Safirin bileşimi Alüminyum Oksittir (Al 2O 3) ve kristal yapısı altı yüzlü kafes yapısıdır. C-düzlemi en yaygın kullanılan safir substrattır. Geniş optik penetrasyon bandı nedeniyle, yakın ultraviyoleden orta kızılötesine kadar iyi ışık geçirgenliğine sahiptir, bu nedenle optik bileşenlerde, kızılötesi cihazlarda, yüksek yoğunluklu lazer lens malzemelerinde ve maske malzemelerinde yaygın olarak kullanılır.
Şu anda, ultra yüksek parlaklıktaki beyaz ve mavi LED'in kalitesi, GaN'nin malzeme kalitesine bağlıdır ve GaN'nin kalitesi, kullanılan safir alt tabakanın yüzey işleme kalitesiyle yakından ilişkilidir.
Son zamanlarda pazar 2 inçlik safir tek kristalden 4 inç, 6 inç ve 8 inçlik modellere geçiş yaptı. LED pazarının hızlı gelişimi, büyük boyutlu, yüksek kaliteli ve istikrarlı performansa sahip safir kristallerin büyümesini gerektirir ve bu da safir büyütme teknolojisi için daha yüksek gereksinimleri ortaya koyar. Bununla birlikte, safir tek kristalin büyüme sürecinde, kristal çatlakları, dislokasyonlar, safsızlıklar ve renk merkezleri, hava kabarcıkları vb. gibi safirin performansını önemli ölçüde etkileyen bazı kusurlar sıklıkla bulunur.
Aşağıda iki tür safir kristal kusuruna odaklanıyoruz.
Büyüme süreci sırasında kristalin içinde çeşitli gerilimlerin oluşması gerilime neden olur. Gerinim kristalin elastik sınırından büyük olduğunda kristal çatlar. Kristaldeki stres esas olarak aşağıdaki üç türü içerir:
(1) Termal stres: Termal stres, kristalin dengesiz ısınmasından ve sıcaklık farkından kaynaklanan, kristalin tutarsız genleşmesi veya büzülmesi deformasyonuna ve kristalin çeşitli parçaları arasında karşılıklı kısıtlamaya neden olan bir tür iç strestir. Yani kristalin içinde bir sıcaklık gradyanı olduğu sürece termal stres olacaktır.
(2) Kimyasal stres: kristaldeki çeşitli bileşenlerin eşit olmayan dağılımından kaynaklanır.
(3) Mekanik stres: kristal büyümesi sırasında mekanik titreşimden kaynaklanır.
Safir tek kristalin büyümesi sırasında termal stres, tüm streslerin en önemli şeklidir. Kristaldeki aşırı termal stresin ana nedenleri aşağıdaki hususları içerir:
A. Büyüme hızı çok hızlı.
B. Sıcaklık alanı makul değil ve sıcaklık gradyanı çok büyük.
C. Soğutma hızı çok hızlı.
D. Kristal yönelimi.
e. Kristal boyutu.
hafif stres
orta stres
Dislokasyon, özel yapıya sahip bir kafes kusurudur. Gerçek kristal, kristalleşme sırasında dış ortamın etkisine veya çeşitli iç gerilimlere maruz kalır ve kristal içindeki parçacıkların düzeni deforme olur ve artık ideal bir kafes durumuna göre sıralanmaz, bu da kristalde dislokasyon adı verilen doğrusal bir kusurla sonuçlanır.
Safir kristallerdeki dislokasyonların nedenleri temel olarak aşağıdaki üç hususu içerir:
A. Birincil dislokasyonlar: Seçilen tohum kristalinde dislokasyonlar varsa, bunlar büyüme yoluyla yeni kristallere yayılabilir. Tohum kristalindeki dislokasyonlar, tohum kristalindeki doğal dislokasyonları, işlem sırasında aşırı stresin neden olduğu dislokasyonları ve tohumlama sırasında termal şokun neden olduğu dislokasyonları içerir.
B. Kristal büyümesi sırasında dislokasyonlar oluşur. Ana kaynakları şunlardır:
(1) Arayüz yakınındaki kristalin eksenel ve radyal sıcaklık gradyanları, her ikisi de kritik değeri aşan termal stres oluşturur.
(2) Bileşen ayrışmasının neden olduğu kafes sabitlerindeki değişiklikler: Eriyikteki safsızlık atomlarının varlığı nedeniyle, kristaller katılaşma süreci sırasında art arda katılaşacak, bu da bileşimde farklılıklara ve olası dislokasyon oluşumuna neden olacaktır.
(3) Nokta kusurları (boşluklar ve arayerler) yerel gerilim yoğunlaşmasına neden olur.
(4) Mekanik titreşimin etkisi kristalin sapmasına veya bükülmesine neden olur ve bitişik kristal bloklar arasında bir faz farkı meydana gelir, böylece dislokasyonlar oluşur.
Gerilim yoğunlaşması, kristal içindeki ikizler ve tane sınırları gibi arayüzlerin yakınında ve mikro çatlakların yakınında meydana gelme eğilimindedir. Eğer gerilim kayma gerilimini aşarsa kristal bu bölgede kaydığında bu bölgede dislokasyonlar meydana gelecektir.
