LED用蓝宝石衬底抛光技术进展

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。

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。

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。

2023年LED蓝宝石衬底行业市场前景分析LED蓝宝石衬底是一种能够长时间稳定工作的高耐用性材料，具备良好的导热性、导电性和搬运性能。

由于其材料特性适合用于制造高亮度、高效率的发光二极管，因此应用广泛。

据市场研究机构预测，未来几年内，LED蓝宝石衬底行业将迎来大发展，具有广阔的市场前景。

一、市场规模LED蓝宝石衬底具有高亮度、高效率、环保等优势，是制造高质量、高性能LED芯片的重要材料之一。

根据市场研究机构Yole Développement数据显示，LED蓝宝石衬底的全球市场规模从2018年的12亿美元增长到2023年的23亿美元，年平均增长率为11%。

预计到2023年，LED蓝宝石衬底市场占比将占据LED芯片市场的40%-50%，成为行业的核心模块。

二、需求排挤随着LED照明市场的不断扩大，LED照明产品的价格不断下降。

这导致LED晶片制造商为寻求成本效益必须不断寻求新技术，其中LED蓝宝石衬底技术将成为发展的趋势。

此外，随着车联网、智能家居等领域的发展，消费者对于高亮度、高效率的产品需求不断增加。

这也促进了LED蓝宝石衬底市场的发展。

三、技术进步随着技术和市场的不断发展，LED蓝宝石衬底材料的性能不断提升，如增加晶格匹配性、优化金属有机化学气相沉积技术等，显著提高了LED产品的品质和稳定性，增强了市场竞争力。

四、环保理念工业化发展过程中环保问题受到越来越多的关注，LED蓝宝石衬底相对于其它材料来说更为环保。

LED蓝宝石衬底对环境的污染很少，一旦使用完毕，其回收成本也相对较低，相比其他材料和技术更为环保。

总之，随着市场需求和技术进步的不断发展，以及对环保理念的重视，LED蓝宝石衬底行业的市场前景看好。

据预测，未来5年内该市场规模将得到快速和可持续的增长。

谈蓝宝石晶片加工技术现状与发展趋势摘要：蓝宝石晶片加工技术是一项关键的技术，应用于多个领域，如光电、半导体、电子等。

蓝宝石晶片具有高硬度、优异的光学性能和良好的耐化学性，因此在许多应用中被广泛使用。

基于此，本篇文章对谈蓝宝石晶片加工技术现状与发展趋势进行研究，以供参考。

关键词：蓝宝石晶片;加工技术;发展趋势引言蓝宝石晶片是一种具有广泛应用前景的材料，在很多领域都发挥重要作用。

蓝宝石晶片加工技术的现状和发展趋势十分引人关注。

本文将对蓝宝石晶片加工技术的现状进行概述，并探讨其未来的发展趋势。

1蓝宝石晶片加工技术概述在蓝宝石晶片加工技术中，原料的选择非常重要。

高质量的蓝宝石原料可以确保最终晶片的性能和品质。

切割是制备蓝宝石晶片的首要步骤，采用钻石工具将蓝宝石原料切割成预期形状和尺寸的大块晶片。

接下来是抛光，通过机械或化学方法对切割好的晶片进行表面处理，提高其光洁度和平整度。

然后是薄片化，使用研磨和化学腐蚀等工艺，将大块晶片加工成薄片，以满足特定的应用需求。

最后，通过表面处理，对蓝宝石晶片进行涂层或二次抛光等处理，以增强其性能和适应特定环境。

随着科技的进步和应用领域的不断拓展，蓝宝石晶片加工技术也在不断发展。

创新的加工工艺使得蓝宝石晶片的加工更加精确和高效。

同时，还推动了新材料的应用研究，例如探索蓝宝石合金和掺杂材料，以扩展蓝宝石晶片的功能和应用范围。

封装技术改进和自动化生产的应用也提高了蓝宝石晶片的性能和生产效率。

此外，蓝宝石晶片与其他材料和器件的整合，实现了多功能集成，进一步提升了系统的性能和应用价值。

蓝宝石晶片加工技术在广泛的应用领域中发挥着重要的作用。

2蓝宝石晶片加工技术现状2.1晶体生长蓝宝石晶片加工技术中的晶体生长是指将蓝宝石原料通过特定的方法和条件，使其在适当的晶体生长环境下形成结晶体的过程。

晶体生长是制备高质量蓝宝石晶片的关键步骤之一。

无论是熔融法还是水热法，都需要严格控制生长条件，以获得高质量的蓝宝石晶体。