(1)GaN外延生长流程.ppt

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1、Epiprocessflow(recipe)introduction组员：李捷、李英儒、孔凡华、吴耀衬底材料的选择衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。衬底材料的选择主要取决于以下九个方面：[1]结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小；[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强；[3]化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀；[4]热学

2、性能好，包括导热性好和热失配度小；[5]导电性好，能制成上下结构；[6]光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小；[7]机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等；[8]价格低廉；[9]大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。用于氮化镓生长的衬底材料性能优劣比较衬底材料Al2O3SiCSiZnOGaN晶格失配度差中差良优界面特性良良良良优化学稳定性优优良差优导热性能差优优优优热失配度差中差差优导电性差优优优优光学性能优优差优优机械性能差差优良中价格中高低高高尺寸中中大中小GaN类蓝光二极管结构的发展1969

3、年Pankove等人用气相外延方法在蓝宝石上首次生长出GaN单晶薄膜，并制成第一只MIS结构的蓝光LED。MIS(metal-insulator-semiconductor)结构同质结构异质结构异质结：由两块不同带隙的单晶体半导连接而成的单质结构（SH）双异质结构（DH）单量子阱结构（SQW）多量子阱结构（MQW）半导体之间的接触量子阱材料的选择：能带的匹配晶格的匹配阱中电子—空穴复合放出光子能量的计算量子阱的优点2复合效率高3界面复合低1产生的光波长可调单量子阱与多量子阱发光量什么因素影响InGaN/GaN的

4、MQW结构发光效率和光的波长？极化效应阱宽和垒宽In组分极化效应下的能带具体原因极化效应使InGaN/GaN多量子阱结构的带边由方形势变成三角形势，使导带和价带间的带隙宽度减小导致发光峰值波长红移，并使电子和空穴的分布产生空间分离从而减小发光效率。随着InGaN/GaN多量子阱结构阱层In组分的增多或阱层宽度的增加，极化效应带来的发光峰值波长红移效果进一步增强。不同阱宽和垒宽阱宽增大，禁带宽减小，极化效应增强，导致发光波长红移；极化效应是影响发光效率下降的主要原因。垒宽增大，空穴向N-区运输难度增加，发光效率降

5、低；极化效应影响下，发光波长红移，同时发光效率进一步下降。阱宽和垒厚影响原因随着阱宽和垒厚的增加InGaN/GaN多量子阱结构的辐射峰值波长出现一定程度的红移，辐射强度也有所降低，而且极化效应产生的极化电场能够减小InGaN/GaN多量子阱结构导带和价带间的带隙宽度并使电子和空穴的分布产生空间分离进一步减小了辐射强度。不同温度不同In组分温度低，In组分较高且富In区内的In分布不均导致禁带宽度发生涨落，从而使PL谱FWHM变大。In组分减小影响In组分减小量子阱对载流子的限制作用有所减弱，使载流子在GaN层中

6、复合的可能性增加。In组分的减小，极化效应也小，输出的波长向紫光方向移动。In组分的减小，极化效应也小，辐射功增强。总结：在极化效应的影响下，InGaN/GaN多量子阱结构的光电子学特性对阱宽、垒厚和In的浓度的依赖性增强。GaN外延生长流程衬底—结构设计—高温除杂—缓冲层生长—GaN层生长—N型GaN层生长—多量子阱发光层生长—P型GaN层生长—退火—检测（PL、EL、X射线...）—外延片GaN外延生长流程㈠高温除杂通入氢气，反应室炉温度升高1050℃,高温、燃烧除去衬底上的杂质,时间10min。蓝宝石衬底

7、(430±5μm)通H2、高温10minGaN外延生长流程㈡:生长缓冲层炉温降底控制在530℃时,通入NH3和TGM在蓝宝石衬底上生长一层30nm厚的GaN缓冲层，时间3min。蓝宝石衬底(430μm)GaN缓冲层30nmNH3(5000ml/min)TGM(15μmol/min)GaN外延生长流程㈢退火切断Ga源，N源。炉温升至1100℃，时间7min，将低温长的非晶缓冲层通过高温形成多晶GaN缓冲层。蓝宝石衬底(430μm)GaN缓冲层30nm1150℃退火GaN外延生长流程㈣长GaN单晶将炉温控制至116

8、0℃,在GaN缓冲层上生长一层0.5μm厚的GaN单晶。蓝宝石衬底(430μm)GaN单晶0.5μmGaN外延生长流程㈤长N型GaN将炉温控制至1160℃,长GaN的同时掺Si(浓度5X108/cm3),时间1小时，厚度2.5μm。蓝宝石衬底(430μm)N型GaN2.5μm㈥长多量子阱MQW炉温降至750℃,先长一层InGaN(2nm),接着把温度升高到1160℃，长一层GaN(14