結晶方位の異なるサファイアウエハーの用途にも違いはありますか？

サファイアはアルミナの単結晶で、三元結晶系に属し、六方晶系構造をしています。その結晶構造は3つの酸素原子と2つのアルミニウム原子が共有結合型で配列しており、非常に密集しており、結合鎖と格子エネルギーが強く、結晶内部に不純物や欠陥がほとんどないため、優れた電気絶縁性、透明性、良好な熱伝導性、高剛性などの特性を備えています。光学窓や高性能基板材料として広く使用されています。しかし、サファイアの分子構造は複雑で異方性があり、異なる結晶方向の加工や用途によって対応する物理的特性への影響も大きく異なるため、用途も異なります。一般的に、サファイア基板はC面、R面、A面、M面の各方向で利用できます。

の応用C面サファイアウエハ

ワイドバンドギャップの第三世代半導体である窒化ガリウム（GaN）は、広い直接バンドギャップ、強い原子結合、高い熱伝導率、優れた化学的安定性（いかなる酸にもほとんど腐食しない）、そして強力な耐放射線性を備えており、オプトエレクトロニクス、高温・高出力デバイス、高周波マイクロ波デバイスなどへの応用において幅広い可能性を秘めています。しかし、GaNは融点が高いため、大型単結晶材料の入手が困難であり、基板材料に対する要求がより厳しい他の基板上にヘテロエピタキシー成長を行うことが一般的です。

と比較するとサファイア基板他の結晶面と比較して、C面（<0001>方位）サファイアウェハとIII-V族およびII-VI族（GaNなど）で堆積された膜との間の格子定数不整合率は比較的小さく、両者と他の結晶面との間の格子定数不整合率は比較的小さい。AlN膜バッファ層として使用できるGaN基板はさらに微細であり、GaN結晶化プロセスにおける耐熱性の要件を満たしています。そのため、GaN成長用の一般的な基板材料であり、白色/青色/緑色LED、レーザーダイオード、赤外線検出器などの製造に使用できます。

特筆すべきは、C面サファイア基板上に成長したGaN膜は、その極軸、すなわちC軸方向に沿って成長するため、成長プロセスとエピタキシャルプロセスが成熟しているだけでなく、コストが比較的低く、物理的および化学的性質が安定しているだけでなく、処理性能も優れていることです。 C配向サファイアウェハの原子は、O-al-al-o-al-O配列で結合しており、M配向およびA配向サファイア結晶はal-O-al-Oで結合しています。 Al-AlはAl-Oよりも結合エネルギーが低く、結合が弱いため、M配向およびA配向サファイア結晶と比較して、C-サファイアの加工は主にAl-Alキーを開くことであり、加工が容易で、より高い表面品質を得ることができ、さらに優れた窒化ガリウムエピタキシャル品質を得ることができ、超高輝度白色/青色LEDの品質を向上させることができます。一方、C軸に沿って成長した膜には自発分極効果と圧電分極効果があり、膜内部（活性層量子井戸）に強い内部電界が生じ、GaN膜の発光効率が大幅に低下します。

A面サファイアウエハ応用

サファイア単結晶は、その優れた総合性能、特に優れた透過率により、赤外線の透過効果を高め、理想的な中赤外線窓材料となり、軍事用光電機器に広く使用されています。A方向サファイアは、面法線方向に極性面（C面）を持ち、非極性表面です。一般的に、A方向サファイア結晶の品質はC方向結晶よりも優れており、転位が少なく、モザイク構造が少なく、結晶構造がより完全であるため、光透過性能が優れています。同時に、A面のAl-O-Al-O原子結合モードにより、A方向サファイアの硬度と耐摩耗性はC方向サファイアよりも大幅に高くなっています。そのため、A方向チップは主に窓材料として使用されています。さらに、Aサファイアは均一な誘電率と高い絶縁性を備えているため、ハイブリッドマイクロエレクトロニクス技術への応用だけでなく、TlBaCaCuO（TbBaCaCuO）、Tl-2212などの優れた導体の成長にも応用でき、酸化セリウム（CeO2）サファイア複合基板上への異種エピタキシャル超伝導膜の成長にも応用できます。しかし、Al-O結合エネルギーが大きいため、加工が困難です。

応用R / M面サファイアウエハ

R面はサファイアの非極性面であるため、サファイアデバイスにおけるR面の位置の変化は、デバイスに異なる機械的、熱的、電気的、および光学的特性を与えます。一般的に、R面サファイア基板はシリコンのヘテロエピタキシャル堆積に好まれ、主に半導体、マイクロ波、マイクロエレクトロニクス集積回路の用途で使用されています。また、鉛、その他の超伝導部品、高抵抗抵抗器の製造においても、ガリウムヒ素がR型基板の成長に使用されます。現在、スマートフォンやタブレットコンピュータシステムの普及に伴い、R面サファイア基板はスマートフォンやタブレットコンピュータに使用されている既存の複合SAWデバイスに取って代わり、デバイスのパフォーマンスを向上させる基板を提供しています。

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