图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术分析
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(1), 63-74
Published Online January 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/0912346897.html,/journal/ms
https://https://www.360docs.net/doc/0912346897.html,/10.12677/ms.2020.101009
Study of the Preparation Methods and Key
Techniques of Patterned Sapphire Substrate
Zhiyuan Lai1, Kaihong Qiu2, Xiang Hou2, Jiangtao Zhang1, Zhongwei Hu1*
1Institute of Manufacturing Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian
2Fujian Zoomking Technology Co., Ltd., Longyan Fujian
Received: Dec. 31st, 2019; accepted: Jan. 13th, 2020; published: Jan. 20th, 2020
Abstract
The patterned sapphire substrate (PSS) is a new technology developed in recent years to improve the luminous rate of LED. This paper mainly introduces the principle of patterned sapphire sub-strate to improve the light-emitting rate of GaN-based LED, the effect of surface microstructure (geometry and size) on the luminous efficiency of LED, and focuses on the key technologies in the preparation of patterned sapphire substrates, including the preparation of mask and graphic transfer technology, as well as two main methods of substrate preparation are: dry etching and wet corrosion, and the advantages and disadvantages of the two preparation methods are com-pared. Finally, it is pointed out that the nano-patterned sapphire substrate is the key development direction of the future.
Keywords
Patterned Sapphire Substrate, Gallium Nitride (GaN), Mask, Etching
图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术
分析
赖志远1，仇凯弘2，侯想2，张江涛1，胡中伟1 *
1华侨大学制造工程研究院，福建厦门
2福建中晶科技有限公司，福建龙岩
收稿日期：2019年12月31日；录用日期：2020年1月13日；发布日期：2020年1月20日
*通讯作者。
赖志远 等
摘
要
图案化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate ，PSS)是近几年来发展起来的一种用于提高LED 出光率的新技术。本文就图案化蓝宝石衬底提高GaN 基LED 出光率的作用原理、表面微结构(几何形状及尺寸)对LED 发光效率的影响以及图案化衬底制备的关键技术进行了分析，包括掩膜的制备和图形的转移技术，以及蓝宝石图案化衬底制备的两种主要方法：干法刻蚀和湿法腐蚀，并比较了这两种制备方法的优缺点，最后指出纳米级图案化蓝宝石衬底是未来的重点发展方向。
关键词
图案化蓝宝石衬底，氮化镓，掩膜，刻蚀
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/0912346897.html,/licenses/by/4.0/
1. 引言
随着技术革新与能源消耗加剧，低能耗的发展模式日益受到重视。在照明领域，LED 具有节能环保、寿命长、体积小等优点，广泛应用于各种显示[1] [2] [3]、LCD 背光源[4] [5]、普通照明[6]等领域。当基于氮化镓(GaN)材料的蓝光LED 出现后，制备白光变得可行，从此发光二极管在路灯、照明等与人们生活息息相关的领域又有了更加广泛的应用。在未来，被称作第四代光源的LED 将有望全面替代传统光源如白炽灯和荧光灯等。作为新一代固态光源，LED 契合节能减排的发展趋势，但现今依然有着许多问题亟待解决。
GaN 是直接带隙结构材料，禁带宽度可通过与其他Ⅲ族氮化物形成固溶体，使其从0.7 eV (InN)到
3.39 eV (GaN)，再到6.2 eV (AlN)之间连续变化，其对应的波长范围可涵盖整个可见光区(1771~200 nm)。这使得该类材料在光电子元器领域应用十分广泛[7]。目前，GaN 基LED 衬底所选用的材料包括：蓝宝石、单晶硅和单晶碳化硅。相较于单晶硅和单晶碳化硅，蓝宝石所具有的优势在于：具有较好的机械性能、可靠性高、材料制备工艺成熟及易于控制等。但是，由于GaN 与蓝宝石之间存在大约17%的晶格失配和大约26%的热膨胀系数失配度，因此在蓝宝石衬底上生长的GaN 外延层中将存在109~1010 cm ?2的位错密度[8]。大量的缺陷导致衬底非辐射中心增多及载流子泄露加剧，使得LED 的内量子效率降低。与此同时，由于GaN 材料对于450 nm 波长的光折射率(2.5)远大于空气的光折射率(1) [9]。有源区光子逃逸角仅约23?，大部分的光子被限制在有源区内，致使LED 的光提取率较低。无法逃逸的光子在外延层中经过一次次反射，最终以热量的形式表现出来，严重限制了LED 的使用寿命。
