LED外延报告2016.5.16.ppt

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1、LED外延报告许春良2016.4.22目录1.LED工作原理、特性2.LED外延概述3.MOCVD设备简介4.外延层介绍4-1.缓冲层4-2.u2GaN4-3.nGaN4-4.Si掺杂4-5.nALGaN/GaN、SRL、FB4-6.MQW4-7.电子阻挡层4-8.p-GaN4-9.接触层5.外延片常规检测方式5-1.外延片常规检测方式之波长5-2.外延片常规检测方式之表面5-3.外延片常规检测方式之COW_Vf1偏高5-4.外延片常规检测方式之COW_LOP偏低5-5.外延片常规检测方式之COW_ESD不良1.LED工作原理、特

2、性发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）、AlGaInP（磷化铝镓铟）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。这就是P-N结发光的原理。如图1所示：2.LED外延概述由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上，LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基

3、本上取决于外延材料。发光二极管对外延材料的技术要求主要有以下四条：①禁带宽度适合;②可获得电导率高的P型和N型材料;③可获得完整性好的优质晶体;④发光复合几率大。外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术是生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸

4、汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。TMGaN2NH3SiH4有机金属源：Reactorchamber尾气收集器Scrubber外延片衬底大气气态源：TEGaTMInTMAlCp2MgH23.MOCVD设备简介4.外延层介绍pGaNn+GaNn-GaNuGaNu1GaN(3D)AlGaN（buffer）Al2O3pAlGaN/GaNInGaN/GaN(stressreleaselayer)nAlGaNnInGaNp++GaNMQWpGaN接触层缓冲层

5、nGaN外延层衬底InGaN/GaN/nGaN/GaNuGaN4-1.缓冲层GaN的异质外延中，TMGa/TEGa为Ga源，TMAl为Al源，NH3为N源。缓冲层技术的采用大大改善了体材料的晶体质量。其生长过程为准二维生长模式，即经历孤立成岛、岛长大、高温退火（重结晶）、3D生长等步骤。其生长过程和质量可由工艺参数(Ⅴ/Ⅲ比、生长温度和压力等)去控制和调节。生长缓冲层分为buffer低温缓冲层阶段，RC重结晶阶段，高速纵向生长填平阶段。Buffer即低温缓冲层，于515C左右温度下生长25nmAlGaN形成。生长缓冲层的目的是为了

6、降低GaN外延层与蓝宝石晶格失配和热失配造成的应力，降低外延层错密度。buffer长不好，容易引起bufferpits，降低外延片ESD良率。Recrystallization即重结晶（简称RC），于高温1045C左右把buffer烤成单晶（原来长成多晶）。重结晶后的单晶才具有能正常外延的纤锌矿型结构。重结晶形成GaN岛，GaN岛长到一定尺寸时就不会再有明显的横向生长，转而进行高速的纵向生长（U1GaN层）填平图形化蓝宝石凸起的包。缓冲层本身的作用就是给后续GaN的生长提供成核中心并把图形化蓝宝石凸起的包填平，供后续正常生长。4-

7、2.uGaN高温1073C下生长不掺杂GaN，获得结晶质量好，表面平坦的外延层，为下面生长nGaN作准备。这一过程，杂质量要控制尽可能的低。4-3.nGaNnGaN层分低掺和重掺两个阶段。低掺是为了给重掺过渡，缓解晶格失配。高温1048C下，重掺Si，作为电极层，提供电子。掺杂浓度在5*1018左右、厚度一般在4um左右、生长速率一般在4.3um/h左右。浓度太高、厚度太厚、生长速率过快都会使晶体质量变差，反向影响电子的提供量。而较低的生长温度导致迁移率的下降。4-4.Si掺杂掺杂浓度低，高阻的nGaN会影响电子向有源区的注入，并

8、增加焦耳热，影响器件的可靠性。Si的掺杂浓度较高:GaN材料的结晶完整性会随着Si原子的掺入而降低，同时一般LED的P型GaN盖层的生长温度较高，Si原子的二次扩散作用也会随着Si掺入量的增加而增加，如果Si穿过有源区而扩散到p型欧姆接触层，还会严