在商品化的LED中，絕大部分采用藍(lán)寶石作為外延生長(zhǎng)的襯底材料。由于藍(lán)寶石材料導(dǎo)熱性較差，為防止LED有源區(qū)過(guò)高的溫升對(duì)其光輸出特性和壽命產(chǎn)生影響，在完成電極制備等工藝后，必須對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行背減薄，以提高器件的散熱性能。另外，由于藍(lán)寶石的莫氏硬度達(dá)9.0，為滿足劃片、裂片等后繼工藝的要求，同樣需要將襯底厚度減薄至一定程度。減薄后的襯底背面存在表面損傷層，其殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致減薄后的外延片彎曲變形且容易在后繼工序中碎裂，從而影響成品率。因此，在減薄后必須對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光，以去除上述表面損傷層，消除殘余應(yīng)力。一般情況下，需要將外延片的厚度從400mm以上減薄至100mm附近或更薄。由于藍(lán)寶石硬度很高，上述背減薄和拋光工作通常要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，這樣，背減薄和拋光的加工效率和質(zhì)量就成為一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。

　　藍(lán)寶石襯底研磨的機(jī)理

　　材料研磨中的去除方式通常有三種，磨料顆粒的機(jī)械磨蝕作用、被研磨表面輕微地熔融和塑性流動(dòng)、研磨劑中表面活性物質(zhì)的化學(xué)作用。

　　藍(lán)寶石的熔點(diǎn)高達(dá)2045℃，而藍(lán)寶石襯底研磨中以機(jī)械磨蝕作用為主。在磨料的作用下，藍(lán)寶石襯底的表面會(huì)出現(xiàn)大量的微裂紋，并延伸至表面以下，形成表面損傷層。在研磨過(guò)程中，這些微裂紋不斷延伸，如果互相交叉，則其包圍區(qū)域的藍(lán)寶石材料會(huì)脫落，形成微小的凹坑和溝槽，從而達(dá)到研磨效果。由于藍(lán)寶石硬度很高，在拋光時(shí)的去除量很小，因此在拋光前，必須將外延片背面的損傷層厚度降到合適的程度，才能在拋光時(shí)將其去凈。微裂紋的形成和延伸，以及表面損傷層的厚度，均與研磨的工藝參數(shù)密切相關(guān)。因此也可以知道，藍(lán)寶石襯底表面損傷層的情況將直接影響到研磨時(shí)的表面狀況，進(jìn)而會(huì)影響到表面粗糙度。因此，通過(guò)研究表面粗糙度隨工藝參數(shù)的變化，可以間接地分析表面損傷層的情況。

　　表面粗糙度與去除速率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

　　襯底表面粗糙度隨研磨盤轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)，由此可看出，隨著轉(zhuǎn)速的增加，表面粗糙度下降。總體上，粗糙度值在485±80nm的范圍內(nèi)變化，維持在相同的數(shù)量級(jí)上。實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，由于顆粒度大，240目碳化硼在研磨劑中的分散性很差。這樣轉(zhuǎn)速較低時(shí)，磨料在盤面上分布不均勻，容易產(chǎn)生較深的劃痕，表面粗糙度較大。提高轉(zhuǎn)速后，磨料在盤上的均勻性提高，粗糙度隨之降低。襯底去除速率隨研磨盤轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)，隨著轉(zhuǎn)速的增大，去除速率呈明顯的上升趨勢(shì)。研磨的去除速率與單位時(shí)間內(nèi)襯底與盤上的磨料作相對(duì)切削運(yùn)動(dòng)的次數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速上升后，磨料顆粒運(yùn)動(dòng)加快，研磨去除速率也就相應(yīng)地上升。去除速率的提高可縮短研磨時(shí)間，在允許的情況下，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣哐心ケP轉(zhuǎn)速。

　　表面粗糙度與去除速率與研磨壓力的關(guān)系

　　襯底表面粗糙度隨研磨壓力的變化趨勢(shì)，可以看出，隨著壓力的增加，表面粗糙度近似呈線性下降趨勢(shì)。總體上，粗糙度值在455±40nm的范圍內(nèi)變化，維持在相同的數(shù)量級(jí)上。由于240目的碳化硼顆粒度較大且有一定的分布，在壓力較小時(shí)，藍(lán)寶石襯底主要與較大的顆粒相接觸，這樣作用在這些顆粒上的壓力大，劃痕相應(yīng)地較深。而且這些較大顆粒間有一定的間距，造成粗糙度較高。當(dāng)增大壓力后，磨料層受到擠壓，較小的顆粒也能與襯底面相接觸，盡管較大顆粒切入藍(lán)寶石襯底內(nèi)的深度增大，但較小的顆粒可以對(duì)較大顆粒的劃痕起到整平作用，而且顆粒間距減小，因此從整體上來(lái)說(shuō)，粗糙度會(huì)降低。襯底去除速率隨研磨壓力的變化趨勢(shì)，隨著壓力的增大，去除速率近似呈線性上升趨勢(shì)。當(dāng)增大壓力后，較大顆粒切入藍(lán)寶石襯底內(nèi)的深度增大，切削能力上升，而且顆粒間距減小，實(shí)際參與研磨的顆粒數(shù)增多，因此去除速率會(huì)增大。如果壓力過(guò)大，磨料顆粒可能會(huì)被擠碎，研磨速率反而會(huì)下降。因此，應(yīng)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)增大研磨壓力。

　　拋光時(shí)表面粗糙度隨拋光時(shí)間的變化

　　拋光時(shí)表面粗糙度隨拋光時(shí)間的變化，拋光開(kāi)始時(shí)，減薄留下的表面損傷層中較大的起伏在拋光液和拋光墊的聯(lián)合作用下迅速去除，因而粗糙度迅速下降，隨著拋光的進(jìn)行，外延片表面的起伏逐漸和軟質(zhì)拋光墊相貼合，粗糙度下降的速度變緩，最后，表面粗糙度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，該值取決于所選擇的壓力等工藝條件，為該拋光條件下所能獲得的最低表面粗糙度。根據(jù)上面的分析，應(yīng)將拋光時(shí)間控制在剛好能使外延片背面達(dá)到最低粗糙度為止。