于商业化的衬底只有蓝宝石和碳化硅两种。
Gan、Si和ZnO等其他衬底仍处于研发阶段，离工业化还有一定距离。
一、红黄光led红色LED主要有gap（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）。
Gap和GaAs主要用作衬底，蓝宝石Al 2O 3和硅衬底尚未工业化。
1、gaas衬底：在使用lpe生长红光led时，一般使用algaas外延层，而使用mocvd生长红黄光led时，一般生长alingap外延结构。
外延层生长在gaas衬底上，由于晶格匹配，容易生长出较好的材料，但缺点是其吸收这一波长的光子，布拉格反射镜或晶片键合技术被用于消除这种额外的技术问题。
2.Gap衬底：当使用LPE生长红色和黄色LED时，通常使用Gap外延层，波长范围为565-700nm；当使用VPE生长红色和黄色LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm之间；当使用MOCVD时，通常会生长AlInGaP外延结构。
这种结构解决了GaAs衬底光吸收的缺点，直接在透明衬底上生长LED结构，但缺点是晶格失配。
生长InGaP和AlGaInP结构需要缓冲层。
此外，基于gap的iii-n-v材料体系也引起了广泛的兴趣。
这种材料结构不仅可以改变带宽，而且当只添加0.5%的氮时，也可以改变带隙从间接到直接，并且在红色区域（650 nm）有很强的发光效应。
使用这种结构制造led，可以从Gan P晶格匹配异质结构一步外延形成led结构，并且可以省略GaAs衬底去除和晶圆键合透明衬底的复杂过程。
二、蓝绿光led用于氮化镓研究的衬底材料很多，但只有两种可用于生产的衬底，即蓝宝石al2o3和碳化硅SiC。
6寸蓝宝石衬底指标
6寸蓝宝石衬底指标蓝宝石是宝石中的一种，因其深蓝色的宝石色泽而得名。
它是一种稀有的宝石，具有非常高的价值。
在珠宝业中，蓝宝石是最受欢迎的宝石之一，其质量和价格主要由其重量、颜色、透明度、切割以及衬底等因素决定。
本文将重点介绍6寸蓝宝石衬底指标，以及其重要性和影响因素。
蓝宝石的衬底是指宝石底部的部分，与宝石的其他部分形成一个完整的整体。
衬底可以影响宝石的外观、重量、透明度和稳定性等方面。
下面将介绍6寸蓝宝石衬底指标的几个重要方面。
首先，6寸蓝宝石衬底的重量对于宝石的总重量至关重要。
衬底的重量会直接影响到整颗宝石的总重量，并从一定程度上决定了宝石的价值。
一般来说，重量较高的蓝宝石衬底意味着宝石更稳定，更耐用，而且更有价值。
其次，衬底的颜色也是6寸蓝宝石的一个重要指标。
蓝宝石的颜色是其最重要的特征之一，它会直接影响到宝石的市场价值。
衬底的颜色应该与蓝宝石的主体颜色相匹配，使整体呈现出美观和谐的外观。
透明度是衡量蓝宝石质量的另一个重要因素，衬底的透明度会对蓝宝石的整体视觉效果产生重要影响。
衬底应该具有高透明度，以便观察整颗宝石的内部结构和光线折射效果。
透明度高的蓝宝石衬底在阳光下会显得更加明亮和闪耀。
切割也是蓝宝石衬底指标的一个关键方面。
切割是为了使蓝宝石更好地展示其自然之美，衬底的切割质量直接关系到宝石的光线折射和反射效果。
一个优质的切割衬底可以增强宝石的火彩效果，使宝石呈现出更加明亮和闪亮的外观。
此外，蓝宝石的衬底还应具备一定的稳定性，以确保宝石能够长时间保持其原有的美丽和完整性。
衬底的稳定性取决于它的硬度和抗磨损性。
较高硬度和抗磨损性的衬底可以防止宝石在使用过程中出现划痕和磨损。
综上所述，6寸蓝宝石衬底指标对于蓝宝石的质量和价值具有重要影响。
衬底的重量、颜色、透明度、切割和稳定性等方面需要被综合考虑。
只有具备优秀的衬底指标，一颗蓝宝石才能展现其最大的魅力，成为珠宝鉴赏爱好者们追逐的宝贝。
蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究
蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究蓝宝石是一种稀有的宝石，因其天然的蓝色和高硬度而备受珍视。
在现代科技中，蓝宝石不仅作为珠宝首饰的原材料，还被广泛应用于激光、光电子器件、高压机械设备以及手表等领域。
蓝宝石的应用领域之广泛，也对其品质和加工要求提出了更高的要求。
蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究旨在探索蓝宝石的研磨加工工艺及其对最终产品品质的影响，为提高蓝宝石加工技术水平和产品质量提供重要参考。
一、蓝宝石的特性和应用蓝宝石是一种由铝和铍元素组成的纯净氧化物，晶体结构呈六角形，晶莹剔透，颜色主要由铁和钛等微量杂质金属离子决定。
在宝石学中，蓝宝石的颜色被称作“蓝宝石蓝”，属于含有钛的铝氧化物。
由于其外观美丽、硬度高、耐腐蚀性强，蓝宝石在各种高科技领域中都能发挥重要作用。
蓝宝石的硬度接近于金刚石，仅次于金刚石，因此在现代科技中得到广泛应用。
蓝宝石具有较高的光透过率，能够在光学和激光器件中作为透镜使用。
由于蓝宝石对化学腐蚀的抵抗能力较强，因此也广泛应用于化工设备、高压机械设备等领域。
在手表制造领域，蓝宝石还被用来制作观赏窗、轴承及佩饰配件等。
随着科技的不断发展，对蓝宝石的品质和加工要求越来越高，因此对蓝宝石的精密研磨加工工艺进行深入研究具有非常重要的意义。
精密研磨是一种将材料表面去除微观凹凸，以获得较高表面平整度和精确形状尺寸的加工方法。
蓝宝石的精密研磨加工工艺涉及研磨液、磨料、研磨速度、研磨压力等多种因素，对蓝宝石的最终产品品质具有显著影响。
通过蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究，可以深入了解不同研磨工艺对蓝宝石表面质量、平整度和光学性能的影响，为优化蓝宝石加工工艺、提高产品质量提供理论和实验依据。
研究蓝宝石的精密研磨加工还可以为其他类似材料的加工提供借鉴和参考。
1. 实验内容蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究主要包括以下内容：（1）蓝宝石的基本性质测试：包括蓝宝石的硬度测试、透射率测试、化学成分分析等；（2）研磨工艺参数优化：通过对不同研磨液、磨料类型、研磨速度、研磨压力等工艺参数的优化组合，探索最佳的研磨工艺参数；（3）蓝宝石表面质量和光学性能评价：通过扫描电镜观察蓝宝石表面形貌，测量其表面平整度、粗糙度和透射率等光学性能指标，评价不同研磨工艺对蓝宝石最终产品品质的影响。
蓝宝石衬底
蓝宝石衬底浙江水晶光电科技股份有限公司产品说明：蓝宝石由氧化铝（AI1203）六方结构单晶组成，具有机械强度高，器件稳定，透光率好，低介电损耗、优良表面光洁度等优点，是发光二极管和激光二极管的理想材料。
产品应用半导体发光器件（LED, LD）主要技术指标No. Item 2inch 蓝宝石4inch 蓝宝石1 材料> 99.99% single crystal AI12032 晶向C-axis 【0001】 tiled M-axis 0.2±0.1°3 主定位边A-Axis 【11-20】±0.25°4 外径50.80±0.1mm 100±0.25mm5 厚度430±10um 650±15um6 平边长度16±1mm 31±1mm7 TTV ≤7um ≤15um8 BOW －5-0um －15-0um9 WARP ≤10um ≤20um10 LTV (5UM*5UM) ≤1.5um11 正面粗糙度≤0.25um12 反面粗糙度Ra=0.8 － 1.2um13 倒边R-type / T-type14 激光打标Frontside / Backside15 表面质量Free of foreign materials, crack, sawmark, chippings16 包装Vacuum packed cassette of 25 pieces in a clean room图形化衬底产品说明：图形化衬底技术（Pattemed Sapphire Substrate),简称“PSS”通过在蓝宝石LED衬底表面制作具有细微结构的图形，然后再在图形化衬底表面进行LED材料外延。
蓝宝石LED衬底经过PPS加工后，会改善蓝宝石LED衬底的缺陷，由外延芯片封装出来的LED最终能有效提高光提取效率。
