产品概述
蓝宝石基氮化铝(AlN-on-Sapphire)是高质量氮化铝外延薄膜产品,通过在蓝宝石(Sapphire)衬底上外延生长高结晶质量氮化铝(AlN)薄膜而成。该产品XRD(0002)摇摆曲线半峰宽<0.05°,生长面表面粗糙度Ra<1.2nm(氮化铝厚度200nm),不仅实现了产品质量的有效管控,大幅提升产品品质、确保产品稳定性,还大大降低了产品成本和生产周期。
经客户验证表明,高品质AlN on Sapphire能够大幅提升UVC LED产品良率和稳定性,助力产品性能提升。氮化铝是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料,禁带宽度高达6.2eV,具有高击穿场强、高化学和热稳定性、抗辐射等优异性能,是紫外/深紫外LED、紫外LD的最佳衬底材料,也是高功率、高频电子器件的理想衬底方案。
氮化铝(AlN)的材料优势
氮化铝是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料,具有以下突出的物理和电学性能:
- 超宽禁带 —— 直接带隙,禁带宽度6.2eV,是重要的深紫外和紫外发光材料
- 高击穿场强 —— 高击穿电场强度、高热导率、高绝缘性、低介电常数、低热膨胀系数、机械性能好、耐腐蚀,常用于高温高频高功率器件
- 优异压电性能 —— 特别是沿C轴方向,是目前制备各种传感器、驱动器以及滤波器的最佳材料之一
- 与GaN晶格匹配 —— 与GaN晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数,是异质外延生长GaN基光电器件的优选衬底材料
- 高化学稳定性 —— 原子间以共价键相结合,化学稳定性好、熔点高
- 高机械强度 —— 机械强度高、电绝缘性能佳,是一种压电和介电材料;晶体薄膜硬度高,可作为耐磨涂层
- CMOS兼容 —— 制备工艺与CMOS兼容,可以和其他器件集成到同一芯片上
- 最优声波传播 —— 具备非铁电材料中最好的声波传播速度,且拥有无与伦比的压电响应,可用于制作高性能声表器件
- 宽禁带发光 —— 具有直接带隙,是重要的蓝光和紫外发光材料
- 超高传声速度 —— 沿c轴取向具有非常好的压电性和声表面波高速传播性能,传声速度快,是所有无机非铁性压电材料中最高的
技术参数
| 基底与尺寸参数 | |
|---|---|
| 基底材料 | 蓝宝石 Sapphire (0002),430–440μm(可定制) |
| 标准尺寸 | 2英寸、4英寸……可定制 |
| AlN外延厚度 | 5–200nm,可定制 |
| 晶面取向 | c-axis [0001] |
| 表面粗糙度 (5×5μm) | Ra < 1.2nm (200nm) |
| 翘曲度 (Warp) | < 30μm |
| 弯曲度 (Bow) | -10 ~ 15μm |
| 包装 | 单片/多片晶圆盒 |
| 晶体质量与性能指标 | |
|---|---|
| HRXRD半高宽@(0002) | < 0.05° |
| 蓝宝石热导率 | ~40 W/(m·K) |
| 蓝宝石密度 | 3.98 g/cm³ |
| 蓝宝石热膨胀系数 | ~5.0 × 10⁻⁶ /K |
| AlN禁带宽度 | 6.2 eV |
| 蓝宝石透过率 | > 85%(紫外-可见波段) |
| 蓝宝石莫氏硬度 | 9 |
氮化铝衬底方案对比
| 衬底类型 | XRD(0002)半峰宽 | 表面粗糙度 | 成本 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 蓝宝石基氮化铝 | < 0.05° | Ra < 1.2nm | 低 | UVC LED、紫外探测器 |
| 硅基氮化铝 | 中等 | 适中 | 极低 | MEMS、SAW器件 |
| 金刚石基氮化铝 | < 3° | Ra < 2nm | 较高 | 高功率器件、极致散热 |
* 蓝宝石基氮化铝以极低的XRD半峰宽(<0.05°)和极佳的表面平整度(Ra<1.2nm),在UVC LED等对晶体质量要求极高的应用中优势突出,同时成本可控。
应用场景
深紫外 LED (UVC LED)
AlN-on-Sapphire 是UVC LED外延的主流衬底方案。经客户验证,高品质AlN on Sapphire能够大幅提升UVC LED产品良率和稳定性,在杀菌消毒、水处理、空气净化等领域广泛应用。
紫外激光器 (UV LD)
高结晶质量AlN外延层是紫外激光器高性能的基础,蓝宝石衬底的紫外透明特性有利于垂直结构激光器的光提取效率。
GaN 基光电器件
与GaN晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数,AlN-on-Sapphire 是异质外延生长GaN基蓝光/绿光LED的优选缓冲层衬底材料。
高功率高频电子器件
高击穿场强、良好的热稳定性和化学稳定性,使AlN-on-Sapphire成为GaN HEMT高功率、高频电子器件的优质衬底方案。
SAW/BAW 滤波器
氮化铝沿c轴取向具有非常好的压电性和声表面波高速传播性能,用于5G通信GHz级SAW和BAW滤波器,在射频前端发挥关键作用。
MEMS 压电传感器
AlN压电薄膜用于高灵敏度MEMS传感器、微执行器和压电能量收集器,蓝宝石基底提供优异的机械支撑和热稳定性。
紫外探测器
蓝宝石在紫外波段高透过率,配合AlN宽带隙特性,用于日盲型紫外探测器的制备,在火焰检测、电晕检测等领域应用。
科研 & 器件开发
高结晶质量的标准化衬底产品,成本可控,尺寸规格灵活,广泛支持高校和科研院所在氮化物半导体领域的前沿研究。
定制与加工能力
提供从蓝宝石衬底到AlN外延的一体化定制服务,满足不同器件的外延衬底需求。
| 衬底定制 | |
|---|---|
| 蓝宝石衬底厚度 | 430–440μm(标准);可定制 |
| AlN外延厚度 | 5–200nm(可定制) |
| 标准尺寸 | 2英寸; 4英寸; 可定制任意尺寸 |
| 蓝宝石晶面 | Sapphire (0002) c-plane |
| 晶面取向 | c-axis [0001] |
| 加工与质量服务 | |
|---|---|
| 表面抛光和清洁 | 外延级洁净表面处理 |
| 激光切割 | 高精度衬底尺寸切割 |
| 背面加工 | 可提供背面减薄/抛光服务 |
| 包装 | 单片/多片晶圆盒洁净包装 |
| 质量检测 | 每批次提供XRD/AFM检测数据报告 |