基板开发最前沿（一）：8英寸蓝宝石基板纳入制造计划 福田结晶技术研究所开发相关装置

　　基板材料是制造电子器件时不可缺少的要素。其中，与制造LED及功率半导体元件等“绿色器件”的基板相关的研发正在推进之中。本文将以连载形式，对相关基板大厂商的举措以及备受关注的研究活动做一介绍。第一篇介绍的是日本福田结晶技术研究所。该公司是一家由日本东北大学名誉教授福田承生担任代表董事社长的企业。

　　在福田结晶技术研究所最近的成果中，尤为具有冲击力及影响力的是开发成功了可实现8英寸口径（约200mm）的蓝宝石单晶的制造装置。通过切割用该制造装置制造的蓝宝石单晶，便可实现口径为8英寸的基板。由于制造装置已开发完成，因此该公司将制造8英寸蓝宝石基板纳入了议事日程。

　　福田结晶技术研究所试制的8英寸蓝宝石单晶制造装置

　　成品率相同的话，基板的口径越大，每块基板能获得的LED芯片数量就越多，从而越有助于提高生产效率，降低成本。

　　目前，白色LED使用的蓝色LED芯片大多在口径为2~4英寸的蓝宝石基板上制造而成。所以业界公认口径为6英寸的蓝宝石基板会越来越多地被使用，但在此之前，能否制造出来8英寸的大尺寸蓝宝石基板还不明朗。福田结晶技术研究所的装置，为实现8英寸产品打通了道路。

　　虽然该公司未公开技术细节，但据悉制造方法采用的是“CZ（czochralski）法”.采用该方法是“因为比EFG（edge-definedfilm-fed growth method）法及Kyropulos法等其他制造方法更适于大尺寸化”（福田承生）。

　　今后要想实现8英寸蓝宝石基板，除了要制造8英寸单晶之外，还必须改进对单晶进行切割的方法，以及重约20kg的8英寸蓝宝石单晶的搬运方法。

　　另一方面，除了制造8英寸产品之外，还需要考虑从8英寸单晶的截面中剥离出多张4英寸基板，提高4英寸基板的生产效率。

　　还在研究氨热法

　　除了蓝宝石单晶之外，福田结晶技术研究所还在研究有望制造出大尺寸GaN结晶的“氨热法”.目的是削减GaN基板的成本。

　　氨热法的特点是原理上能够制造出像水晶一样非常大的GaN结晶。通过对这一大尺寸的GaN结晶进行切割，能够以多种结晶面来制备大口径的GaN基板。

　　具体操作时，先使添加有矿化剂的NH3在数百℃且数百大气压的高温高压下形成超临界状态。在这一状态下，使金属Ga或GaN结晶在反应器内融解。之后改变温度，使融解后的GaN结晶析出。可以说，该制造方法采用了水热合成法中将水转变为NH3的方法。福田结晶技术研究所在该方法中采用的是酸性矿化剂。

　　目前福田结晶技术研究所正在与日本东北大学及旭化成等联手推进研发。比如，与旭化成成功试制出了可进行800℃高温处理的制造装置。

　　福田结晶技术研究所曾于2007年前后利用氨热法试制成功了2英寸GaN基板，但当时存在因混入杂质而带色等结晶纯度问题。为了获得更高纯度的GaN结晶，该公司重新致力于基础性实验。目前已逐步取得成果。

　　比如，作为杂质的氧的浓度逐渐降低，而且称为“位错”的结晶缺陷也比现有GaN基板产品减少，达到了103cm-2左右。另外，生长速度也超过了公认为实用化标尺的100μm/天。今后的目标是在2012年之前使利用氨热法制备的高纯度GaN基板达到2英寸。