产品应用氮化镓（GaN）基发光二极管主要技术指标No. Item 2inch 蓝宝石1 材料> 99.99% single crystal AI12032 晶向C-axis 【0001】 tiled M-axis 0.2±0.1°3 主定位边A-Axis 【11-20】±0.25°4 外径50.80±0.25um5 厚度430±10um6 平边长度16±1mm7 TTV ≤7um8 BOW －5-0um9 WARP ≤10um10 Pattern Bottom Diameter 2.4±0.2um11 Pattern Pitch 3.0±0.2um12 Pattern Height 1.5±0.2um13 倒边R-type / T-type14 激光打标Frontside / Backside15 表面质量Free of foreign materials, crack, sawmark, chippings16 包装Vacuum packed cassette of 25 pieces in a clean room。
2024年LED蓝宝石衬底市场发展现状
2024年LED蓝宝石衬底市场发展现状引言LED蓝宝石衬底作为一种新兴的材料，在LED领域具有广泛的应用前景。
本文将对LED蓝宝石衬底市场的发展现状进行探讨。
首先，我们将介绍LED蓝宝石衬底的基本概念和特点，然后通过对市场规模、主要厂商、应用领域和发展趋势的分析，全面了解LED蓝宝石衬底市场的现状。
1. LED蓝宝石衬底的基本概念和特点1.1 基本概念LED蓝宝石衬底是一种以蓝宝石为基础材料制造的衬底，广泛应用于半导体领域。
它的独特结构和性能使其成为LED芯片制造的理想材料。
1.2 特点LED蓝宝石衬底具有以下几个显著的特点：•高热导率：LED蓝宝石衬底具有较高的热导率，能有效散热，提高LED 芯片的效率和寿命。
•光学透明性：蓝宝石晶体具有优异的光学透明性，能够让光线透过，提高LED芯片的发光效果。
•优异的机械稳定性：LED蓝宝石衬底具有优异的机械稳定性，能够保证LED芯片在运行过程中的可靠性和稳定性。
2. LED蓝宝石衬底市场规模2.1 市场概况目前，全球LED蓝宝石衬底市场规模不断扩大。
LED蓝宝石衬底在LED芯片制造中的重要性逐渐受到认可，并得到了广泛应用。
2.2 市场主要厂商在全球LED蓝宝石衬底市场中，主要厂商包括： - Rubicon Technology - Monocrystal - Crystal Applied Technology - Silian Tech - Crystaland - Crystalwise Technology - Kyocera - Namiki这些厂商通过技术研发、生产扩张和市场推广等方式，积极推动着市场的发展。
3. LED蓝宝石衬底的应用领域目前，LED蓝宝石衬底广泛应用于以下几个领域：3.1 LED照明随着LED照明市场的快速崛起，LED蓝宝石衬底作为一种关键材料得到了广泛应用。
LED蓝宝石衬底能够提供高亮度的光线，并具有优异的散热性能，提高了LED 照明产品的效率和寿命。
led蓝宝石基板
技术发展方向
高效化
通过改进LED芯片结构和封装工 艺，提高LED的发光效率和寿命，
降低能耗和成本。
小型化
随着消费电子产品对轻薄短小的 需求增加，LED蓝宝石基板需要 进一步减小尺寸和重量，提高集
成度。
智能化
结合物联网、人工智能等技术， 实现LED蓝宝石基板的智能化控 制和自适应调节，提高产品的智
能化水平。
通过改进生产工艺和设备，提高蓝宝石基板的产量和良品率，可以降低单位产品的成本。此外，企业还可以采用 智能制造技术，实现自动化、信息化生产，进一步提高生产效率。
技术创新
总结词
技术创新是推动LED蓝宝石基板产业发展的关键动力。
详细描述
随着科技的不断发展，LED蓝宝石基板产业也在不断创新。企业需要加大技术研发投入，积极探索新 的材料和工艺，以提高产品的性能和降低成本。同时，还需要加强与科研机构和高校的合作，共同推 动技术创新和产业发展。
总结词
LED蓝宝石基板具有优异的光学性能，能够满足各种光学应 用的需求。
详细描述
蓝宝石基板透明度高，能够透过短波长的光线，是制造LED 灯具和显示器的理想材料。同时，蓝宝石基板的折射率较高 ，能够有效地引导光线，提高LED的出光效率和亮度。此外 ，蓝宝石基板的表面光洁度高，能够减少光线的散射和反射 损失，提高LED的光效和亮度均匀性。
制造工艺
原材料
表面处理
采用高质量的蓝宝石晶体作为原材料。
在蓝宝石基板上进行金属化处理，以 实现LED芯片与基板的良好接触。
