蓝宝石衬底基准参考

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。

当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。

其它诸如GaN、Si、ZnO衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离。

一、红黄光LED红光LED以GaP(二元系)、AlGaAs(三元系)和AlGaInP(四元系)为主，主要采用GaP和GaAs作为衬底，未产业化的还有蓝宝石Al2O3和硅衬底。

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：在使用LPE生长红黄光LED时，一般使用GaP外延层，波长范围较宽565-700nm;使用VPE生长红黄光LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm 之间;而使用MOCVD时，一般生长AlInGaP外延结构，这个结构很好的解决了GaAs衬底吸光的缺点，直接将LED结构生长在透明衬底上，但缺点是晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。

另外，GaP 基的III-N-V材料系统也引起广泛的兴趣，这种材料结构不但可以改变带宽，还可以在只加入0.5 %氮的情况下，带隙的变化从间接到直接，并在红光区域具有很强的发光效应(650nm)。

采用这样的结构制造LED，可以由GaNP 晶格匹配的异质结构，通过一步外延形成LED结构，并省去GaAs衬底去除和晶片键合透明衬底的复杂工艺。

二、蓝绿光LED用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。

蓝宝石衬底基片工艺检测质量指标、方法及设备研究蓝宝石（α-Al203）晶体具有硬度高（莫氏９级）、熔点高（2045℃）、光透性好、热稳定性好、化学性质稳定等优良特性，而在国防、航空航天、工业以及生活领域中得到广泛应用，特别适于作为LED(Light Emitting Diode )衬底材料[1-2]。

蓝宝石衬底基片，其质量对后续GaN外延层的生长以及制备蓝光二极管的性能和成品率有很大的影响[3-4]，高品质LED产品的生产首先要保证衬底基片的质量。

生产高质量衬底基片，不仅要改进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，不仅可以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。

蓝宝石衬底基片的每道工序都有相应的检测质量指标。

检测就是根据衬底基片的标准或检测规程对晶体原料、中间产品、成品进行观察，适时进行测量，并把所得到的特性值和规定值作比较，判定衬底基片合格与不合格的技术性检查活动。

目前关于硅单晶质量检测方面的研究较多，有的已经成为标准规范，但针对用作第三代半导体材料GaN衬底片的蓝宝石衬底基片质量检测方面的研究和文献资料却很少。

鉴此，本文将蓝宝石衬底基片的工艺检测分为四个主要部分来描述：生长工艺、掏棒切片工艺、研磨抛光工艺和清洗工艺，对蓝宝石衬底基片的质量检测指标、检测方法及检测设备的发展现状和趋势等方面问题进行了深入研究，并结合工程实际进行了系统地分析，对蓝宝石衬底基片的检测技术的发展做出了引导性的总结。

1 生长工艺质量指标及检测蓝宝石单晶生长过程中的质量指标主要分为宏观质量检测指标和微观质量检测指标，宏观质量指标主要包括：1）固体包裹物/气泡空腔，固体包裹物是晶体中某些与基质晶体不同的物相所占据的区域，气泡空腔则是晶体内部类似于固体包裹物中间空洞的结构。

一般采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、氦氖激光器等，通过光学显微镜法、SEM法、氦氖激光法等方法对缺陷的形貌、分布情况和尺寸大小进行检测分析，实际操作中需要对晶体的不同区域进行取样分析，这样才能较全面的得到缺陷含量的整体状况；2）裂隙裂纹，采用日本理学X-ray衍射仪（D/max-ⅡB型），通过X一ray粉末衍射分析法进行检测，此方法也较好的用于固体包裹物和气泡空腔的检测方法；3)纯度，晶体内有效成分Al2O3和杂质成分在晶体中所占的比例关系，半导体材料GaN衬底用蓝宝石单晶纯度要达到99.999%以上。

astm f2358 蓝宝石衬底的特征测量标准指南ASTM F2358 蓝宝石衬底的特征测量标准指南ASTM F2358是美国材料和试验协会（ASTM）发布的一项技术标准，旨在为蓝宝石衬底的特征测量提供指导。

