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1、LED外延基础知识制造一部彭昀鹏目录半导体基础知识外延结构与生长原理常见异常分析半导体基础知识半导体的定义晶体能带的形成N型、P型半导体PN结发光原理半导体基础知识物体电阻率导体半导体绝缘体Ω·CM<10e-410e-3~10e9>10e9什么是半导体？物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。表给出以电阻率来区分导体，绝缘体和半导体的大致范围。半导体基础知识-晶体单晶晶体多晶固体：非晶体固体可分为晶体和非晶体两大类。原子无规则排列所组成的物质为非晶体。而晶体则是由原子规则排列所组

2、成的物质。在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。闪锌矿结构半导体基础知识-能带能级、能带————禁带、导带、价带能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子能量状态可用能带描述）导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。价带：由价电子能

3、级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带）禁带：在导带与夹带之间，电子无法存在的能带，称为禁带。半导体基础知识-P型、N型载流子：电子、空穴掺杂：施主掺杂-N型半导体受主掺杂-P型半导体对GaN晶体而言，当生长时，加入SiH4，Si原子会取代Ga原子的位置，由于Ga是三价的，Si是四价的，因此多出一个电子，属于n型掺杂。反之，加入Cp2Mg，Mg原子会取代Ga原子的位置，由于Mg是二价，因此少了一个电子（多一个电洞），属于p型掺杂。半导体基础知识-PN结、发光形成PN结——电子、空穴注入——复

4、合发光外延结构与生长原理外延原材料气相外延原理外延结构各层生长原理和条件Buffer-U1-U2-nGaN-MQW-pGaN-AlGaN外延结构与生长原理-原料衬底---蓝宝石衬底（AL203）MO源---TMGa(三甲基镓)；TEGa(三乙基镓)；TMAL(三甲基铝)；TMIN(三甲基铟)；CP2Mg(二茂镁)气体---NH3；N2；H2；SiH4价格晶格常数nm晶格失配度热胀系数10-6K-1应用厂商GaN$1600.319(钨锌)5.596H-SiC$2200.3083.5%4.20美国Osram蓝宝石（Al2O3）$

5、200.47613.8%7.50日本、台湾、大陆Si(111)$20.54317%3.59南昌晶能光电ZnO2%LiAlO21.4%外延结构与生长原理-气相外延HHHNCH3GaCH3CH3GaCH4=CH3•+H•H•+H•=H2CH3•radicalGa(CH3)3+NH3GaN+3CH4HHHNGaCH3CH3CH3H2H2H2H2外延结构与生长原理-整体结构衬底Buffer大约30nmu-GaNMQW（barrier+well)GaN/InGaN约为300nmP-GaN约为300nmAlGaN约为200nmn-GaN

6、约4000nm外延结构与生长原理-Buffer由于衬底（AL203）与GaN材料的晶格失配较大，故在生长GaN之前需要生长一层薄薄的缓冲层，我们将其称为Buffer层。高压（500T）、低温条件下通入TMG，在衬底表面快速沉积一层缓冲层。由于晶格失配，此时GaN结晶质量较差。反射率曲线上升。外延结构与生长原理-Roughing即U1层，形成结晶质量较高的晶核，并以之为中心形成岛装生长。首先在停止通入TMG的情况下升至高温（1000℃以上），在高温高压条件下，Buffer中结晶质量不好的部分被烤掉，留下结晶质量较高的晶核。此时

7、反射率将下降至衬底本身的反射率水平。保持高温高压，通入TMG，使晶核以较高的结晶质量按岛装生长。此时反射率将降至0附近。以上为3D生长过程。外延结构与生长原理-Recovery即U2层，此时使外延从3D生长向2D生长转变。略微提高温度，降低气压（200T），使晶岛相接处的地方开始连接，生长，直至外延表面整体趋于平整。随着外延表面趋于平整，反射率将开始上升。此时由于外延片表面与衬底层的反射光将发生干涉作用，反射率将开始呈现正弦曲线震荡。外延结构与生长原理-nGaN在u-GaN之上生长n-GaN做为电子注入层。保持2D生长GaN

8、的条件，通入SiH4，Si原子会取代Ga原子的位置，由于Ga是三价的，Si是四价的，因此多出一个电子，属于n型掺杂。反射率曲线将保持正弦曲线震荡。由震荡的频率可以计算出此时的生长速率。外延结构与生长原理-MQW超晶格结构发光层，主要由阱与磊反复叠加构成。当In原子取代Ga原子时，GaN的禁