加工工艺
通过切割、研磨、抛光等工艺，将蓝 宝石晶体加工成所需的形状和尺寸。
应用领域
01
02
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照明
LED蓝宝石基板广泛应用 于照明领域，如LED灯具、 背光显示等。
蓝宝石衬底折射率
蓝宝石衬底折射率蓝宝石（Sapphire）是一种无色的宝石级铝酸盐矿物，其化学成分为Al2O3，属于菱镁矿晶系。
蓝宝石通常具有高硬度、高折射率和良好的透明性，因此被广泛应用于光学、电子和宝石加工等领域。
折射率是衡量材料对光传播速度变化的指标。
蓝宝石的折射率随着光的波长而变化，一般在500-1000nm波长范围内测量。
以下是一些关于蓝宝石衬底折射率的参考内容：1. 500nm波长下的蓝宝石折射率为1.768。
这表明蓝宝石对于短波光线的传播具有较高的速度变化。
2. 在不同波长下蓝宝石的折射率变化曲线。
这些数据可以用于确定蓝宝石的光学性能，并为光学设计提供参考。
3. 蓝宝石折射率的温度依赖性。
随着温度的变化，蓝宝石的折射率也会发生微小的变化。
这些数据对于光学元件的温度补偿和稳定性设计非常重要。
4. 蓝宝石的折射率与晶体结构的关系。
蓝宝石晶体具有六方结构，其折射率与晶体结构中的原子相对位置和排列方式密切相关。
5. 蓝宝石折射率与红外光学应用的关系。
由于蓝宝石的高透明性，其在红外波段内的折射率也受到研究关注。
这对于红外传感器、激光器等器件的设计和开发具有重要意义。
6. 蓝宝石的双折射现象。
蓝宝石是一个正二轴晶体，具有双折射现象。
这意味着在不同方向和波长下，光线会分为两个不同的方向传播。
这对于光学元件的制造和应用带来了一定的挑战。
7. 不同制备方法对蓝宝石折射率的影响。
蓝宝石可以通过多种方法制备，如切割晶体、Czochralski法生长和化学气相沉积等。
这些制备方法会影响蓝宝石的晶体质量和光学性能。
总结起来，蓝宝石作为一种重要的光学材料，其折射率是衡量其光学性能的重要参数。
蓝宝石的折射率随着波长、温度和晶体结构的变化而变化。
研究蓝宝石的折射率对于光学元件的设计、制备和应用具有重要意义。
蓝宝石衬底与钛合金温度
蓝宝石衬底与钛合金温度引言蓝宝石衬底和钛合金是在科学和工程领域中广泛应用的材料。
它们的热传导性能对于许多应用具有重要意义，尤其是在高温环境下。
本文将探讨蓝宝石衬底和钛合金在不同温度下的性能，并对它们的热传导性能进行比较分析。
蓝宝石衬底1. 蓝宝石的结构和性质蓝宝石是一种具有高度有序晶体结构的氧化铝（Al2O3）。
它具有高硬度、高抗腐蚀性和高熔点等特性，因此在科学和工程领域中被广泛应用。
蓝宝石具有非常低的热导率，这使得它成为一种理想的绝缘材料。
2. 蓝宝石衬底的应用蓝宝石衬底主要用于半导体领域中的光电子器件。
它的高硬度和光学透明性使其成为制作LED、激光二极管和太阳能电池等器件的理想衬底材料。
此外，蓝宝石衬底还可以应用于高温环境下的电子器件和热传导领域。
3. 蓝宝石衬底的热传导性能蓝宝石具有较低的热导率，这使得它在高温环境下能够有效地隔热。
当温度升高时，蓝宝石的热导率会略微增加，但相对于其他材料来说仍然较低。
因此，在高温环境下使用蓝宝石衬底可以降低热量的传导和损失，从而提高设备的性能和可靠性。
钛合金1. 钛合金的结构和性质钛合金是由钛和其他合金元素（如铝、钒等）组成的金属材料。
它具有低密度、高强度和优良的耐腐蚀性，广泛用于航空航天、汽车、医疗和能源等领域。
钛合金通常具有良好的导热性能，这使得它适用于高温环境下的应用。
2. 钛合金的应用钛合金在航空航天行业中有广泛的应用，主要用于制造飞机和发动机部件。
由于其高强度和轻质特性，钛合金可以减轻飞机的重量，并提高其燃油效率。
此外，钛合金还可以用于生物医学领域中的假体和手术器械等应用。
3. 钛合金的热传导性能钛合金的热导率通常较高，但具体数值会受合金元素成分和加工工艺等因素的影响。
在高温环境下，钛合金的热导率可能会略有下降，但总体上仍保持较高的传热能力。
这使得钛合金在高温环境下具有优异的热传导性能和耐久性。
蓝宝石衬底与钛合金的热传导性能比较蓝宝石衬底和钛合金都具有良好的热传导性能，但在不同温度下可能存在差异。
蓝宝石衬底折射率
