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蓝宝石单晶介绍

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藍寶石單晶 產品型錄

產品應用：

藍寶石單晶可裁製成晶圓(Wafer)，做為發光二極體(LED)的基材(Substrate) ，每年產

值可達上千億元。

技術設備簡介：

生長藍寶石單晶之設備為一高真空高溫爐，稱為Kyropoulos長晶爐，是利用Kyropoulos法來生長藍寶石單晶的長晶爐，其組成如下圖照片所示，共分為五個單元： 1. 控制器：包括真空、電壓、加熱與冷卻速率以及拉晶速率之控制單元。 2. 爐體：包括真空系統、加熱器、坩堝及隔熱罩，其中加熱器之功率為100 kW，加熱方式為電阻式，工作溫度最高為2200℃。真空系統之真空度可達6 × 10-5 Pa。 3. 拉晶裝置：生長晶頸時所使用的晶種升降機構。 4. 電源供應箱：電源需求：380伏特電壓以及200安培之三相電流(A-300A, B-300A, C-20A)。 5. 冷卻水系統：利用水冷方式控制爐體溫度的穩定性，溫度保持餘27~33℃之範圍。

目前擁有之6 Kg級機台(長藍寶石長晶爐) 新型45 Kg級機台 重量：2160 Kg 機台尺寸：3m(L) x 3m(W) x 2.7m(H) 產品技術規範： 1. 藍寶石晶錠：單晶，透明，沒有雜質、氣泡、晶界及雙晶等巨觀缺陷。 重量45 kg，直徑220 mm，高度285 mm。 2. 藍寶石晶圓：直徑：2吋 (50.8 mm)，厚度：0.4-0.5 mm，差排腐蝕坑密度小於1200 pits/cm2。 產品照片：

藍寶石晶錠 藍寶石晶圓

研發團隊： 長晶中心主任：吳玉祥 長晶中心成員：機械系 黃聖芳 電子系 洪正聰、劉竹峰、毛大喜、陳國良 電機系 李昆益、林坤成 計畫主持人：機械系 黃聖芳老師 聯絡電話：校內分機：154 ext.24 or (02)27867048 ext.24 手機：0921833132

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导模法(EFG)生长大尺寸厚壁管状蓝宝石单晶

导模法(EFG)生长大尺寸厚壁管状蓝宝石单晶

第４８卷第７期２０１９年７月人　工　晶　体　学　报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳＶｏｌ.４８　Ｎｏ.７Ｊｕｌｙꎬ２０１９􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀦁􀦁􀦁􀦁研究快报导模法(ＥＦＧ)生长大尺寸厚壁管状蓝宝石单晶罗　平１ꎬ２ꎬ王庆国１ꎬ董建树１ꎬ王东海１ꎬ２ꎬ吴　锋１ꎬ唐慧丽１ꎬ徐　军１(１.同济大学物理科学与工程学院ꎬ上海　２０００９２ꎻ２.南京同溧晶体材料研究院ꎬ南京　２１１２１２)摘要:采用自行设计的导模法蓝宝石长晶装备ꎬ通过优化模具设计和长晶工艺ꎬ成功生长了内/外径分别为３１/５８ｍｍ和５０/６５ｍｍꎬ长度超过３００ｍｍ的大尺寸厚壁蓝宝石单晶圆管ꎬ无开裂多晶ꎬ无肉眼可见气泡ꎬ晶体质量优良ꎮ关键词:蓝宝石晶体ꎻ圆管ꎻ导模法中图分类号:Ｏ７８２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１０００￣９８５Ｘ(２０１９)０７￣１２１４￣０２ＧｒｏｗｔｈｏｆＳａｐｐｈｉｒｅＴｕｂｅｗｉｔｈＬａｒｇｅＳｉｚｅｂｙＥＦＧＭｅｔｈｏｄＬＵＯＰｉｎｇ１ꎬ２ꎬＷＡＮＧＱｉｎｇ￣ｇｕｏ１ꎬＤＯＮＧＪｉａｎ￣ｓｈｕ１ꎬＷＡＮＧＤｏｎｇ￣ｈａｉ１ꎬ２ꎬＷＵＦｅｎｇ１ꎬＴＡＮＧＨｕｉ￣ｌｉ１ꎬＸＵＪｕｎ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０００９２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＮａｎｊｉｎｇＴｏｎｇｌｉＣｒｙｓｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮａｎｊｉｎｇ２１１２１２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｌａｒｇｅｓａｐｐｈｉｒｅｔｕｂｅｓｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｆｏｒｍｅｄｖｉａｓｅｌｆ￣ｄｅｓｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌ￣ｇｒｏｗｔｈｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｉｎｇＥｄｇｅ￣ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ￣ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ(ＥＦＧ)Ｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｉｎｎｅｒ/ｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｔｕｂｅｓｗｅｒｅ３１/５８ｍｍａｎｄ５０/６５ｍｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｔｕｂｅｅｘｃｅｅｄｅｄ３００ｍｍ.Ｎｏｃｒａｃｋꎬｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｒｖｉｓｉｂｌｅｂｕｂｂｌｅｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｔｕｂｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓａｐｐｈｉｒｅｃｒｙｓｔａｌꎻｔｕｂｅꎻＥｄｇｅ￣ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ￣ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ(ＥＦＧ)ｍｅｔｈｏｄ

蓝宝石单晶中的位错缺陷

蓝宝石单晶中的位错缺陷

化学腐蚀法研究蓝宝石单晶中的位错缺陷

吕海涛1，张维连1，左燕1，步云英2

(1.河北工业大学,天津 300130；2.天津半导体技术研究所，天津 300051)