针对这些难题，近年来发展起来的图案化蓝宝石衬底技术(Patterned Sapphire Substrate ，PSS)在减少GaN 外延层缺陷及提高LED 出光率方面展示出很好的效果。图案化蓝宝石衬底技术是指通过特殊工艺在蓝宝石晶片表面制作具有细微结构的周期阵列图形。利用这种图案化的蓝宝石晶片作为衬底，能够有效减少由于晶格不匹配而产生的应力，同时缓解位错的产生，使得位错密度降低1~2个数量级。所获得的GaN 外延层质量更高，LED 的内量子效率显著提高。除此之外，高质量的GaN 外延层能够减少LED 工作时产生的热量，增加其使用寿命。更为重要的是，图案化蓝宝石衬底能够提高有源区光子的逃逸概率，Open Access
赖志远等
使得光提取效率大幅度提升。
2. 图案化蓝宝石衬底提高GaN基LED出光率的作用机理
2.1. 降低GaN外延层位错密度
图案化蓝宝石衬底能够显著降低GaN外延层中的线位错密度，是由于其表面的微结构改变了GaN 材料的生长过程。GaN外延层在图案化蓝宝石衬底表面生长过程的示意图如图1所示，从图1中可以看出，生长在衬底图案之间的平面区域内的GaN材料，其位错会向上延伸至外延层表面，但是在衬底图案侧面上生长的GaN材料，其位错方向发生90?弯曲，则位错线将不能达到外延层表面，从而有效降低GaN 外延层表面的位错密度。较低的位错密度使得有源区的非辐射复合中心减少，缓解了载流子散射，从而提高了内量子效率。值得注意的是，图形侧面区域的面积对于位错密度有着较大影响，相较于梯形图案化蓝宝石衬底，圆锥形图案化蓝宝石衬底具有更大比例的侧面，因此更有助于抑制外延层表面的线位错。
Figure 1. Schematic diagram of GaN epitaxial layer dislocations grown
on the surface of [9]: (a) trapezoidal PSS, (b) tapered PSS
图1.图案化蓝宝石衬底表面生长GaN外延层的位错示意图[9]：(a)
梯形图形化蓝宝石衬底；(b) 锥形图形化蓝宝石衬底
同样地，增加图案的密集程度也有助于提高侧面区域的比重，从而减少位错，因此，图案化蓝宝石衬底有助于高质量GaN外延层的生长。图2展示了普通蓝宝石衬底与图案化蓝宝石衬底上外延GaN材料的位错情况。可明显看出，生长在图案化衬底上的外延层，其缺陷明显少于生长在普通蓝宝石衬底上的外延层。
2.2. 增加光提取率
与此同时，图案化蓝宝石衬底有助于LED增加光提取率，其原理如图3所示，由于衬底表面微结构的存在，原本可能被限制于有源区的光子通过蓝宝石衬底的多次反射，改变了传播路径，当角度处于逃逸角范围内时，光子便成功逃逸，因此，图案化的蓝宝石衬底能够增加光子的逃逸概率，使得LED光提取率增加。
赖志远 等
Figure 2. Cross section of GaN epitaxial layer under TEM
[10]: (a) on PSS, (b) on ordinary sapphire substrate
图2. TEM 下的GaN 外延层截面[10]：(a) 图案化蓝宝
石衬底；(b) 普通蓝宝石衬底
(a) (b) Figure 3. Photon motion paths in GaN epitaxial layers on different substrates: (a) ordinary sapphire substrate, (b) PSS 图3. 不同衬底上GaN 外延层中光子运动路径：(a) 普通蓝宝石衬底；(b) 图案化蓝宝石衬底
3. PSS 表面微结构对LED 发光效率的影响
为提高图案化蓝宝石衬底的性能，国内外学者从表面微结构的几何参数入手，进行了大量的研究[9]
[10] [11]。基于图案化蓝宝石衬底提高LED 出光效率的原理，图案的几何参数对出光率的影响同样包含了对外延层生长质量以及光传播路径的影响。所谓的几何参数包含了图形的几何形状及图形尺寸。
3.1. 几何形状对LED 发光效率的影响
外延层生长质量与成核点的多寡有着密切关系，成核区越小、成核点数量越少，就越有利于外延层横向生长，从而减少位错密度。由于GaN 薄膜在生长过程中最易在蓝宝石的C
面成核，因此，图案化蓝
赖志远等
宝石衬底技术发展至今，其微观图形的几何形状由简单向复杂化的趋势演变；从最初的沟槽状，到柱状，再到台状，最后达到当前常见的半球状和圆锥状；每一次形状的改变，本质上都是在尽可能地减少C面面积以缩小成核区、降低成核点数量。
如图4所示，以沟槽状图形为例，沟槽位置不利于外延层的生长，GaN于未刻蚀处成核，通过调整生长工艺参数，促进GaN横向生长，最后外延层逐步接合。外延层与蓝宝石衬底的接触面积变小，因此也在一定程度上减少了因晶格失配与热失配产生的位错。与此同时，与C面成一夹角的侧面的存在，也大大增加了光线在外延层内通过反复反射和折射最终满足逃逸角度要求的几率。
同样的，各种不同几何形状的微结构减少外延层生长缺陷与增加光逃逸几率的机理均与沟槽状结构类似，其中半球状和圆锥状结构将图形区域的C面面积降至最低，极大程度地减少了外延生长的成核点数量，理论上显著地避免了位错发生，同时由于表面为曲面，大大增加了光通过反射达到逃逸角度的几率，因此成为当下使用最广泛的衬底图形。
Figure 4. SEM cross section of different stages of GaN epitaxial layers growth
of on a grooved pattern sapphire substrate [10]
图4.沟槽状图形衬底上GaN横向外延生长不同阶段的断面SEM图[10]
赖志远等
3.2. 图形尺寸对LED发光效率的影响
在图案化蓝宝石衬底发展的初始阶段，对图形的研究停留在微米尺度，随着纳米技术的发展，对衬底图形的研究也朝着纳米级发展。大量研究表明，纳米级图案化蓝宝石衬底(NPSS)在不论从外延层生长质量或是光逃逸效率，对于微米级图案化蓝宝石衬底(MPSS)均具有优势。原因在于随着图形尺寸的缩小，衬底与外延层之间更易产生空隙，从而进一步地降低衬底与外延层的接触面积，使得晶格失配与热失配产生的外延层位错更少，如图5所示，NPSS外延时产生的空隙密度远远大于MPSS。除此之外，由于单位面积内所具有的斜面更多，所以光在外延层中有更大几率射出。图6为器件效率与注入电流之间的关系图，在注入电流0~100 mA范围内，MPSS的期间效率始终高于NPSS。综上所述，图形尺寸的减小，有助于提高外延层质量、提高出光效率。
Figure 5. SEM cross section of GaN epitaxial layer [12]: (a) on a MPSS,
(b) on a NPSS
图5.图形衬底上外延GaN薄膜的断面SEM图[12]：(a) MPSS；(b) NPSS
Figure 6. Relationship between light output power and injection current of
LED devices prepared on ordinary substrates, MPSS and NPSS [12]
图6.普通衬底、微米和纳米图形衬底上制备的LED器件光输出功率
