사파이어의 구성성분은 산화알루미늄(Al2O 2) 3이며, 결정구조는 육면체 격자구조입니다. C-plane은 가장 일반적으로 사용되는 사파이어 기판입니다. 광투과대가 넓어 근자외선부터 중적외선까지 빛의 투과율이 좋아 광학부품, 적외선 소자, 고강도 레이저 렌즈 소재, 마스크 소재 등에 널리 사용되고 있다.
현재 초고휘도 백색 및 청색 LED의 품질은 GaN의 소재 품질에 따라 달라지며, GaN의 품질은 사용되는 사파이어 기판의 표면 처리 품질과 밀접한 관련이 있습니다.
최근 시장은 2인치 사파이어 단결정에서 4인치, 6인치, 8인치로 옮겨가고 있다. LED 시장의 급속한 발전에는 대형 크기, 고품질 및 안정적인 성능의 사파이어 크리스탈 성장이 필요하며, 이는 사파이어 성장 기술에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 그러나 사파이어 단결정의 성장 과정에는 결정 균열, 전위, 불순물 및 색 중심, 기포 등과 같이 사파이어의 성능에 큰 영향을 미치는 몇 가지 결함이 있는 경우가 많습니다.
아래에서는 두 가지 유형의 사파이어 크리스탈 결함에 중점을 둡니다.
성장 과정에서 결정 내부에 다양한 응력이 발생하면 변형이 발생합니다. 변형률이 결정 자체의 탄성 한계보다 크면 결정에 균열이 발생합니다. 결정의 응력에는 주로 다음 세 가지 유형이 포함됩니다.
(1) 열응력: 열응력은 결정의 불균일한 가열과 온도차로 인해 발생하는 내부 응력의 일종으로, 결정의 팽창 또는 수축 변형이 일관되지 않고 결정의 여러 부분 사이의 상호 구속을 초래합니다. 따라서 결정 내에 온도 구배가 있는 한 열 응력이 발생합니다.
(2) 화학적 스트레스: 결정 내 다양한 성분의 고르지 못한 분포로 인해 발생합니다.
(3) 기계적 응력: 결정 성장 중 기계적 진동으로 인해 발생합니다.
사파이어 단결정 성장 중에 열 응력은 모든 응력 중에서 가장 중요한 형태입니다. 결정에 과도한 열 응력이 발생하는 주요 이유는 다음과 같습니다.
에이. 성장 속도가 너무 빠릅니다.
비. 온도 필드가 불합리하고 온도 구배가 너무 큽니다.
기음. 냉각 속도가 너무 빠릅니다.
디. 크리스탈 방향.
이자형. 크리스탈 크기.
약간의 스트레스
중간 스트레스
전위는 특별한 구조를 가진 격자 결함입니다. 실제 결정은 결정화 과정에서 외부 환경이나 다양한 내부 응력의 작용을 받아 결정 내부의 입자 배열이 변형되어 더 이상 이상적인 격자 상태로 정렬되지 않아 전위라고 불리는 결정의 선형 결함이 발생합니다.
사파이어 결정의 전위 원인은 주로 다음 세 가지 측면을 포함합니다.
에이. 1차 전위: 선택한 종자 결정에 전위가 있는 경우 성장을 통해 새로운 결정으로 확장될 수 있습니다. 종결정 내의 전위에는 종결정 고유의 전위, 가공 시 과도한 응력에 의해 발생하는 전위, 시딩 시 열충격에 의해 발생하는 전위가 포함된다.
비. 결정 성장 중에 전위가 생성됩니다. 주요 소스는 다음과 같습니다.
(1) 경계면 근처 결정의 축 방향 및 반경 방향 온도 구배는 열 응력을 생성하며 둘 다 임계값을 초과합니다.
(2) 성분 편석으로 인한 격자 상수의 변화: 용융물에 불순물 원자가 존재하기 때문에 응고 과정에서 결정이 연속적으로 응고되어 조성의 차이가 발생하고 전위가 형성될 수 있습니다.
(3) 점 결함(공석 및 틈새)은 국부적인 응력 집중을 유발합니다.
(4) 기계적 진동의 영향으로 결정이 편향되거나 휘어지며, 인접한 결정 블록 사이에 위상차가 발생하여 전위가 형성됩니다.
응력 집중은 결정 내부의 쌍정 및 결정립 경계와 같은 경계면 근처와 미세 균열 근처에서 발생하기 쉽습니다. 응력이 미끄럼 응력을 초과하면 결정이 이 영역에서 미끄러질 때 이 영역에서 전위가 발생합니다.
