До складу сапфіру входить оксид алюмінію (Al 2O 3), а його кристалічна структура являє собою структуру шестигранної решітки. С-площина є найбільш часто використовуваною сапфіровою підкладкою. Завдяки широкій оптичній смузі проникнення він має хорошу пропускну здатність від ближнього ультрафіолетового до середнього інфрачервоного, тому широко використовується в оптичних компонентах, інфрачервоних пристроях, високоінтенсивних лазерних лінзах і матеріалах для масок.
В даний час якість білого та синього світлодіодів надвисокої яскравості залежить від якості матеріалу GaN, а якість GaN тісно пов’язана з якістю обробки поверхні використовуваної сапфірової підкладки.
Нещодавно ринок змінився з 2-дюймового сапфірового монокристала на 4-дюймовий, 6-дюймовий та 8-дюймовий. Стрімкий розвиток світлодіодного ринку вимагає вирощування сапфірових кристалів великих розмірів, високої якості та стабільної роботи, що висуває підвищені вимоги до технології вирощування сапфірів. Однак у процесі вирощування монокристалу сапфіру часто виникають деякі дефекти, які суттєво впливають на характеристики сапфіру, такі як кристалічні тріщини, дислокації, домішки та центри забарвлення, бульбашки повітря тощо.
Нижче ми зупинимося на двох типах дефектів сапфірового скла.
У процесі росту генерація різних напруг всередині кристала спричинить деформацію. Коли деформація перевищує межу пружності самого кристала, кристал трісне. Напруження в кристалі в основному включає наступні три типи:
(1) Термічна напруга: Термічна напруга – це свого роду внутрішня напруга, спричинена нерівномірним нагріванням кристала та різницею температур, що призводить до непослідовного розширення або звуження деформації кристала та взаємного обмеження між різними частинами кристала. Отже, доки існує градієнт температури всередині кристала, існуватиме теплова напруга.
(2) Хімічний стрес: спричинений нерівномірним розподілом різних компонентів у кристалі.
(3) Механічна напруга: викликана механічною вібрацією під час росту кристала.
Під час вирощування монокристалу сапфіру теплова напруга є найважливішою формою всіх напруг. Основні причини надмірної термічної напруги в кристалі включають наступні аспекти:
a. Швидкість росту надто швидка.
b. Температурне поле необґрунтоване, а температурний градієнт занадто великий.
в. Надто висока швидкість охолодження.
d. Орієнтація кристала.
д. Розмір кристала.
легкий стрес
середній стрес
Дислокація — це дефект решітки з особливою структурою. Фактичний кристал піддається дії зовнішнього середовища або різних внутрішніх напруг під час кристалізації, і розташування частинок усередині кристала деформується і більше не впорядковується в ідеальний стан решітки, що призводить до лінійного дефекту в кристалі, який називається дислокацією.
Причини дислокацій у кристалах сапфіру в основному включають наступні три аспекти:
a. Первинні дислокації: якщо у вибраному затравковому кристалі є дислокації, вони можуть бути розширені в нові кристали шляхом росту. Дислокації в затравочному кристалі включають дислокації, властиві затравковому кристалу, дислокації, утворені надмірною напругою під час обробки, і дислокації, утворені тепловим ударом під час затравки.
b. Під час росту кристала утворюються дислокації. Його основними джерелами є:
(1) Осьовий і радіальний градієнти температури кристала поблизу межі розділу створюють термічну напругу, обидва з яких перевищують критичне значення.
(2) Зміни в постійних ґратках, спричинені сегрегацією компонентів: через присутність атомів домішок у розплаві кристали послідовно затвердіють у процесі затвердіння, що призведе до відмінностей у складі та можливого утворення дислокацій.
(3) Точкові дефекти (вакансії та міжвузла) викликають локальну концентрацію напруги.
(4) Вплив механічної вібрації спричиняє відхилення або згинання кристала, а між сусідніми кристалічними блоками виникає різниця фаз, що призводить до утворення дислокацій.
Концентрація напруги схильна до виникнення поблизу поверхонь розділу, таких як двійники та межі зерен усередині кристала та поблизу мікротріщин. Якщо напруга перевищує напругу ковзання, то при ковзанні кристала в цій зоні в цій зоні відбуватимуться дислокації.