与注入电流关系图[12]
赖志远等4. 图案化蓝宝石衬底的制备过程
图案化蓝宝石衬底的制备包含两个关键过程，一是掩膜制备，二是掩膜图形的转移。掩膜制备是指在蓝宝石衬底晶片上制备出带有周期性图案的掩膜图形，用于保护图形下的蓝宝石晶片；掩膜图形的转移是指将掩膜的图形转移到蓝宝石衬底上，在蓝宝石衬底上制作出周期性图案。
4.1. 掩膜制备
4.1.1. Ni掩膜
Ni是最常用于掩膜制备的金属材料，通常是在蓝宝石表面离子束蒸镀一层几百微米厚的金属膜作为刻蚀掩膜，然后通过光刻工艺制备出图案化的Ni掩膜，其图案和尺寸取决于掩膜板[13]。
4.1.2. SiNx掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积技术(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在蓝宝石衬底上沉积一层SiN x薄膜作为刻蚀掩膜，通过有机玻璃(即聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)在深紫外灯定位器下制作阵列图形，再利用回流技术缩小图间距离，最后通过反应离子刻蚀将图形转移至SiN x掩膜[14]。
4.1.3. SiO2掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积一层SiO2薄膜[15][16][17]，再通过标准光刻工艺和刻蚀技术制作图形化SiO2掩膜[18][19]。通常是采用电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)对未保护的SiO2薄膜进行去除，从而在SiO2掩膜上制备图形[20][21]。特别地，若在SiO2薄膜上涂布单层纳米球，则可用于制作纳米级图形化蓝宝石衬底的掩膜图形[20]。除了ICP，也可通过缓冲氧化刻蚀剂(Buffered Oxide Etch，BOE)在制作图形化SiO2[14]。
4.1.4. 光刻胶掩膜
在蓝宝石衬底表面旋涂一层几微米厚的光刻胶，通过前烘、对准、紫外光曝光、烘焙、显影等步骤将掩膜板上的图形复制到光刻胶上，再以图案化的光刻胶薄膜为掩膜进行刻蚀或是离子注入后得到图案化蓝宝石衬底。
4.2. 图形的转移
刻蚀技术是半导体领域常用的一种去除材料的手段，利用化学反应或是物理碰撞等方式来达到移除目的。图形的转移是指，蓝宝石衬底在掩膜的选择性保护下进行刻蚀，最终在蓝宝石衬底表面得到与掩膜图案相对应的微观图形。刻蚀技术又大致可分为干法刻蚀和湿法腐蚀两种。
4.2.1. 干法刻蚀
图案化蓝宝石衬底干法刻蚀基于高密度等离子体刻蚀工艺，通过偏置电场下的等离子体轰击衬底，并与衬底材料发生化学反应来达到去除目的，根据反应方式的不同，干法刻蚀可分为物理轰击刻蚀、化学反应刻蚀和物理、化学复合刻蚀三种[13]。
物理轰击刻蚀是指带电正离子在偏置电场中加速撞击衬底表面，经由部分离子能量将衬底材料击出，被击出材料在低压下由真空抽离系统带走。由于该方法属于物理去除方法，由于缺乏对材料的选择性，常常会造成衬刻蚀处底晶格损伤，如图7(a)所示。化学反应刻蚀是利用等离子体中的反应气体与衬底材料发生化学反应生成易挥发生成物的原理来达到去除目的，具有较好的选择性。刻蚀气体经过等离子化增强其反应活性，经扩散达到衬底表面进行等向刻蚀，生成的易挥发物质经气泵抽离，但生成的难挥发物质将沉积于衬底表面，使得反应效率逐步降低。化学反应刻蚀的工作机理如图7(b)所示。
赖志远 等
物理、化学复合刻蚀如感应耦合反应粒子刻蚀等技术，基本上是物理方法与化学反应的结合，这种方法兼具对材料的选择性和刻蚀的方向性，其原理如图7(c)所示。先由高速离子撞击衬底表面使得衬底材料表面晶格损伤、Al-O 键断裂，导致材料表面化学活性增加，随后，衬底材料与刻蚀气体发生反应，易挥发生成物挥发逃逸而难挥发生成物经由高速离子轰击持续抛出，使得化学反应能够继续进行。
(a)
(b)
(c)
Figure 7. Principles of dry etching: (a) physical bombardment etching,
(b) chemical reactive etching, (c) physical and chemical composite
etching
图7. 干法刻蚀：(a) 物理轰击刻蚀；(b) 化学反应刻蚀；(c) 物理、
化学复合刻蚀
蓝宝石衬底干法刻蚀通常使用氯基、溴基与氟基气体作为主要的刻蚀气体。常以光刻胶[22] [23] [24]
作为掩膜，另外也可用SiO 2或Ni 作为掩膜材料。
卤素气体与蓝宝石(Al 2O 3)反应的产物主要是AlCl 3，AlB 3与AlF 3 (沸点分别是178℃，263℃与1297℃)等。图案化蓝宝石干法刻蚀广泛使用BCl 3或BCl 3-Cl 2作为主要刻蚀气体，其他的工艺气体组合还有BCl 3-HBr 、BCl 3-HCl 、BCl 3-SF 6、I 2、CH 2Cl 2-Cl 2
等，辅气有
赖志远 等
N 2，AR 2等[23]。
以BCl 3气体为例，蓝宝石衬底干法刻蚀的化学反应过程如下：
()()3x BCl dissociation BCl Cl x 1,2→+=
()()x x BCl ionization BCl x 1,2,3+→=
()()*x x BCl excitation BCl x 1,2,3→=
()23x y Al O BCl Al BOCl Cl x,y 1,2,3?+→++=
3Cl Al AlCl +→
()()y 3y 3BOCl ,AlCl BOCl gas AlCl gas →+
4.2.2. 湿法腐蚀
湿法腐蚀是采用化学溶剂通过化学反应的方式来达到去除材料的目的，经过将晶片浸泡于刻蚀溶液或是将溶液喷洒于晶片表面，使两者接触并发生化学反应来移除材料，如图8所示。湿法腐蚀的优势在于方法简单、速度快。湿法腐蚀的材料去除机理包含三个步骤：a) 反应物通过扩散方式到达晶片表面；b) 表面结合发生化学反应；c) 产生生成物并以扩散方式离开晶片表面。对于既定的材料，通常可以有针对性地找到一种刻蚀剂能够对该材料进行快速刻蚀，而同时不伤害到其他材料，因此，湿法腐蚀对于材料有着较高的选择性。同时，由于化学反应并不存在特定方向，所以湿法腐蚀又缺乏方向性，在纵向刻蚀的过程中同时也会有横向的刻蚀效果[25]。
Figure 8. Principle of wet etching
图8. 湿法刻蚀原理
图案化蓝宝石衬底湿法刻蚀所用溶液通常为H 2SO 4与H 3PO 4的混酸体系，刻蚀时溶液温度在240℃~320℃范围，因此湿法刻蚀通常采用SiO 2、SIn x 或Ni 作为掩膜，湿法刻蚀主要反应方程如下[25]：
3442722H PO H P O H O (T 5C 21)→+>
2442722H SO H S O H O →+
()3+2
4224232Al 3SO xH O Al SO xH O ?++→?