蓝宝石衬底折射率蓝宝石是一种宝石，它的化学式为Al2O3。
蓝宝石的颜色通常为蓝色，但也有其他颜色的变种，如黄色和粉红色。
蓝宝石的独特之处在于它的高硬度和优异的光学性能。
在光学领域中，蓝宝石经常被用作衬底材料，用于制备各种光学器件，如激光、LED和光传感器。
蓝宝石的衬底折射率是光学设计中一个非常重要的参数，下面将介绍蓝宝石的折射率及其相关参考内容。
折射率是光线从一种介质进入另一种介质时发生折射的程度的度量。
折射率是一个无量纲的数值，通常用符号n表示。
蓝宝石的折射率依赖于光的波长。
（如果文中不得出现链接，我就可以给出一个波长-折射率的表格和一个图示来解释该折射率的依赖性。
）在蓝宝石的常见波长范围内，其折射率通常在1.759到1.778之间变化。
例如，对于波长为589.3纳米的黄光，蓝宝石的折射率约为1.768。
然而，对于其他波长的光，蓝宝石的折射率可能会有所不同。
通过使用较长或较短的波长，可以改变蓝宝石的折射率，而这也是光学器件设计中的一种常见方法。
蓝宝石的折射率对于激光和光导纤维等应用非常重要。
通过了解材料的折射率，可以计算出光线在器件中的传播路径和传播速度。
这些信息对于设计和优化光学器件性能非常关键，特别是激光器和光传感器等高精度设备。
为光学技术和科学研究提供基础参考，已经研究并建立了蓝宝石的折射率的各种数据库和文献。
这些参考内容通常包括蓝宝石在各种波长下的折射率值，如IR index和visible index等。
例如，拓扑光子学研究中的一个常见参考文献是Palik在1985年出版的手册《Palik's Handbook of Optical Constants of Solids》。
该手册收集了蓝宝石在可见光和红外光波段的折射率数据。
除了这些参考文献外，还可以通过使用在线数据库和计算工具来获取蓝宝石的折射率数据。
这些数据库和工具通常由研究机构和光学公司提供，旨在为光学工程师和科学家提供便利。
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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
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(Al2O3)特性表
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热
Al2O3 3.95-4.1克/立方厘米 六方晶格 a=4.785Å , c=12.991Å 9 2045℃ 3000℃ 5.8×10 -6 /K 0.418W.s/g/k (仅次于钻石:10)
热导率
折射率 dn/dt 透光特性 介电常数
25.12W/m/k (@ 100℃)
no =1.768 ne =1.760 13x10 -6 /K(@633nm) T≈80% (0.3～5μ m) 11.5(∥c), 9.3(⊥c)
1:C-Plane蓝宝石基板
C-Plane蓝宝石基板是普遍使用的蓝宝石基板.1993年日本的赤崎勇教授 与当时在日亚化学的中村修二博士等人，突破了InGaN 与蓝宝石基板 晶格不匹配（缓冲层）、p 型材料活化等等问题后，终于在1993 年 底日亚化学得以首先开发出蓝光LED.以后的几年里日亚化学以蓝宝石 为基板,使用InGaN材料,通过MOCVD 技术并不断加以改进蓝宝石基板 与磊晶技术,提高蓝光的发光效率,同时1997年开发出紫外LED，1999 年蓝紫色LED样品开始出货，2001年开始提供白光LED。从而奠定了日 亚化学在LED领域的先头地位. 台湾紧紧跟随日本的LED技术,台湾LED的发展先是从日本购买外延片加工, 进而买来MOCVD机台和蓝宝石基板来进行磊晶,之后台湾本土厂商又对 蓝宝石晶体的生长和加工技术进行研究生产,通过自主研发,取得LED 专利授权等方式从而实现蓝宝石晶体,基板,外延片的生产,外延片的 加工等等自主的生产技术能力,一步一步奠定了台湾在LED上游业务中 的重要地位. 目前大部分的蓝光/绿光/白光LED产品都是以日本台湾为代表的使用蓝宝 石基板进行MOCVD磊晶生产的产品.使得蓝宝石基板有很大的普遍性, 以美国Cree公司使用SiC为基板为代表的LED产品则跟随其后.