蓝宝石衬底在多个领域中都具有重要的应用，如电子、光学和医疗器械等，因此其质量和特征测量的标准化显得尤为重要。

本文将从多个角度深入探讨ASTM F2358标准，希望能够为您全面理解和应用这一标准提供帮助。

1. 背景介绍ASTM F2358标准是针对蓝宝石衬底的特征测量而制定的。

蓝宝石衬底是一种用于支撑和保护其他材料的基板材料，其特征测量对于确保其他材料的性能和稳定性具有重要意义。

ASTM F2358标准的制定旨在规范蓝宝石衬底的特征测量方法，以确保其质量和可靠性。

2. 标准内容概述ASTM F2358标准主要包括蓝宝石衬底特征测量的一般原则、测量方法和设备要求等内容。

其中，关于测量方法的规定包括了蓝宝石衬底表面形貌、尺寸、厚度、结构等多个方面的具体测量方法，以及相应的测量设备要求。

该标准的发布，为蓝宝石衬底的特征测量提供了统一的标准和方法，有利于提高其质量和可信度。

3. 标准应用领域ASTM F2358标准适用于多个领域，包括但不限于电子、光学、医疗器械等领域。

在电子领域，蓝宝石衬底常用于制备集成电路等器件，其表面形貌、尺寸和厚度等特征直接影响器件的性能和稳定性。

在光学领域，蓝宝石衬底可用于制备激光器、光学镜片等产品，其质量和特征测量对于保证产品的光学性能至关重要。

在医疗器械领域，蓝宝石衬底常用于制备手术刀片等产品，其表面形貌和结构特征直接关系到产品的使用效果和安全性。

ASTM F2358标准的适用范围广泛，对于确保相关产品的质量和性能具有重要意义。

4. 个人观点和理解从本标准的制定背景和内容来看，我个人认为ASTM F2358标准的发布对于推动蓝宝石衬底行业的规范化和标准化具有重要意义。

作为一种重要的基板材料，蓝宝石衬底在多个领域中都具有广泛的应用前景，其质量和特征测量的标准化将有助于提高产品质量和可靠性，推动相关行业的发展和进步。

文件名称：4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书 编号：xxx.xxx 版本号：xxxx 页码1文件名称文件编号4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书XXX.XXX3.3 Lasermark要求3.3.1 打在非使用面、字迹清晰可见、打头字母代表厂家3.3.2 位置、大小要求如下图Marking位置：距离Flatlength边缘约1mmMarking内容：字母+数字如ABCD1234***总体尺寸：约1mm（字高）*12mm（总宽度）文字方向：从左至右朝上如ABCD1234***编制审核批准编制日期审核日期批准日期文件名称：4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书 编号：xxx.xxx 版本号：xxxx 页码2文件名称文件编号4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书XXX.XXX 4 使用要求4.1 可直接使用于外延反应炉生长；4.2 可先制作图形加工，再使用于外延反应炉生长。

5 包装要求5.1 产品包装：采用防静电袋包装两层，内、外层都抽真空，下图所示，标签上的内容包括Spec、LOTNO、WaferNO、CassetteNO、QTY，每盒25片。

并帖上标签，如标签材质为无尘纸。

编制审核批准编制日期审核日期批准日期文件名称：4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书 编号：xxx.xxx 版本号：xxxx 页码3文件名称文件编号4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书XXX.XXX5.2运输包装：外壳为纸箱包装，内放为间隔放置，如下图所示，防震材料为聚苯乙烯泡沫板，保证在运输中不因碰撞、摔伤,而造成破裂、变形、吸潮等有害缺陷；包装无泄漏。

6 每批供货时必须有质量书6.1抽取比例为10%6.2质量书内容为第3项中的所有项目，另外还需提供规格检测结果wafermapping图、外观检测结果wafermapping图。

6.3质量书可以是电子版或纸版。

7 相关文件文件名称：4英寸单面抛光蓝宝石衬底技术规格书 编号：xxx.xxx 版本号：xxxx 页码4。

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。

调研生长GaN的时候，蓝宝石做衬底材料时是用100面还是111面
不同晶向AI2O 3衬底上的生长
图2 为在不同晶向AI2O 3 衬底上生长的G aN 薄膜的R H E E D 照片。

