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用于研發(fā)的圖案化藍(lán)寶石陶瓷基板，在圖案化的藍(lán)寶石襯底上形成LED是制造此類器件的最具成本效益的方法。這些LED表現(xiàn)出高歸一化電致發(fā)光強(qiáng)度和高光提取效率，此外，圖案化晶圓降低了缺陷密度和全內(nèi)反射損耗，這些優(yōu)勢正在推動(dòng)制造商采用基于氮化物半導(dǎo)體的LED。

目前，圖案化的藍(lán)寶石襯底最常用于生產(chǎn)半導(dǎo)體GaN外延發(fā)光二極管。由于材料的耐化學(xué)性變化，在此過程中使用圖案化藍(lán)寶石襯底正在增加。以下部分詳細(xì)介紹了具有金字塔形圖案（PSS）的制造。下面詳細(xì)描述該過程，通過濕法蝕刻和等離子干法蝕刻完成制造過程。

圖案化的藍(lán)寶石襯底具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，圖案化提高了光提取效率。此外，它降低了GaN層中的位錯(cuò)密度并提高了LED亮度。其次，圖案化的藍(lán)寶石陶瓷基板具有很高的可重復(fù)性，這對(duì)LED應(yīng)用很重要。它們也可用于其他電子設(shè)備，因此，它們有很多應(yīng)用，關(guān)鍵是要在市場上找到這些設(shè)備的應(yīng)用。

圖案化藍(lán)寶石陶瓷基板的發(fā)展預(yù)計(jì)將有利于高亮度LED行業(yè)，它們將為LED的研究、生產(chǎn)和銷售提供共同基礎(chǔ)。這樣，它們將成為上下游LED產(chǎn)業(yè)之間的橋梁。那么，什么是圖案化藍(lán)寶石陶瓷基板？本文將為你提供有關(guān)如何將這種材料用于高亮度LED的基本概述。

圖案化藍(lán)寶石襯底的另一個(gè)有點(diǎn)是它們支持更多種類的技術(shù)。例如，CPSS縮小了藍(lán)寶石和氮化鋁之間的面積。此外，CPSS允許創(chuàng)建更多種類的TD。該領(lǐng)域的研究人員現(xiàn)在正在推進(jìn)研究，以提高圖案化藍(lán)寶石的質(zhì)量和性能。隨著這些進(jìn)步，預(yù)計(jì)將出現(xiàn)廣泛的新技術(shù)。

已設(shè)計(jì)各種圖案化藍(lán)寶石陶瓷基板以提高光提取效率，除了多棱錐圖案外，還發(fā)現(xiàn)三角錐形狀是最佳的。具有刻面形狀的水晶藍(lán)寶石基板更透明，因此更耐用。它是一種比普通材料更好的材料，而且要貴得多。但是，它仍然是最具成本效益的選擇。

該行業(yè)由LED芯片制造商主導(dǎo)，他們自己制造PSS。但藍(lán)寶石襯底制造商正在成為一個(gè)利于市場。此外，他們正在與LED芯片制造商合作，在他們的產(chǎn)品上添加圖案。這些公司中的大多數(shù)專注于小直徑圖案化。現(xiàn)在只有少數(shù)提供6英寸產(chǎn)品。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了一系列不同的PSSA。錐體直徑為2.8微米，中心間距為3毫米，高度為2微米。這些PSSA是使用熱回流光刻膠技術(shù)和電感耦合等離子體蝕刻工藝制備的。對(duì)于廣泛的應(yīng)用，它們是硅的良好替代品。

這些圖案化藍(lán)寶石襯底的改進(jìn)晶體結(jié)構(gòu)提高了半導(dǎo)體照明器件的光提取和散熱效率。由此產(chǎn)生的晶體藍(lán)寶石LED具有比傳統(tǒng)棱鏡更高的發(fā)光效率，但它們需要更多功率。因此，商用 Prism LED是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。其發(fā)光效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的PrismLED。

PSS的高密度特性對(duì)這些器件的性能很重要。這些芯片在包括醫(yī)學(xué)成像在內(nèi)的許多領(lǐng)域都至關(guān)重要。對(duì)于高端LED，它們需要在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)良好。與傳統(tǒng)的Prism不同，基于PV的圖案化基板的特性是獨(dú)一無二的。它的特點(diǎn)是高度靈敏、耐用和靈活。如果PV用棱鏡蝕刻，可以加工成晶體硅器件。