摘要：采用化学腐蚀-金相显微镜法和SEM法观察了CZ法生长的直径50mm的蓝宝石单晶中的位错缺陷。发现位错分布状况为中心较低、边缘较高，密度大约为104-105cm-2。在不同温度不同的试剂以及不同的腐蚀时间进行对比结果发现，用KOH腐蚀剂在290℃下腐蚀15min时，显示的位错最为清晰、准确，效果最佳。

关键词：蓝宝石单晶：位错：化学腐蚀

中图分类号：TN304．21；077+2 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2004)04-0048-04

1 引言

近年来宽禁带(Eg＞2．3V)半导体材料发展十分迅速，称为第三代电子材料。主要包括SiC、金刚石、GaN等。同第一、二代电子材料相比，第三代电子材料具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好等特点，非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。利用其特有的禁带宽度，还可以制作蓝绿光和紫外光的发光器件和光探测器件。其中GaN是一种商业化前景最好的光电子材料，它具有某些其他材料无可比拟的优越性。因此许多大公司、实验室、高等院校和科研所都投入大量人力物力开发这种新型光电子器件，但是第三代半导体材料的晶体生长都比较困难。GaN的熔点高，很难采用常规的方法直接生长GaN体单晶。因此为了满足制作器件的需要，各种外延技术仍是获得高质量、大尺寸单晶片的主要方法。

制备外延GaN薄膜，目前主要的衬底材料有：蓝宝石、SiC、硅等衬底材料。综合多方面考虑，蓝宝石是目前最广泛使用的衬底[1]。

蓝宝石是刚玉类宝石中的一个品种。天然蓝宝石无色透明，多数是罕见的星光宝石。由于天然蓝宝石稀少，化学成分不纯和成本高，不能作为工业材料使用。人造蓝宝石具有许多热学、光学、电学和力学的优良性能，使它成为一种特殊的材料，有着重要的用途，吸引着人们在蓝宝石的研制和应用等方面作了大量的工作。

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展

硅 酸 盐 学 报

· 880 · 2011年

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展

范志刚1，刘建军1,2，肖昊苏1，张 旺1，关春颖3，苑立波3

(1. 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001；2. 东北石油大学电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；3. 哈尔滨

工程大学理学院，哈尔滨 150001)

摘 要：蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一，在军民两用中都具有广泛的应用前景。简述蓝宝石单晶的主要性能；

综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果，并分析了各制备方法的优缺点；介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果；最后指出

蓝宝石单晶今后的研究重点：(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术；(2)完善蓝宝石单晶的超光滑加工理论及其技术体系。

关键词：蓝宝石单晶；提拉法；导模法；热交换法；光学窗口；整流罩

中图分类号：O78 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)05–0880–12

Research Progress on Growth Technique and Application of Sapphire Single Crystal

FAN Zhigang1，LIU Jianjun1,2，XIAO Haosu1，ZHANG wang1，GUAN Chunying3，YUAN Libo3

(1. School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. School of Electronic Science, Northeast Petroleum

University, Daqing 163318, Heilongjiang; 3. College of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

蓝宝石单晶的质量评价及检验方法

蓝宝石单晶的质量评价及检验方法

２０１４年・第４期　材料综述　材料科技与设备　

蓝宝石单晶的质量评价及检验方法　

张学军　，杨鑫宏，李铁　

（哈尔滨奥瑞德光电技术股份有限公司，黑龙江哈尔滨１５Ｏ４３１）　

摘要：针对目前蓝宝石单晶在半导体衬底、激光窗口等方面的广泛应用，本文主要介绍了光学级蓝宝石单晶（包括晶　

棒、晶片或晶块）的内部质量要求及作为ＬＥＤ衬底应用所需进行的质量检验。　

关键词：蓝宝石；缺陷；检验方法　

中图分类号：ＴＢ３２１　文献标识码：Ａ　

０　引言　

蓝宝石单晶以其优异的综合性能成为目前使用最广泛的　

ＣａＮ外延衬底材料。此外，蓝宝石还被用于军事装备方面，　

如导弹整流罩、瞄准吊舱、透明装甲等。在民用方面，蓝宝石　

可用于条码扫描仪窗口、光学透镜、晶片舟、耐磨轴承、手表　

表镜等。目前，蓝宝石在手机摄像头和手机屏方面的应用已然　

开启，并将很快成为蓝宝石的另外一个大的应用市场。　

很多应用领域对蓝宝石光学特性都有严格的要求。因　

此，蓝宝石单晶的内部质量的检验与评价方法对于能否满　

足后续应用的要求至关重要。　

１　人工蓝宝石单晶中常见的缺陷　

类型　

理想晶体中的原子排列具有严格的周期性，而在实际　

晶体中由于各种原因常会出现原子位置的偏离，形成缺陷。　

缺陷对晶体的各方面性质有非常大的影响，晶体缺陷按维　

数可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。点缺陷主要指空　位、填隙原子、杂质原子等；线缺陷以位错为代表；面缺　

陷有平移界面、孪晶界面及晶粒晶界三大类，其中平移界　

面包括堆垛层错、反相畴界和结晶切变面等。　人工蓝宝石单晶中的主要包括气泡、云雾、包裹体、　

位错、层错、双晶、裂纹等缺陷。气泡在人工晶体，尤其　

在熔体法生长的晶体中非常常见。气泡会降低晶体在光学、　

力学等方面的性能，严重限制了蓝宝石晶体在军工和民用　

领域的应用。对于目前蓝宝石的主要应用——蓝绿光ＧａＮ　

外延衬底晶片，蓝宝石内部缺陷将严重影响到外延片的质　

量，进而影响ＬＥＤ器件的性能。　

１．１气泡、云雾与包裹体