下图为半极性和无极性面的简单示意图
A:台湾桃园兆晶科技股份有限公司C面2英寸蓝宝石基板技术参数
台湾新竹中美矽晶制品制品股份有限公司C面2英寸蓝宝石基板技术参数
LED蓝宝石基板介绍 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APlane,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
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
蓝宝石基片制造工艺流程 晶棒
机械பைடு நூலகம்工
基片
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晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶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:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除晶片表面的污染物(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晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
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。 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。
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(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.
2:图案化蓝宝石基板 (Pattern Sapphire Substrate简称PSS)
以蚀刻(在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻)的方式,在蓝宝石基板上设计制 作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,藉以控制LED之输 出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加 光的取出率),同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊 晶的效果,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。与成长于一般蓝宝 石基板的LED相比,亮度增加了70%以上.目前台湾生产图案化蓝宝石有 中美矽晶、合晶、兆晶，兆达.蓝宝石基板中2/4英寸是成熟产品,价 格逐渐稳定,而大尺寸(如6/8英寸)的普通蓝宝石基板与2英寸图案化 蓝宝石基板处于成长期,价格也较高,其生产商也是主推大尺寸与图案 化蓝宝石基板,同时也积极增加产能.目前大陆还没有厂家能生产出图 案化蓝宝石基板.
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
通常，C面蓝宝石衬底上生长的ＧａＮ薄膜是沿着其极性轴即ｃ轴方向生长的， 薄膜具有自发极化和压电极化效应，导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强 大的内建电场，(Quantum Confine Stark Effect, QCSE;史坦克效应)大 大地降低了ＧａＮ薄膜的发光效率. 在一些非C面蓝宝石衬底(如R面或M 面) 和其他一些特殊衬底(如铝酸锂;LiAlO2 )上生长的GaN薄膜是非极性和半极 性的,上述由极化场引起的在发光器件中产生的负面效应将得到部分甚至 完全的改善.传统三五族氮化物半导体均成长在c-plane 蓝宝石基板上，若 把这类化合物成长于R-plane 或M-Plane上，可使产生的内建电场平行于 磊晶层，以增加电子电洞对复合的机率。因此，以氮化物磊晶薄膜为主的 LED结构成长R-plane 或M-Plane蓝宝石基板上，相比于传统的C面蓝宝石 磊晶,将可有效解决LED内部量子效率效率低落之问题，并增加元件的发光 强度。最新消息据称非极性LED能使白光的发光效率提高两倍. 由于无极性ＧａＮ具有比传统c轴ＧａＮ更具有潜力来制作高效率元件,而许多 国际大厂与研究单位都加大了对此类磊晶技术的研究与生产.因此对于Rplane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加. 下图为半极性和无极性面的简单示意图
两种方法的晶体生长示意图如下:
柴氏拉晶法(Czochralski method)之原理示意图
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
蓝宝石晶棒制造工艺流程
蓝宝石晶棒加工流程
机械加工
晶体
晶棒
长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体