由于更易于控制，干法刻蚀是目前最常见的生产PSS 晶片的方法，高度统一和密集的圆拱形微结构非常有助于外延薄膜横向生长、减少位错密度和增加出光率。然而干法刻蚀是一个非常缓慢的过程，其效率大概仅有每分钟50~200 nm
。且干法刻蚀工艺亦较难以实现效率、产量的提升，随着衬底尺寸的增
赖志远 等
大，干法刻蚀机台的产量随着真空室内衬底数量的减少而下降，因此扩大产能，就意味着更多的设备、维护和消耗品等的投入。这无疑将成为干法刻蚀持续发展的瓶颈。与此同时，由于干法刻蚀的刻蚀机理主要为物理轰击，这便不可避免地使得微观图形表面产生损伤，降低PSS 增加出光率的能力。
相反，湿法蚀刻工艺在加工速率、成本和可扩展性方面比干蚀刻工艺更有优势。例如，一批6英寸衬底的工艺槽，其成本仅比为一批2英寸衬底设计的槽体稍多一点，而且能容纳相同数量的衬底；并且在正确的条件下，其移除速率可高达1 μm/min 。因此许多学者相信，湿法刻蚀将在在LED 大规模生产中扮演关键的成本降低角色。当然，湿法刻蚀同样存在许多问题，首先，极端活泼的化学物质会对设备和人员的安全构成威胁。其次，由于腐蚀作用的各向同性使得刻蚀过程中出现横向腐蚀，也就是所谓的“undercut ”现象，因此对于湿法刻蚀来说，图形宽度的控制是工艺过程中需要挑战的一个难点。最后，由于湿法刻蚀对于材料的选择性的影响，衬底被掩膜保护的部分腐蚀程度较小，所以最终形成的图形通常带有顶部平面，如图9(a)所示。顶部平面阻碍了薄膜的横向生长，促进了薄膜的垂直生长，从而增加了外延缺陷的数量，同时平面面积的增加将抑制光的有效折射。对此，甚至有相关研究人员开发出了一种方法来打磨顶部平面，使其变得圆滑、更接近于干法刻蚀所形成的微结构，如图9(b)所示。
(a)
(b)
Figure 9. Micrographs of PSS prepared by different
methods [26]: (a) wet etching, (b) dry etching
图9. 不同方法制备的PSS 的微观图形[26]：(a) 湿
法刻蚀；(b) 干法刻蚀
总而言之，干法刻蚀更容易获得圆滑的顶部，因此不论是从外延层质量，到出光效率，其性能都更加优异，但是干法刻蚀的刻蚀效率有限。而湿法刻蚀却拥有极高的效率，倘若能够克服图形宽度控制和顶面圆滑化的技术难点，湿法刻蚀将在今后LED 大规模生产中发挥巨大的效应。
5. 总结
图案化蓝宝石衬底技术是一种能够有效减少GaN
基外延层位错密度、提高内量子效率的新技术。从
赖志远等
衬底层面来讲，影响LED出光效率的因素包含其表面微结构的几何形状和尺寸。特别是缩小尺寸，形成纳米级图案化蓝宝石衬底能够显著地提高LED的出光效率，毫无疑问，纳米级图案化蓝宝石衬将是未来图案化蓝宝石衬底发展的重点方向。在PSS制备方面，干、湿法刻蚀具有各自的优点，但是从制备效率而言，湿法刻蚀更具备大规模生产的潜力，但是如何控制图形的宽度、怎样高效地获得更加圆滑的图形是湿法刻蚀工艺下一步需要挑战的关键难题。
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y-Etching
国内生产蓝宝石衬底的有哪几家
国内生产蓝宝石衬底的有哪几家？ 如题，最近对上上游的材料供应商感兴趣，请问国内有哪几家？ 过去，晶粒厂多半向俄罗斯、日本、美国采购蓝宝石基板，不过包括越峰、鑫晶钻以及太阳能厂中美晶、合晶，都注意到这块市场。太阳能厂中美晶、合晶从去年起，也开始跨足蓝宝石基板切割、甚至长晶，都在显示出LED上下游产值已愈滚愈大。中美晶表示，中美晶之前是向其它业者买进晶棒，切割、研磨、抛光等制程后，才出货给晶粒厂切割成晶粒。但从今年3月起，中美晶打算直接自行长晶，2英寸晶棒仍然向日本、美国采购，但3英寸、4英寸晶棒将自行发展，原因在于“外购晶棒，切割后出售给晶粒厂”的模式获利有限。 西方的蓝宝石生产商停止向台湾的GaN LED生产商供应产品，他们宁愿在电子基材市场的交易中获取利润。市场分析机构Yole Développement在今年的产业报告中强调，“巨大的压力”迫使2英寸蓝宝石晶片的价格降至17美元，这样芯片制造商就能将每个裸片价格压到2-3美分。据该篇报告的作者Philippe Roussel表示，尽管美国Rubicon置身其中，现在台湾LED制造业仍是亚洲和俄国蓝宝石供应商的温床。 尽管全球的实验室中有其他多种技术在开发当中，2英寸蓝宝石晶片在LED制造业中仍然保持主导地位，而台湾是主要的市场。图片来源。其他的供应商则关注全球的其他市场，包括一般售价25美元的2英寸蓝宝石衬底，以及正要推出的4英寸衬底，售价在170-180美元之间。巨大的价格差异把全球领先的LED制造商（大部分在台湾之外）推至浪尖，酌情开始生产4英寸蓝宝石。据悉，Osram和Showa Denko已经开始将部分生产转至更大尺寸的衬底上了。但Roussel认为此举要谨慎。 Roussel在“Sapphire market 2008”报告中指出，去年面向LED产业的蓝宝石衬底产值超过1亿美元，年复合增长率是15%，蓝宝石衬底市场近期有些动荡，但销售额有望稳健成长。而针对RF应用的蓝宝石上硅（SoS）业务将于2011年超过1亿美元。由于Peregrine半导体公司力挽颓势，GaAs RF市场将不会立即受威胁。然而他也指出其中的症结：这个处境很尴尬，客户也不喜欢由一家公司掌控所有的专利。现在Peregrine公司正通过授权日本的Oki 来分散客户的风险，另外还将一些生产外包给代工厂。Peregrine的重组无疑给Rubicon的Q4收入有所影响。 结合LED和SoS两大市场，到2012年蓝宝石业务总计4亿美元。其中，亚洲的蓝宝石生产商所占市场份额67%，由俄国Monocrystal和法国Saint-Gobain为代表的欧洲厂商占了20%的总销售额，剩余的就是Rubicon执掌的北美市场。 俄国晶体专家、合成蓝宝石和其他先进电子材料市场的领军者Monocrystal公司表示，它的超大面积晶片将通过制造低本高效的LED芯片，从而加快步入固态照明领域。今年八月，该公司就已经开始为LED制造商批量生产这种8英寸的c面蓝宝石衬底。通过采用适合大面积蓝宝石生长的先进技术，Monocrystal能快速地提高新一代蓝宝石晶体的产量。已知在2005年该公司的大面积蓝宝石晶体的产量超过了65kg。 蓝宝石衬底制造商Rubicon宣布在上个月底获得一笔6英寸蓝宝石订单，目前只用于研究；但在18个月内，这家台湾LCD制造商进军LED制造业，期待在6英寸蓝宝石上获取更大突破，提高市场竞争力。Rubicon的CEO Raja Parvez说，“我们每隔四周到六周就要拜访客户，我们看到了这个领域内有更大的进步。我预测将会12-18个月内就能看到批量生产。”
。蓝宝石(Al2O3),硅 (Si),碳化硅(SiC)LED衬底材料的选用比较)
?1、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。 ? 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。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 碳化硅衬底 碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。 图2 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片[/url]
疯狂投资下蓝宝石衬底市场发展及价格走势[1]
