【重要なお知らせ】

2023年1月1日から、社名をOrbray株式会社に変更します。

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アダマンド並木精密宝石は、工業用宝石の精密加工を得意とし、精密宝石部品、光通信部品、小型モーター等を製造、販売しているメーカーです。

基板研磨Contract processingNAPHIA

当社では、高硬度なサファイア素材の研磨技術を活かし、窒化アルミ(AlN)セラミックス、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックスといった各種素材の受託研削・研磨を承っております。その他窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミ(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ガリウム(Ga2O3)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)などの単結晶の研磨も対応可能です。上記以外でも対応させて頂きますので、是非お問い合わせ下さい。その他穴あけ加工(ドリル・レーザー)や接合(原子間接合)、裏面研磨、フルカットからハーフカット(溝加工)といったダイシング加工も対応可能です。
単結晶素材につきましては、ウェハ・基板加工(オリフラ加工・オフ角調整)にも対応しております。

1)素材ご支給:単結晶 [ サファイア GaN AIN ZnO Ga2O3 他] 多結晶 [窒化アルミセラミックス アルミナセラミックス ジルコニアセラミックス 窒化ケイ素セラミックス ] 2)検索・研磨:オリフラ加工, オフ角度調整, 裏面研磨, 外周加工 3)洗浄(自社開発枚葉洗浄機)/穴あけ(ドリル・レーザー)/切断(フルカット・ハーフカット) 4)測定・検査:原子間力顕微鏡(AFM), 形状測定機(フラットネステスター), カソードルミネッセンス(CL), 全反射傾向X線(TXRF), パーティクルカウンター 5)梱包・出荷

※各種工程のみの対応もさせて頂いておりますので、是非ご相談下さい。

基板加工一覧

基板加工一覧

高平坦加工

当社はLED用サファイア基板の量産実績や、サファイアに対する微細加工・常温接合技術を保有しております。
特に常温接合は、各種素材を常温で接合するために素材を高度な平坦性をもった研磨をする必要があるため、高平坦化研磨技術を高めています。
この平坦性を表す面精度は、図のように基板の最高点と最低点の高低差を表します。

平坦性を表す面精度は、基板の最高点と最低点の高低差を表します

より高低差の少ない透明素材は、光をより均一に透過させる・平坦性を保ったまま異素材を貼りあわせられるなどの利点が得られます。
その透明素材をサファイアに置き換えることで、高温下での使用・高い熱伝導性・キズ防止・高耐久性など、サファイアの素材としての特徴を活かすことができます。

加えて、高平坦サファイアベースに異種素材を貼付け、その貼り合わせた異種素材を高平坦薄厚化加工する場合、サファイアは異種素材の支持基板・研磨用高平坦ベースとして高い性能を発揮することが出来ます。
また、サファイアはセラミックとは違い透明素材のため、貼り付けた異種素材との貼付け面の視認性が良く、可視化実験用途にもご利用いただけます。

その他、サファイア以外にも、様々な素材に向けてお客様のご要望にお応えすべく、高精度研磨を行っておりますので、お気軽にご相談ください。

素材 サファイア・Tiサファイアほか各種素材検討します。
研磨方式 片面研磨・両面研磨など
丸・角基板への高平坦研磨 λ~λ/20など 素材・サイズ・形状に応じて検討します。
洗浄 光学グレード・エピグレードなど
検査・評価 Zygo干渉計ほか

サファイア研磨(c面)
- 研磨限界 -

究極のサファイア研磨の実現

サファイアは、青色LED用半導体であるGaNをエピタキシャル成長させるための基板として、現在広く使用されています。これはサファイアの格子定数がGaNの格子定数に近いことと、GaNをエピタキシャル成長させる際の高温に耐えられる素材だからです。
品質の良いGaNをエピタキシャル成長させるためには、サファイア基板の表面粗さをできる限り小さくする必要があります。しかし、サファイアは非常に硬く、難加工素材であるために、極限の表面粗さを実現できる研磨を量産ベースで行うのは容易ではありません。当社は工業用宝石技術を原点とする“切る・削る・磨く”の固有技術を追求し、サファイア基板表面に原子1個分の段差を持つ究極の研磨技術を生み出しました。その結果、GaNのエピタキシャル成長における歩留りの向上につながり、お客様から好評を得ています。

青色LEDの構造とサファイア基板の条件

青色LEDの構造を下図に示します。サファイア基板の上にn-GaNがあり、その上に発光層、さらにp-GaNが積まれています。そしてn-GaN、p-GaNの上に電極が付いています。LEDの発光効率を上げるためには、発光層に電流を均一に流すことが必要であり、そのための下地となるn-GaNが全面均一な結晶となっていることが重要です。

一方、サファイアは六方最密充填の構造をしており、c軸方向に原子層が6層重なっています(下図参照)。そのため原子1層分の大きさは0.22nmとなります。

GaNを全面均一にエピタキシャル成長させるためには、サファイア基板の表面をc面が少しだけ傾いた状態にしておきます。もし理想的な研磨ができていれば、サファイアは下図のように階段状になるはずです。GaNは気相成長させますが、成長メカニズムとしてサファイアの階段のへこみ部分から核が発生し、そこがまたへこみ部分になるため水平方向に成長していく、という過程を繰り返します。GaNの大きさがサファイアの段差(ステップ)0.22nmとほぼ同じ大きさですので、テラスが平滑になっていれば、GaNが全面均一にエピタキシャル成長できます。

基板表面の階段状の加工

究極のサファイア研磨

このようなサファイアの表面を得るために、当社ではダイヤモンド砥粒による機械研磨を行った後、最終仕上げでCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)を行います。CMPは化学反応でサファイア表面を軟化させながら機械研磨を行うことです。実際にサファイア表面の表面粗さをAFM(原子間力顕微鏡)で測定した結果を以下に示します。

中心線平均粗さRaは約0.06nmとなっています。 一方、原子1層分が研磨されたときのRaの理論値を考えますと、JISによるRaの定義は、『Raは粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、次の式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。』となっています(下図参照)。

下の図のようにサファイア基板が理想的な階段状になっていたとすると、1原子の高さをh、テラス幅をw、ステップ数をN、三角形の面積をSiとして、Raの理論値は以下のように算出されます。

ステップ基板

これは先ほどの実測値Ra≒0.06nmと良く一致することが分かります。つまりサファイアの原子1層分を除去した研磨ができていることが分かります。この基板を熱処理すると、さらに明瞭に原子1層分のステップとテラスを確認することができます。これをステップ基板と言います。

このステップ基板は通常原子一層分の高さを保つため、理論上、c面0.15度オフの場合、テラス幅が80nmであり、0.22nmの高さと80nmのテラス幅を用いたナノスケールとしての用途が期待できます。
従来はDNAなど、ナノの大きさのものを可視化・映像化する際に比較となるものがありませんでしたが、サファイアステップ基板の特徴を利用することで、ナノの世界の一定の基準・目安とすることが出来ます。
また、ステップ基板は超平坦面を持つためDNA観察ステージに加え、生体試料観察、計測用プレートナノワイヤー等への応用が期待されます。

当社はサファイア以外にも、単結晶の研磨においてほぼ理想の研磨加工をすることが可能です。化合物半導体、超伝導体、誘電体等のエピタキシャル成長に適した単結晶の研磨加工を提供することが出来ますので、お気軽にお問い合わせください。

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