圖案化藍(lán)寶石基板上的PV的優(yōu)勢不僅限于LED。PSP的晶體缺陷密度高且不均勻。GaN在基于 PSS 的器件上的橫向過度生長有可能提高這些LED的效率。由于增強(qiáng)的PSS，這些燈的整體效率和能耗也降低了。PCS是一種用于生產(chǎn)LED 的低成本解決方案。

藍(lán)寶石的另一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因素是它在航空航天和國防工業(yè)的半導(dǎo)體生產(chǎn)中的應(yīng)用。市場劃分的方式是細(xì)分-細(xì)分，根據(jù)其晶圓-細(xì)分規(guī)模。其中一個(gè)非常重要的部門是航空航天，由于其透明裝甲，它分為薄層、高性能層、透明層和超薄層。

如上所述，邊緣位錯(cuò)的密度隨著GaN的生長而降低層，導(dǎo)致FWHM值降低102%。這種效應(yīng)被解釋為組件上的壓縮靜水載荷的結(jié)果，薄的氮化鎵層經(jīng)受了該載荷。當(dāng)在帶有aln緩沖層的藍(lán)寶石中培養(yǎng)時(shí)，鉛一般溶解到2%左右，鉛溶解到0.5%左右。

說明了平面藍(lán)寶石鉛對(duì) GaN 層的 FWHM 和邊緣扭曲密度的影響。顯示了形成具有約 1.5% 的AlN緩沖層的薄GaN層的效果。平面藍(lán)寶石鉛對(duì) GaN層半衰期和薄Aln緩沖層邊緣扭曲密度的影響。

除了增加表觀光輸出外，許多制造商聲稱圖案化基板上的外延層比裸藍(lán)寶石基板上生長的外延層更有效。使用PSS的 LED的FWHM值低于藍(lán)寶石基板上的LED，這表明使用PSS可以顯著提高晶體質(zhì)量。與平面球體上的 LED 相比，高EL強(qiáng)度增加了91%，在平面上增加了100%以上。

藍(lán)寶石陶瓷基板的較大直徑有可能使制造過程顯著提高效率，但也給制造商帶來挑戰(zhàn)。例如，2英寸 GaN晶圓的成本大約是 8 英寸GaN晶圓的兩倍。鑒于高溫濕法蝕刻的高成本，LED 制造商和藍(lán)寶石晶圓供應(yīng)商需要認(rèn)真考慮這一點(diǎn)，尤其是考慮到兩種基板類型之間的顯著成本差異。

如果對(duì)圖案化藍(lán)寶石襯底的需求繼續(xù)存在，那么最終可能對(duì) Sapshire 使用其他高溫濕法蝕刻技術(shù)有所幫助，因?yàn)?Sapshire 以外的現(xiàn)有材料已經(jīng)建立了供應(yīng)鏈。藍(lán)寶石技術(shù)市場和該技術(shù)的增長是進(jìn)一步的細(xì)分，分為兩個(gè)主要部分：半導(dǎo)體行業(yè)和消費(fèi)電子行業(yè)。本報(bào)告按行業(yè)分為半導(dǎo)體、光伏、電子、汽車、醫(yī)療器械等行業(yè)。

在該計(jì)劃的最后18個(gè)月中，我們研究了使用專門開發(fā)的帶有 C-防水油布圖案的藍(lán)寶石基板。LED 的外延結(jié)構(gòu)是使用低壓MOCVD的傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底 (CSS)使用的對(duì)比樣品。LED（發(fā)光二極管）和基于氮化物的LED在結(jié)構(gòu)化 saPPHIRE基板上生長。

光致抗蝕劑陣列用作掩模層以通過應(yīng)用使用反應(yīng)性Cl 2氣體的電感耦合等離子體反應(yīng)性離子蝕刻系統(tǒng)來轉(zhuǎn)移藍(lán)寶石圖案。將膜倒置在鋼支架中并手動(dòng)剝離 SAPPHIRE基材。厚的 PDMS 頂層覆蓋有離心層，并涂在C-防水油布（1.5毫米厚）的薄層上。

該工藝類似于硅工業(yè)中用于生產(chǎn)用作基板的晶片的工藝。這個(gè)過程使得高溫、高壓和高溫的使用成為了今天的標(biāo)準(zhǔn)，這些都是多余的。

根據(jù)使用有圖案的藍(lán)寶石陶瓷基板襯底可以有效地減少燈絲的扭曲。很少研究與電力退化有關(guān)的缺陷，例如晶片的導(dǎo)電性缺陷。