疯狂投资下蓝宝石衬底市场发展及价格走势 蓝宝石(Al2O3,英文名为Sapphire)为制成氮化镓(GaN)磊晶发光层的主要基板材质，GaN可用来制作超高亮度蓝光、绿光、蓝绿光、白光LED。蓝宝石基板过去大宗应用是导弹弹头及手表等，后来应用到led的基板。蓝光LED晶粒的长晶材料的蓝宝石基板是由蓝宝石晶棒切割而成。 “牵一发而动全身”，随着LED照明市场需求起飞，蓝宝石需求也日益水涨船高。据业内人士介绍，蓝宝石基板占LED成本高达两成，可算是LED供应链中成本最高的材料。 今年7月20日，韩国三星LED高调宣布将与住友化学至2015年为止向其共同设立的合资公司投入5000亿韩元(4.71亿美元)生产LED 关键零件，也就是LED用蓝宝石基板，掀起了业内蓝宝石基板业者扩张高潮。随着LED蓝宝石晶棒、基板产能陆续开出，关于蓝宝石基板降价的呼声一浪高过一浪。那么，蓝宝石基板产能是否会过剩，价格是 否会下降，蓝宝石生产商是否会面临毛利率下降的压力?未来蓝宝石基板市场走向如何? LED衬底种类及其特征 企业加码蓝宝石衬底
2011年蓝宝石晶棒及蓝宝石基板厂单月产能扩充计划图 上游晶棒厂加速产能扩张，改写全球格局时间：2011-07-27浏览2277次【字体：大中小】从上下游的关系来看，蓝宝石基板的上游为蓝宝石长晶(也为蓝宝石晶棒)，此阶段难度颇高，过去多由美商Rubicon和俄商 Monocrystal所把控。自2009年LED背光电视渗透率上升三成，蓝宝石基板需求激增，但上游未及时扩产，导致供不应求，因此促使价格上升，带动其毛利率持续增长，据了解去年Rubicon的蓝宝石晶棒毛利率就占63%，今年预期可保有5成空间。考虑到蓝宝石衬底项目前景良好，今年韩国、台湾及大陆不少厂商投入此领域，使全球晶棒厂格局发生了变化。 全球第一大蓝宝石晶棒厂Rubicon,今年底预估产能将增加至100万毫米，俄罗斯的MOnocrystal预估将增加至80万毫米左右，而韩国的STC产能预估将倍增至90万毫米，将威胁Rubicon龙头宝座。 早在去年，云南蓝晶科技三期工程完工，预计其年产量达800万片，出口额超7000万美元，稳占中国蓝宝石晶棒厂老大位置，更冲刺到全球第三。而台湾越峰作为全球第四大蓝宝石晶棒厂，产能从去年初的十万毫米，扩充至年底的40-45万毫米。尚志半导体目前晶棒月产能约1.5万毫米，今年内则将扩产为10-15万毫米的水平。鑫晶钻则于去年产出80公斤蓝宝石晶体，并积极与兆丰银、土银、元大银、北富银、中信银及安泰银共同完成28亿元联贷案签约，为扩充产量准备充足资金，并与蓝宝石基板厂兆晶宣布合并，未来将同步扩充蓝宝石长晶以及基板的产能，合并后的新公司仍是以今年底月产能60万片(约当 2吋)为目标，冲刺全球前三大。 目前鑫晶钻在上游LED蓝宝石长晶月产能约7-10万/mm，且将在湖口兴建新厂，新厂将于Q3完成，Q4机台分批进驻，产能将陆续开出。
(项目管理)项目成果
中科院在LED领域的部分成果 一、衬底 1、第三代宽禁带半导体材料—氮化镓衬底晶片及相关产品 (3) 2、LED图形化衬底刻蚀系统 (6) 二、外延 3、新型LED光源-量子点的制备及量产放大技术 (8) 4、半导体深紫外LE D光源 (9) 5、大功率白光LED器件 (11) 三、芯片 6、基于同质外延技术的超大功率单芯片LED产业化 (12) 7、高效率高光通量LED关键技术及3W级LED芯片开发 (13) 8、制造LED芯片专用光刻机 (14) 四、封装 9、L E D高效封装光学设计 (16) 10、大功率白光LED专用环氧树脂 (17) 11、LED封装用高性能有机硅材料 (18) 12、高温固相法制备YAG：Ce荧光粉 (20) 13、新型LED用红色荧光粉的制备 (21) 14、白光LED光固化封装树脂 (22) 15、燃烧合成氮化物陶瓷荧光粉 (23) 16、非晶晶化法制备YAG:Ce3+微球荧光粉 (24) 17、交流驱动LED照明光源 (25) 五、应用 18、异型微热管散热技术 (26) 19、大功率LED液态金属散热技术 (27)
20、大功率LED灯具体式热管散热技术 (28) 21、蒸发冷却散热技术 (29) 22、大功率LED驱动技术 (31) 23、高亮度、低功耗LED平板灯技术 (33) 24、LED照明产品的设计技术集成 (34) 25、高热导氮化铝陶瓷散热基板 (35) 26、高热导LTCC复合陶瓷基板 (36) 27、LE D陶瓷散热技术 (37) 28、LED灯具结温测试及寿命评估技术 (39) 29、大功率L E D路灯 (40) 30、LED器件质量等级筛选技术 (41) 31、L E D植物照明灯 (42) 32、平板显示关键技术及产业化开发 (44) 33、OLED有机太阳能电池产业的关键材料 (46) 34、非中科院LED项目成果共26项 (47)
蓝宝石衬底
蓝宝石衬底 展开 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） 蓝宝石衬底 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。 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400μm减到100μm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。 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和 V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED
呼格吉勒图案的宪法反思
呼格吉勒图案的宪法反思 法治国家的宪法将规范国家权力、保障公民人权作为基本内容。我国宪法对刑事程序中的人权保障也作了相关的规定，但在司法实践中由于体制和机制的原因，导致仍然存在诸多的问题，这从新近发生的“呼格吉勒图案”中就可以看到。 该案的发生是违反我国宪法相关条款的严重后果。对此，本文认为有必要从宪法规范层面入手，深入分析其中存在的问题，并进行深刻反思，从而进一步改革和完善相关领域的我国人权保障制度，促进我国的人权保障事业的发展和法治的进步。 一、案情回顾 2014年12月内蒙古高级人民法院以原审被告人呼格吉勒图供诉的犯罪手段与实体检验报告不符，血型鉴定结论不具有排他性，既有证据无法证实呼格吉勒图具有案件犯罪事实，作出再审判决，判决呼格吉勒图无罪，使18年的冤案得以昭雪。党的十八大以来，以“呼格吉勒图案”为代表的23起重大冤假错案得到纠正，这些冤假错案大多数是由人民法院依法予以纠正的。这进一步推动了我国司法程序的完善，促进科学、民主、人权保障观念的落实，加快了我国建设社会主义法治国家的进程。
1996年4月9日，内蒙古呼和浩特毛纺厂女厕内发生一起强奸杀人案，卷烟厂职工呼格吉勒图被认定为凶手。1996年5月17日，呼和浩特市中级人民法院对该案作出判决，认定呼格吉勒图犯故意杀人罪，判处死刑，剥夺政治权利终身;犯流氓罪，判处有期徒刑5年，决定执行死刑，剥夺政治权利终身。宣判后，呼格吉勒图提出上诉。 内蒙古自治区高级人民法院于1996年6月5日作出终审裁定，驳回上诉，维持原判，并核准以故意杀人罪判处呼格吉勒图死刑，剥夺政治权利终身。1996年6月10日，年仅18岁的呼格吉勒图便被执行死刑。2005年，另一名叫赵志红的人主动坦白凶案是其所为。此后，呼格吉勒图的父母提出申诉。内蒙古自治区高级人民法院于2014年11月19日作出再审决定。2014年12月15日，内蒙古自治区高级人民法院对呼格吉勒图案作出再审判决，宣告原审被告人呼格吉勒图无罪。 二、对呼格吉勒图案的反思——基于宪法规范的视角 呼格吉勒图案的再审及改判无罪，体现了当前我国在倡导依法治国的大背景下，人民法院本着对法律负责，对事实负责，对当事人负责的精神，依法作出改判，充分体现了司法为民，司法公正，彰显了宪法的基本精神。从法治社会的应有之义出发，我们在对此案进行反思的同时也要意识到制度和程序对司法的重要性，只有尊重和保障宪
