有關於發光二極體的問題!!

Question

什麼是藍寶石基板呢??

網路上找了好久還是不太了解

麻煩各位了!!

什麼是藍寶石基板呢??

Answer 1

使用藍寶石(sapphire)作為藍、綠光LED基板(substrate)的主要原因，是因為發出這些光波長的材料，多半是鎵(Ga)、銦(In)的氮化物晶體GaN, InGaN等。半導體要形成電路和量子井，是用磊晶(epitaxy)的技術，將半導體材料「長」在適合的基板上，然後再用顯影蝕刻或其它技術形成電路構造。因為這些晶體材料有固定的晶格結構，必需薄膜和基板的結構配合才能順利磊晶。一般半導體所用的材料是矽，所以長在矽質的基板上最適合不過了。但是藍、綠光LED的這些材料，其晶格常數(lattice constant，即結晶排列中，分子之間的間隔)和矽基板相差太遠(約17%)，如果硬將這些材料的薄膜長在矽基板上，會產生極大的應力和差排(dislocation)，破壞晶體。因此無法用最廉價的矽基板。其原因示意圖如下，可以看見較大晶格的材料(上層空心者)，硬長在較小晶格的基板上(下層實心者)，晶格被壓縮的情況﹕

圖片參考：http://www.uni-mainz.de/FB/Physik/ATOS/Arbeiten/Schemies/Dissertation/img271.gif

那麼為什麼不用GaN等的基板呢？原因是這些材料的長晶非常困難，晶體缺陷很大，價格非常昂貴，幾乎和鑽石相當。所以不可能用同樣材料的基板作為磊晶的基礎。其它材料中，藍寶石的晶格常數和GaN相近，價格比較便宜，可以人工合成(分子構成是Al2O3)，多家廠商生產，所以被選為磊晶的基板。下圖可以看見各種材料晶格常數和能階差以及相對的光譜顏色(背景)的情形。

圖片參考：http://www.ifp.uni-bremen.de/tem/Bilder/nitride6.jpg

由上圖可見藍寶石和的晶格常數還是有點差距。這個問題，直到1992年，日本日亞化的研究員中村修二(Shuji Nakamura)發明了特殊的MOCVD製程，才得以克服的。所以紅光、綠光的LED早就有了。藍光的LED要在這個重大的發明之後，才開始生產。日亞化也從默默無聞的日光燈熒光劑製造廠，一躍而成為全世界數一數二的LED大廠。中村後來因為公司對這麼重要的發明發大財，給他的獎勵卻少得可笑而離職，並和原公司打了多年官司，最近終於勝訴，贏得大筆賠償金，目前在美國加州UCSB任教。這是後話！
藍寶石之外，還有許多公司用其它材料當基板，例如SiC, AlN, BeO, MgO等等。甚至前陣子我看見新聞報導韓、日的公司分別宣稱成功地在矽基板上長GaN薄膜。如果真能便宜、大量地生產，白光LED的普及化就指日可待了！

Answer 2

LED燈的顏色如何決定...？
[LED燈會因為二極晶圓製造過程中所添加的金屬元素不同,成分比例不同,而發出不同波長的光,以波長在470發藍光,530發綠光,570發黃光,630發紅光,其中又以藍光及綠光價格較高,因為藍綠光的特殊金屬在晶圓磊晶需成長在藍寶石上,故每顆藍綠光LED晶片都是由藍寶石製成的.]

圖片參考：http://ledhome.myweb.hinet.net/image001.jpg



2007-01-11 23:45:26 補充：
玻璃基板是TFT-LCD的主要製程原料，就是俗稱的母玻璃或素玻璃，形同大尺寸的矽晶圓，是一種高精密透明的電子零件。玻璃在TFT-LCD產業中扮演的角色好比是半導體產業中的晶圓，因此TFT-LCD產業對玻璃基板表面精度之要求進乎完美。

發光二極體

2007-01-11 23:46:05 補充：
TFT-LCD 製程是分別利用兩塊無鹼玻璃基板，於無鹼玻璃基板表面構裝彩色濾色片與 IC 電路。玻璃基板表面經過乾式蝕刻，將紅、藍、綠三原色與黑色以微細的結構建置於玻璃表面，成為彩色濾色片。IC 驅動電路則利用半導體製程，將CMOS電路建置於玻璃表面。基板玻璃之功能係做為彩色濾色片與IC驅動電路之承載材料，類似半導體製程中的矽晶圓

Answer 3

工研院的資料比較簡潔有力：
http://www.ntrc.itri.org.tw/transfer/content.jsp?idx=3014
摘要幾句：
藍寶石基板製程技術
可移轉技術編號：4019
英文技術名稱： Technology for Sapphire Wafer
▃技術簡介：
中文：以鑽石粉拋光，製作藍寶石基板，可應用於藍、白光LED。
▃技術特寫：
特色：Diamond Pellet雙面輪磨，提高加工速率
基本上，傳統：「矽基板」，低成本，產品範圍受限；高價品：「藍寶石基板」，專用於難以生產之藍、白光LED。白光LED可以直接當作一般光源，應用廣泛；藍光LED則是LED想製作三原色時之長年瓶頸。近年來則因為藍寶石基板，得以突破。

2007-01-13 00:19:41 補充：
看到樓下兩位高手的答案，咋舌ing~ing~