蓝宝石缺陷产生机理及改进方法研究

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蓝宝石缺陷产生机理及改进方法研究

作者：杨琳

来源：《科技创新与应用》2018年第03期

摘要：在蓝宝石晶体的制备过程中，常见的晶体缺陷主要有晶体开裂、气泡与空腔、杂

质及色心、位错等，缺陷的产生极大影响了晶体的使用性能。文章从几种缺陷的产生机理着手，提出了有效降低晶体中缺陷率的措施，对生长大尺寸、高质量的蓝宝石晶体具有重要意义。

关键词：蓝宝石单晶；晶体缺陷；产生机理；改进方法

中图分类号：O782 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）03-0074-02

Abstract： In the process of sapphire crystal preparation， the common crystal defects mainly include crystal crack， bubble and cavity， impurity and color center， dislocation， and so on. Based on the mechanism of several defects， this paper puts forward effective measures to reduce the defect rate in crystals， which is of great significance for the growth of large-size and high-quality sapphire crystals.

Keywords： sapphire single crystal； crystal defect； generation mechanism； improving method

1 概述

蓝宝石（Sapphire），又称白宝石或刚玉。蓝宝石晶体的热学性能以及光学性能优良，化学性质稳定，广泛应用于光学和微电子领域，尤其是用作高亮度GaN基发光二极管（LED）的外延基片材料。LED市场的迅猛发展，要求生长出大尺寸、高质量、性能稳定的蓝宝石晶体，这就对蓝宝石生长技术提出了更高要求。但在蓝宝石单晶的生长过程中，往往会产生一些显著影响蓝宝石性能的缺陷，比如位错、杂质及色心、气泡、晶体裂纹等。

2 几种常见的晶体缺陷产生机理

2.1 晶体裂纹

在生长过程中晶体内部各种应力的产生将引起应变，当应变大于晶体本身的塑性极限

时，晶体将产生裂纹。晶体中的应力主要包括以下三种：

（1）热应力：热应力是由于晶体受热不均匀而存在温度差异，导致晶体各处膨胀或收缩变形不一致，晶体各部分间相互约束而产生的一种内应力。因此只要晶体内存在温度梯度，就会存在热应力。