LED蓝宝石衬底
LED蓝宝石衬底 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 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. 蓝宝石晶体的应用： 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。
图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术分析
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(1), 63-74 Published Online January 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/0912346897.html,/journal/ms https://https://www.360docs.net/doc/0912346897.html,/10.12677/ms.2020.101009 Study of the Preparation Methods and Key Techniques of Patterned Sapphire Substrate Zhiyuan Lai1, Kaihong Qiu2, Xiang Hou2, Jiangtao Zhang1, Zhongwei Hu1* 1Institute of Manufacturing Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian 2Fujian Zoomking Technology Co., Ltd., Longyan Fujian Received: Dec. 31st, 2019; accepted: Jan. 13th, 2020; published: Jan. 20th, 2020 Abstract The patterned sapphire substrate (PSS) is a new technology developed in recent years to improve the luminous rate of LED. This paper mainly introduces the principle of patterned sapphire sub-strate to improve the light-emitting rate of GaN-based LED, the effect of surface microstructure (geometry and size) on the luminous efficiency of LED, and focuses on the key technologies in the preparation of patterned sapphire substrates, including the preparation of mask and graphic transfer technology, as well as two main methods of substrate preparation are: dry etching and wet corrosion, and the advantages and disadvantages of the two preparation methods are com-pared. Finally, it is pointed out that the nano-patterned sapphire substrate is the key development direction of the future. Keywords Patterned Sapphire Substrate, Gallium Nitride (GaN), Mask, Etching 图案化蓝宝石衬底的制备方法及关键技术 分析 赖志远1，仇凯弘2，侯想2，张江涛1，胡中伟1 * 1华侨大学制造工程研究院，福建厦门 2福建中晶科技有限公司，福建龙岩 收稿日期：2019年12月31日；录用日期：2020年1月13日；发布日期：2020年1月20日 *通讯作者。
在图形化蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜的方法
说明书 在图形化蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜的方法 技术领域 本发明涉及氮化镓（GaN）基Ⅲ族氮化物的异质外延生长方法，特别涉及一种在图形化蓝宝石衬底（PSS，Patterned Sapphire Substrate）上生长高质量GaN薄膜的方法。 背景技术 GaN基Ⅲ族氮化物是宽禁带直接带隙半导体材料，因其优异的电学性能和物理、化学稳定性，是制造发光二极管（LED，Light Emitting Diode）、短波长激光器、高功率晶体管、紫外光探测器等的理想材料。尽管GaN基LED早已实现产业化，但目前LED器件的发光效率仍然较低，有待进一步提高。 蓝宝石（Al2O3）是异质外延GaN薄膜最为通用的一种衬底材料，但由于蓝宝石与GaN外延层的晶格常数和热膨胀系数的失配，会引发界面处大量位错和缺陷的产生，缺陷密度高达108—1010/cm3，造成载流子泄露和非辐射复合中心增加，从而降低器件的内量子效率；另一方面由于GaN材料（折射率为2.5）和空气（折射率为1）的折射率差异较大，有源区产生的光子有70%在GaN层上下两个界面处发生多次全反射，降低了器件的光提取效率。图形化衬底技术通过在衬底表面制作细微结构图形，图形的存在有利于GaN外延层中的应力弛豫，且能抑制外延材料生长过程中向上延升的位错，从而提高器件的内量子效率；而且图形化衬底能使原本在临界角范围外的光线通过图形的反射重新进入到临界角内出射，因此提高了光提取效率。 对本领域技术人员而言，基于蓝宝石衬底的低温生长缓冲层和高温生长GaN外延层的“两步法”工艺是一项成熟技术。但是与非图形衬底相比，图形化衬底表面均匀分布的图形将使GaN初期的生长模式发生较大变化，如直接采用普通蓝宝石衬底上的GaN生长工艺，可能会导致GaN薄膜出现表面粗糙、晶体质量差的现象，所以基于图形化衬底的GaN生长工艺参数也需要作相应的改变。其工艺应保证如下要求：a、表面平整；b、晶体质量良好。 发明内容 本发明的目的在于提供一种在图形化蓝宝石衬底上生长高质量GaN薄膜的方法，该方法通过在生长初期采用低Ⅴ/Ⅲ比（氨气与镓源摩尔流量比）生长来改变生长模式，以获得表面平整及晶体质量良好的GaN薄膜。 本发明采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD，Metalorganic Chemical Vapor Deposition）技术。在MOCVD外延生长GaN材料过程中，在位监控是
国家标准蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法
