由于LED用蓝宝石衬底材料的加工质量直接影响器件的透光率、优品率、可靠性、综合成本和产品竞争力,目前,对其加工效率和精度的要求越来越高,但因硬度高、脆性大、耐腐蚀等特性使其表面化学机械抛光（CMP）的理论与技术研究成为国际公认的难题。同时,由于蓝宝石c面是极性面,极性面上生长的GaN薄膜会产生很大的内建电场,而在其它晶面薄膜的发光效率会有明显改善。本文为提高LED用不同晶面蓝宝石衬底的加工效率和精度,分别从抛光工艺参数优化、抛光液组分选择及优化、反应物生成机理分析等方面进行了深入研究。为得到更优的抛光液利用率及更好的抛光效果,本文利用自主研制的抛光液系统地研究了抛光转速、抛光液流量和抛光压力等对蓝宝石衬底化学机械抛光的影响。结果表明:去除速率随抛光转速、抛光液流量和抛光压力的升高都是先增加后减小。通过实验优化,当抛光头转速为40 r/min、抛光盘转速为45 r/min、抛光液流量为160mL/min及c面抛光压力为4 psi、r面抛光压力为7 psi时可以获得更好的抛光效果。此规律及其机理分析对于商业蓝宝石超精密加工具有重要借鉴意义。应用螯合理论、DLVO等理论在分析抛光液各组分作用和选择的基础上,针对LED用不同晶面蓝宝石抛光液进行了系统研究。优化后的c面蓝宝石抛光液组分为:使用FA/O II型螯合剂与KOH溶液混合比为1:15的溶液调节pH值到10.5,KNO₃浓度为0.1 wt%,阴离子表面活性剂浓度为0.3 vol%;r面蓝宝石抛光液组分为:FA/O I型螯合剂的浓度为0.6 vol%,表面活性剂浓度为0.2 vol%,晶片在FA/O I型螯合剂下浸泡一周进行预处理。抛光效果为:c面去除速率达到了3.6 um/h,表面粗糙度降到了0.184 nm;r面去除速率达到了2.48 um/h,表面粗糙度降到了0.148 nm,实现了r面蓝宝石去除速率的有效提高,且表面粗糙度均能维持在较低水平,达到工业应用要求标准。运用AFM、XRD和XPS等检测手段验证和分析水铝石及硅酸铝等的生成及反应机理,证明了所述规律的合理性,同时分析了不同晶面蓝宝石去除速率相差较大的原因。为进一步对其它晶面蓝宝石CMP的研究奠定了基础。