第二讲 半导体异质结的外延生长

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1、第二讲：半导体异质结的外延生长张景文2021/6/27CZ法生长硅的缺点含氧（石英坩埚）、碳（石墨舟中的碳进入熔融硅中），但外延层不含（含量极低）Epitaxy外延生长技术发展于50年代末60年代初。当时，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。外延工艺还广泛用于集成电路中的PN结隔离技术和大规模集成电路中改

2、善材料质量方面。Epitaxy的优点早期的外延硅沉积主要满足双极晶体管的高集电极电压的需要，外延层能够在低阻衬底上形成一个高电阻层，这样可以提高双极晶体管的性能增强DRAM和CMOS—IC的性能双极晶体管的重掺杂深埋层的形成外延层能够提供与衬底晶圆不同的物理特性，使设计者有更大的自由度外延生长工艺衬底起籽晶的作用外延工艺与熔体生长工艺的不同之处在于，外延层可以在远低于熔点的温度下生长，温度一般要低30%-50%CVD、MBE外延硅应用外延：在单晶衬底上生长一层新的单晶层，晶向取决于衬底ICChemicalVaporDepos

3、ition(CVD)外延层是在气态化合物之间发生化学反应而形成常压CVD（APCVD），低压CVD（LPCVD），等离子体增强淀积（PECVD）卧式、立式、圆筒式ChemicalVaporDeposition(CVD)Singlecrystal(epitaxy)PolycrystallineInGaNmultiplequantumwellLD(Nichia1996)n电极p电极蓝宝石衬底n-GaNn-AlGaNp-AlGaNLED、LD三种外延层的生长应力超晶格MBERHEED西安交通大学Xi’anJiaoTongUnive

4、rsityRHEEDIntensityOscillationduringMBEGrowth1monolayer用RHEEDOscillation決定Ga1-xAlxAs的Al成份GaAsgrowthrate=0.6ML/secGa1-xAlxAsgrowthrate=1ML/secAlcontentx==0.41-0.611.67sec1sec激光器的MOCVD生长------高质量的多量子阱有源区InGaN/GaN多量子阱的高倍TEM截面像InGaN/GaN多量子阱的XRD扫描曲线MOCVD材料外延生长sapphireMO

5、CVD外延生长系统n-GaNn-AlGaN/GaNSLsn-GaNInGaN/GaNMQWsP-GaNP-AlGaN/GaNSLsP++GaNBufferlayerGaN基激光器外延结构欧姆接触层光场限制层n波导层有源区P波导层欧姆接触层光场限制层MOCVD