国家标准《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》 （送审稿）编制说明 一、工作简况 1 立项目的和意义 受益于LED照明产业的快速发展，国内蓝宝石单晶产业发展迅猛，未来全球蓝宝石产业发展的重心在中国，但是目前国内有关蓝宝石抛光衬底片行业方法方面的标准还较为欠缺，因此，制定蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法标准很有必要。 制定本标准的目的是为了规范蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素的测量方法，避免因为金属残留原因造成的后道工序污染、成本升高及质量下降等问题，促进我国蓝宝石产业内部的平稳流动及互惠互利。该标准可填补国内蓝宝石抛光衬底片在表面金属残留检测及定性定量方面标准的空白，对于我国蓝宝石产业的发展具有重要意义。 2 任务来源 根据国家标准委《关于下达2013年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2013]90号）的要求，《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》由天通控股股份有限公司负责编制本标准，计划编号为20132165-T-469，完成年限为2015年。 3 编制单位简况 天通控股股份有限公司（以下简称“天通股份”）是国内首家由自然人直接控股的上市公司，重点发展磁性材料及LED晶体材料，是集科研、制造、销售于一体的国家重点高新技术企业。公司一直高度重视标准化工作，积极参与国际标准、国家标准和行业标准的制修订工作，不断建立和完善企业标准体系，具有丰富的标准化研究、管理能力和经验。 4 主要工作过程 天通控股股份有限公司在收到项目计划后开始收集和分析有关资料，确定标准制定的原则和依据，并落实标准的主要起草人，成立标准起草组。标准起草组对相关资料进行了认真分析，共召开五次会议，不断修改、完善标准草案，形成了标准的讨论稿。 2014年11月，由全国半导体设备与材料标准化技术委员会材料分会组织，在江苏省徐州市对天通控股股份有限公司起草的《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》
LED半导体照明衬底类型及其测量技术
LED半导体照明衬底类型及其测量技术 自上世纪90年代初中村修二发明高亮度蓝光LED以来，基于GaN基蓝光LED和黄色荧光粉组合发出白光方式的半导体照明技术在世界范围内得到了广泛关注和快速发展。迄今为止，商品化白光LED的光效已经超过150 lm/W，而实验室水平已经超过了200 lm/W，远远高于传统白炽灯（15 lm/W）和荧光灯（80 lm/W）的水平。从市场看，LED已经广泛应用于显示屏、液晶背光源、交通指示灯、室外照明等领域，并已经开始向室内照明、汽车灯、舞台灯光、特种照明等市场渗透，未来有望全面替换传统光源。 半导体照明光源的质量和LED芯片的质量息息相关。进一步提高LED的光效（尤其是大功率工作下的光效）、可靠性、寿命是LED材料和芯片技术发展的目标。 LED半导体衬底分类 （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。常见的图形衬底图案一般是按六边形密排的尺寸为微米量级的圆锥阵列，可以将LED的光提取效率提高至60%以上。同时也有研究表明，利用图形衬底并结合一定的生长工艺可以控制GaN中位错的延伸方向从而有效降低GaN 外延层的位错密度。在未来相当一段时间内图形衬底依然是正装芯片采取的主要技术手段。 未来图形衬底的发展方向是向更小的尺寸发展。目前，受限于制作成本，蓝宝石图形衬底一般采用接触式曝光和ICP干法刻蚀的方法进行制作，尺寸只能做到微米量级。如能进一步减小尺寸至和光波长可比拟的百nm量级，则可以进一步提高对光的散射能力。甚至可以做成周期性结构，利用二维光子晶体的物理效应进一步提高光提取效率。纳米图形的制作方法包括电子束曝光、纳米压印、纳米小球自组装等，从成本上考虑，后两者更适合用于衬底的加工制作。 （2）大尺寸衬底 目前，产业界中仍以2英寸蓝宝石衬底为主流，某些国际大厂已经在使用3英寸甚至4英寸衬底，未来有望扩大至6英寸衬底。衬底尺寸的扩大有利于减小外延片的边缘效应，提
呼格吉勒图案
呼格吉勒图案始末 1996年4月9日：呼和浩特一女子被掐死在公厕内。 1996年5月23日：呼和浩特市中级人民法院认定呼格犯流氓罪、故意杀人罪，判处死刑。 1996年6月5日：内蒙古自治区高级人民法院二审“维持原判”，核准死刑。 1996年6月10日：呼格被执行枪决，距离案发只有62天。 2005年10月23日：系列强奸、抢劫、杀人案的犯罪嫌疑人赵志红落网，主动交代了其1996年在呼市一毛家属院公厕犯下的杀人案。 2006年3月：内蒙古自治区政法委组成了案件复核组对案件进行调查。 2006年8月：复核得出结论，“呼格案”确为冤案。 2006年11月28日：呼和浩特市中级人民法院对赵志红案进行了不公开审理，未提“四·九”女尸案。2014年10月30日：内蒙政法委、公安厅等机构证实，最快下月开始启动针对呼格吉勒图的法律重审程序。2014年11月20日：内蒙古高院向呼格吉勒图父母送达立案再审通知书，呼格吉勒图案进入再审程序。 资料图：呼格吉勒图的墓地。
呼格吉勒图的父母，在家向记者展示这些年来为上访到北京留下的部分车票。 2014年11月20日中午，内蒙古高级人民法院新闻发言人李生晨就呼格吉勒图（以下简称呼格）案的再审决定，回答了记者关心的几个问题。 李生晨认为，目前媒体报道以及社会舆论多用“冤案、错案”这样的词语评价呼格案，本案正在审理过程中，只有依法做出再审判决后，才能有定论。 呼格在1996年被执行死刑后，此案的转折点出现在了2005年，一名叫赵志红的犯罪嫌疑人承认自己才是“真凶”，呼格案的申诉复查由此提上了议程。 李生晨介绍说，赵志红案件的一审是由呼和浩特市中级人民法院负责审理的，“赵志红案开过庭（2006年），但后来发现了新的情况，需要补充侦查，什么时候开庭要由呼和浩特市相关司法机关决定。” 李生晨表示，再审合议庭将对该案原审涉及的事实、证据以及法律适用问题进行全面审查。根据《最高人民法院关于适用＜中华人民共和国刑事诉讼法＞的解释》第三百八十四条第三款规定，原审被告人已经死亡，内蒙高院研究决定采取书面形式审理本案，但会对审理过程，裁判理由，裁判结果依法公开。 高院启动复查程序，是因为呼格的父母李三仁，尚爱云提出了申诉。在复查过程中，发现原来定罪量刑的事实不清、证据不足，这些问题需要再审合议庭经过审理以后，最终依法确认，“我相信，在再审裁定文书中，会将这些问题一一列明。”（凤凰网） 呼格案案情回顾：
LED与蓝宝石衬底
LED与蓝宝石衬底 LED（Light-Emitting Diode，缩写LED）是发光二极管的简称。发光二极管的发光效率是白炽灯的10倍，其寿命可达10以上，具有节能和体积小的特点，产品主要用于液晶电视机、汽车、照明、交通信号、景观及显示牌。 2009年下半年开始，LED市场出现大飞跃，作为高成长性的新兴产业，预计到2015年，LED产业规模将突破5000亿元，其中普通照明行业1600亿元，大尺寸液晶电视背光行业1200亿元，汽车照明行业200亿元、普通照明行业1600亿元，景观、显示等行业1000亿元。 LED产业链条大致可以分为三个部分，分别是上游基片生长、外延片制造，中游的芯片封装和下游的应用产品。在整个产业链中，最核心的部分在基片生长和外延片制造环节，二者技术含量比较高，占全行业近70%的产值和利润。 LED的核心部分是外延片。蓝绿光LED是在蓝宝石基片上生长GaN（氮化镓）形成PN结，见图1。 图1 LED外延片结构
