氮化鎵襯底及其生產(chǎn)技術(shù)-全文預(yù)覽
【正文】 長參數(shù)的微小波動造成擴散特性的改變，從而也揭示了與生長運動學(xué)有關(guān)的參數(shù) (如平均自由程，平均壽命 )相聯(lián)系的閾值能量很低。 為了得到高質(zhì)量的外延層，已經(jīng)提出很多改進的方法，主要如下： ①常規(guī) LEO 法 LEO 是一種 SAE(selective area epitaxy)方法，可追溯到 Nishinaga于 1988 年對 LPE(liquid phase epitaxy)的深入研究， LEO 常用 SiO2 或 SiNx作為掩膜（ mask）， mask 平行或者垂直襯底的 {1120}面而放置于 buffer 或高溫生長的薄膜上， mask 的兩種取向的側(cè)向生長速率比為 ，不過一般常選用平行方向 (1100) 。首先在較低的溫度下 (500～ 600℃ )生長一層很薄的 GaN 和 AIN 作為緩沖層，再將溫度調(diào)整到較高值生長 GaN 外延層。細(xì)致調(diào)節(jié)生長腔體內(nèi)的熱場分布，將有利于獲得均勻分布的組分與厚度，進而提高了外延材料光電性能的一致性。 III 族與 V族的源物質(zhì)分別為 TMGa、 TEGa、 TMIn、 TMAl、 PH3 與 AsH3。 1） InGaAlP 四元系 InGaAlP 化合物半導(dǎo)體是制造紅色和黃色超高亮度發(fā)光二極管的最佳材料， InGaAlP 外延片制造的 LED 發(fā)光波段處在 550～ 650nm 之間，這一發(fā)光波段范圍內(nèi)，外延層的晶格常數(shù)能夠與 GaAs 襯底完善地匹配，這是穩(wěn)定批量生產(chǎn)超高亮度 LED 外延材料的重要前提。為了滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求， MOCVD 設(shè)備更大型化。目前生產(chǎn)氮化鎵中最大 MOCVD 設(shè)備一次生長 24 片（ AIXTRON 公司產(chǎn)品）。到目前為止， MOCVD 是制備氮化鎵發(fā)光二極管和激光器外延片的主流方法，從生長的氮化鎵外延片和器 件的性能以及生產(chǎn)成本等主要指標(biāo)來看，還沒有其它方法能與之相比。 在一定條件下，外延層的生長速度與金屬有機源的供應(yīng)量成正比。用氫氣或氮氣作為載氣，通入液體中攜帶出蒸汽，與 V 族的氫化物（如 NH3， PH3， AsH3）混合，再通入反應(yīng)室，在加熱的襯底表面發(fā)生反應(yīng) ，外延生長化合物晶體薄膜。用于氮化鎵研究的襯底材料比較多，但是能用于生產(chǎn)的襯底目前只有二種，即藍(lán)寶石 Al2O3 和碳化硅 SiC 襯底。不同的襯底材料，需要不同的外延生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。這是因為， ZnO 的激子束縛能高達(dá) 60 meV，比其他半導(dǎo)體材料高得多（ GaN 為 26 meV），因而具有比其他材料更高的發(fā)光效率。目前， ZnO 半導(dǎo)體材料尚不能用來制造光電子器件或高溫電子器件，主要是材料質(zhì)量達(dá)不到器件水平和 P 型摻雜問題沒有真正解決，適合 ZnO 基半導(dǎo)體材料生長的設(shè)備尚未研制成功。日本 Nagoya 技術(shù)研究所今年在上海國際半導(dǎo)體照明論壇上報道的硅襯底上藍(lán)光 LED 光輸出功率為 18 mW。 4） Si 襯底 在硅襯底上制備發(fā)光二極管是本領(lǐng)域里夢寐以求的一件事情，因為一旦技術(shù)獲得突破，外延生長成本和器件加工成本將大幅度下降。另外， SiC 襯底吸收 380 nm 以下的紫外光，不適合用來研發(fā) 380 nm 以下的紫外 LED。但是，差的導(dǎo)熱性在器件小電流工作下沒有暴露出明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。即先用 MOCVD 生長 ～ 1 微米的結(jié)晶層，再用 HVPE 生長約 300 微米的氮化鎵襯底層，最后將原襯底剝離、拋光等?？梢詳喽?，氮化鎵襯底肯定會繼續(xù)發(fā)展并形成產(chǎn)業(yè)化， HVPE 技術(shù)必然會重新受到重視。雖然在藍(lán)寶石襯底上可以生產(chǎn)出中低檔氮化鎵發(fā)光二極管產(chǎn)品，但高檔產(chǎn)品只能在氮化鎵襯底上生產(chǎn)。有研究人員通過 HVPE 方法在其他襯底 (如 Al2O SiC、 LGO)上生長氮化鎵厚膜，然后通過剝離技術(shù)實現(xiàn)襯底和氮化鎵厚膜的分離，分離后的氮化鎵厚膜可作為外延用的襯底?？墒?，制備氮化鎵體單晶材料非常困難，到目前為止尚未有行之有效的辦法。 氮化鎵襯底生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備 缺乏氮化鎵襯底是阻礙氮化物研究的主要困難之一，也是造成氮化鎵發(fā)光器件進展目前再次停頓的根本原因！雖然有人從高壓熔體中得到了單晶氮化鎵體材料，但尺寸很小，無法使用，目前主要是在藍(lán)寶石、硅、碳化硅襯底上生長。然而，恰是由于它生長速率快，可以生長氮化鎵襯底，這種技術(shù)又在“死灰復(fù)燃”并受到重視。 目前國內(nèi)外研究氮化鎵襯底是用 MOCVD 和 HVPE 兩臺設(shè) 備分開進行的。 2） Al2O3 襯底 目前用于氮化鎵生長的最普遍的襯底是 Al2O3，其優(yōu)點是化學(xué)穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價格適中、制造技術(shù)相對成熟；不足方 面雖然很多，但均一一被克服，如很大的晶格失配被過渡層生長技術(shù)所克服，導(dǎo)電性能差通過同側(cè) P、 N 電極所克服，機械性能差不易切割通過激光劃片所克服，很大的
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