衍射图样都为很锐的，说明G aN 是质量很好的单晶。

图中a，b 为(000 1)衬底上的样品，c，d 为(01 12 )衬底上的样品。

a．b 两图的电子束入射方向夹角为30。

分别沿G aN [2 110 ]和[01i0 ]晶向，所这两个晶向与样品表面平行。

c，d 两图的电子束入射方向夹角为90。

，分别沿[0 1l 0 ]和[0001]晶向，它们平行于样品表面。

这样可知道在两种衬底上外延层与衬底晶向的关系：
则生长GaN的时候，蓝宝石做衬底材料时是用111面。

制造技术/工艺装备现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering）2013年第3期蓝宝石衬底基片工艺质量检测指标及方法的研究进展*徐晓明1，2，周海2，卓志国1，2，臧跃2，3（1常州大学，常州213016；2盐城工学院，盐城224051；3江苏大学，镇江212013）摘要：根据蓝宝石衬底基片国家标准和国际质量保证体系标准，结合目前蓝宝石衬底基片生产和科研的实际情况，阐述了目前蓝宝石衬底基片生长、掏棒切片、研磨抛光和清洗加工过程中的质量检测指标、检测方法，以及检测设备。

指出了蓝宝石衬底基片检测技术的研究对衬底基片生产的重要性。

总结了蓝宝石衬底基片检测技术的现状，半导体材料GaN衬底用蓝宝石单晶的纯度要达到99．999%以上，位错密度在102/cm2范围内，晶片切片厚度偏差不超过20μm，表面粗糙度要达到Ra0．3nm水平。

指出了现有检测技术的不足和今后的发展趋势，对蓝宝石衬底检测技术的进一步发展具有引导性的作用。

关键词：蓝宝石；衬底；检测指标；检测方法；检测设备中图分类号：TH16文献标志码：B文章编号：1671—3133（2013）03—0087—05Research progress of detection technology for sapphire substrateXu Xiaoming1，2，Zhou Hai2，Zhuo Zhiguo1，2，Zang Yue2，3（1Changzhou University，Changzhou213016，Jiangsu，China；2Yancheng Institute of Technology，Yancheng224051，Jiangsu，China；3Jiangsu University，Zhenjiang212013，Jiangsu，China）Abstract：According to international and Chinese standards of sapphire substrate，the actual situation of production and research for sapphire substrate，it elaborates the quality detection index、detection methods and detection equipment in growing、digging stick and slicing、grinding and polishing、cleaning for sapphire substrate．The signification of quality inspection for sapphire sub-strate has been presented．Summary the present situation of detection technology for sapphire substrate，the purity is higher than 99．999%，the defect concentration is in the102/cm2level，the thickness deviation is no more than20μm，the surface roughness is Ra0．3nm．To the development of detecting for sapphire substrate，the lack of detection technology today and its trend are pointed，it is hoped that can get the right direction to make ahead．Key words：sapphire；substrate；detection index；detection methods；detection equipment0引言蓝宝石（α-Al2O3）晶体具有硬度高（莫氏9级）、熔点高（2045ħ）、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 Emitting Diode）的衬底材料［1-2］。

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（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）作为LED衬底材料的选用比较衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。

不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。

衬底材料的选择主要取决于以下九个方面：•[1]结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小；•[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强；•[3]化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀；•[4]热学性能好，包括导热性好和热失配度小；•[5]导电性好，能制成上下结构；•[6]光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小；•[7]机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等；•[8]价格低廉；•[9]大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。

对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。

应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。

目前市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石（Al2O3）、硅(Si)、碳化硅（SiC）。

一、几种衬底材料的介绍（一）蓝宝石通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。

蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。

因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。

图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。

使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。

蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω〃cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极。

在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。

∙∙蓝宝石（Al2O3）,硅(Si),碳化硅（SiC）LED衬底材料的选用比较∙通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。

蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。

因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。

图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。

[url=/upload/zhishi/200803/2008032908212104.jpg]图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片[/url]使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。

蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。

在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。

由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。

但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。

蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。

添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。

蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。

因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。

为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。