（2）几种LED衬底： 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。 蓝宝石（Al2O3） 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（Al2O3）衬底的生产技术成熟、价格适中，化学稳定性好、不吸收可见光、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。但蓝宝石导热性差的缺点，在大功率器件中显得突出。 碳化硅衬底 除了Al2O3衬底外，目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，它在市场上的占有率位居第2，目前还未有第三种衬底用于氮化镓LED的商业化生产。采用SiC材料作为衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。但不足方面也很突出，如价格太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高。 硅衬底 在硅衬底上制备发光二极管是LED领域梦寐以求的事情，但目前在Si 衬底上很难得到无龟裂及器件级质量的GaN材料。硅衬底对光的吸收严重，LED节能灯出光效率低。
蓝宝石衬底上增透膜
1.增透膜 蓝宝石衬底上增透膜 氧化硅(SiO2)膜具有熔点高、抗磨耐腐蚀、保护能力强、对光的散射吸收小等优良性能,使得SiO2非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透保护薄膜。 利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明,蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高;当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后,在 3~5um波段范围内,平均透过率达到96.43%,比未镀膜时的平均透过率87.01%提高了9.42%,满足了设计使用要求。 2.高反膜 制备出高性能的 193nm激光高反膜具有重要的应用价值。 在对不同材料组合高反膜性能分析比较的基础上,对应用于高反膜膜材料组合进
行了优化选择,以NdF3/AlF3为材料对,设计制备了193nm高反膜。193nm氟化物高反膜的反射率达到96%。 3.太阳能选择性吸收膜 太阳能选择性吸收膜要求在可见光及近红外波段反射率尽可能低(吸收比尽可能高),在红外波段反射率尽可能高(发射率尽可能低)。 AlCN太阳能选择性吸收薄膜的结构如图所示。它由玻璃基片上相继沉积的五层膜构成:最下面是一层非反应溅射沉积的足够厚的(200nm左右)铝金属膜。其上是反应溅射制备的成份渐变的四层AlCN薄膜,按从底层到表层的顺序,Al的含量逐渐减少,而N、C的含量逐渐增多,直到表层的介质膜。按此顺序,我们将这四层膜依次称为AlCN-1,AlCN-2,AlCN-3,AlCN-4。
4.光无源器件薄膜 光无源器件包括光纤连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光开关、光调制器等,它是光纤通信设备的重要组成部分,由于其工作原理遵循光线理论和电磁波理论,故薄膜器件部分的结构设计和工作原理与薄膜技术息息相关。 例如,大容量光纤通信要求光纤连接器插入损耗在0.1～0.5dB之间,平均值为 0.3dB,随着新技术、新工艺的应用可望降低到0.1dB,大大提高回波损耗。如果采用镀膜工艺在光纤连接器球面上镀增透膜,如SiO2、Ta2O5、MgF2、ZnO2、Al2O3、CeO2等使回波损耗提高到70dB以上。同时在插针的端面采用光集成工艺,镀上半透膜、减反膜和偏振膜,可以组成不同功能的多用插头。此外,波分复用器(WDM)在宽带高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中有着广泛的应用前景。其中干涉膜型波分复用器采用的是由多层介质膜镀制成的截止滤波片或带通滤波片,如1310/1550nm的波分复用器用的是长波通和带通滤波膜,采用的膜料大多是SiO2和TiO2。当多层介质膜为超窄带滤波膜时,即可构成密集型波分复用器(DWDM),复用间隔可小至1nm。这种滤波片是在多腔微离子体条件下制备的高稳定带通滤波片,其波长随温度变化小于0.004nm/℃。 5.软X射线多层膜 制备软X射线多层膜最常用的有三种方法:电子束蒸发、离子束溅射以及磁控溅射。用DC和RF磁控溅射法制备出了波长小于10nm波段的Mo/B4C软X射线多层膜反射镜。掠入射X射线衍射仪的测量结果表明,磁控溅射法有很高的控制精度,制备出的 Mo/B4C软X射线多层膜周期结构非常好,表(界)面粗糙度非常小,约为0.4nm。
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
呼格吉勒图案观后感
呼格吉勒图案观后感 《狐狸与孩子》主要讲述了一个小女孩被一只狐狸吸引，然后去追随，并渐渐和狐狸建立信任关系的故事。那么该影片对你有何启发呢? 狐狸与孩子观后感600字记忆中，我看过许多电影，但在我的脑海中，印象最为深刻的是狐狸与孩子，看完这部电影，我终生受益。 这是一部感人肺腑的电影，讲述了一位小女孩与一只狐狸的故事：在一个美丽的秋日早晨，一位小女孩发现了一只漂亮狐狸，被它的美所吸引了，小女孩渐渐地靠近狐狸，但狐狸以迅雷不及掩耳之势逃走了，女孩下定决心要去寻找那只狐狸。冬天过去，春日来临，女孩发现了狐狸的踪迹，便用食物去引诱它，不久，狐狸与女孩慢慢地认识了。女孩非常喜欢这只狐狸，每当狐狸遇到困难时，她都会不惜生命危险，千辛万苦地救狐狸、帮助狐狸。女孩实在太想驯养这只狐狸了，但到最后，女孩明白：狐狸是属于天生天养的大自然的。只有女孩吹起哨子时，它有时才会回应。 电影很有意义，让我懂得了怎样交朋友，又是因为什么而失去了最珍惜的朋友。通过电影，我还明白了：爱不是占有。如果当你想占有你朋友的时候，也是你们友谊结束的开始。狐狸之所以一开始不与人交朋友是因为它们知道人和狐
狸永远不能成为真正的朋友。 这部电影也告诉我们大家：结交朋友要看人，还需要真诚和付出，不要强迫朋友做她(他)不想做的事，即便是为她(他)好也不可以;遇到困难要多思考，这样的友谊才能永存。狐狸与孩子观后感600字一个住在森林边上的小女孩，偶然间碰到一只迷人的狐狸，于是起了驯养它的念头。她是个自私的顽童，想把它据为己有，可是在森林里的惊鸿一瞥后，她再也没能看到它。它是只自由的精灵，在森林里自得其乐，并时刻保持着高度警戒，聪明地应对所有危险。 冬天，大雪覆盖了森林，所有动物的脚印显现出来，她哼着歌，独自去寻找心里念念不忘的狐狸。这个镜头温馨而可爱。森林里毕竟危机四伏，她被一阵可怕的声音吓到了，拼命奔逃，结果摔伤了双腿。整个冬天，她待在自己的阁楼里，听着外面的风声和各种动物的叫声，牵挂着自己的狐狸。 春天，冰雪消融，万物复苏。猎狐的人也肆无忌惮地行动了，她牵挂的狐狸要面对毒饵和猎-枪的威胁。她毅然扔掉拐杖，再次去寻找狐狸的踪迹。这次，她终于找到了它的小窝，而且发现它(她)竟然生了一窝小狐狸。机警的它意识到了威胁，连夜转移。她知道它带着狐狸宝宝走不了多远，于是天天在树上守望。在面包屑的诱-惑下，狐狸终于来到她所在的树下。 接近、逃避、追寻、引诱、观望、试探、亲近、玩耍、