氮化鎵襯底及其生產(chǎn)技術(shù)(完整版)
【正文】 光被襯底吸收??； ? [7]機(jī)械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等； ? [8]價(jià)格低廉； ? [9]大尺寸，一般要求直徑不小于 2 英吋。今后研發(fā)的重點(diǎn)是尋找合適的生長(zhǎng)方法。 Si 片作為 GaN材料的襯底有許多優(yōu)點(diǎn)，如晶體質(zhì)量高，尺寸大，成本低，易加工，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等。 國(guó)內(nèi)外 Al2O3 襯底今后的研發(fā)任務(wù)是生長(zhǎng)大直徑的 Al2O3 單晶，向 46 英吋方向發(fā)展，以及降低雜質(zhì)污染和提高表面拋光質(zhì)量。與高壓提拉法相比， HVPE 方法更有望生產(chǎn)出可實(shí)用化的氮化鎵襯底。這樣獲得的氮化鎵厚膜優(yōu)點(diǎn)非常明顯，即以它為襯底外延的氮化鎵薄膜的位錯(cuò)密度，比在 Al2O SiC 上外延的氮化鎵薄膜的位 錯(cuò)密度要明顯低；但價(jià)格昂貴。因而氮化鎵厚膜作為半導(dǎo)體照明的襯底之用受到限制。不過(guò)國(guó)際上目前還沒(méi)有商品化的設(shè)備出售。 3） SiC 襯底 除了 Al2O3 襯底外，目前用于氮化鎵生長(zhǎng)襯底就是 SiC，它在市場(chǎng)上的占有 率位居第二，目前還未有第三種襯底用于氮化鎵 LED 的商業(yè)化生產(chǎn)。然而，由于 GaN 外延層與 Si 襯底之間存在巨大的晶格失配和熱失配，以及在 GaN 的生長(zhǎng)過(guò)程中容易形成非晶氮化硅，所以在 Si 襯底上很難得到無(wú)龜裂及器件級(jí)質(zhì)量的 GaN 材料。 但是， ZnO 本身是一種有潛力的發(fā)光材料。 襯底的選擇要同時(shí)滿足以上九個(gè)方面是非常困難的。 因有抽氣裝置，反應(yīng)室中氣體流速快，對(duì)于異質(zhì)外延時(shí)，反應(yīng)氣體切換很快，可以得到陡峭的界面。 這些公司生產(chǎn) MOCVD 設(shè)備都有較長(zhǎng)的歷史，但對(duì)氮化鎵基材料而言，由于材料本身研究時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)材料生長(zhǎng)的一些物理化學(xué)過(guò)程還有待認(rèn)識(shí)，因此目前對(duì)適合氮化鎵基材料的 MOCVD 設(shè)備還在完善和發(fā)展之中。這些設(shè)備一般只能一次生產(chǎn) 1 片2 英寸外延片，但其外延片質(zhì)量很高。對(duì)于 InGaAlP 薄膜材料生長(zhǎng)，所選用的 III 族元素流量通常為 (15) 105 克分子， V 族元素的流量為（ 12） 103 克分子。 AlN 能與 GaN 較好匹配，而和藍(lán)寶石襯底匹配不好，但由于它很薄，低溫 沉積 的無(wú)定型性質(zhì)，會(huì)在高溫生長(zhǎng) GaN 外延層時(shí)成為結(jié)晶體。 3）其它新型外延材料 ZnO 本身是一種有潛力的發(fā)光材料。其技術(shù)是先在ZnSe 單晶基底上生長(zhǎng)一層 CdZnSe 薄膜， 通電后該薄膜發(fā)出的藍(lán)光與基板 ZnSe作用發(fā)出互補(bǔ)的黃光，從而形成白光光源。首先在合適的襯底上 (藍(lán)寶石或碳化硅 )沉積 一層 GaN，再在其上 沉積 一層多晶態(tài)的 SiO 掩膜層，然后利用光刻和刻蝕技術(shù)，形成 GaN 窗口和掩膜層條。 ――研發(fā)波長(zhǎng)短的 UV LED 外延材料 這項(xiàng)工作意義重大，它為發(fā)展 UV 三基色熒光粉白光 LED 奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。目前 LED 外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要采用有機(jī)金屬化學(xué) 氣相沉積 方法。 歷史上，外延片是由 Si 片制造商生產(chǎn)并自用，在 IC 中用量不大，它需要在單晶 Si 片表面上 沉積 一薄的單晶 Si 層。掩埋層半導(dǎo)體利用雙極晶體管元件 內(nèi)重?fù)诫s區(qū)進(jìn)行 物理 隔離，這也是在外延加工中 沉積 的。 2020 年，包括掩埋層在內(nèi)，用于邏輯器件的 CMOS 占所有外延片的 69%， DRAM 占 11%，分立器件占 20%。 外延 沉積 既可（同時(shí)）一次加工多片，也可加工單片。良品的外延片就 要開(kāi)始做電極（ P 極， N 極），接下來(lái)就用激光切割外延片，然后百分百分撿，根據(jù)不同的電壓，波長(zhǎng)，亮度進(jìn)行全自動(dòng)化分檢，也就是形成 LED 晶片（方片）。 ――開(kāi)發(fā)多量子阱型芯片技術(shù) 多量子阱型是在芯片發(fā)光層的生長(zhǎng)過(guò)程中，摻雜不同的雜質(zhì)以制造結(jié)構(gòu)不同的量子阱，通過(guò)不同量子阱發(fā)出的多種光子復(fù)合直接發(fā)出白光。 ――懸空外延技術(shù) (Pendeoepitaxy) 采用這種方法可以大大減少由于襯底和外延層之間晶格失配和熱失配引發(fā)的外延層中大量的晶格缺陷，從而進(jìn)一步提高 GaN 外延層的晶體質(zhì)量。 4）外延技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)： ――改進(jìn)兩步法生長(zhǎng)工藝 目前商業(yè)化生產(chǎn)采用的是兩步生長(zhǎng)工藝，但一次可裝入襯底數(shù)有限， 6片機(jī)比較成熟， 20 片左右的機(jī)臺(tái)還在成熟中，片數(shù)較多后導(dǎo)致外延片均勻性不夠。這是因?yàn)椋?ZnO 的激子束縛能高達(dá) 60meV，比其他半導(dǎo)體材料高得多（ GaN為 26meV），因而具有比其他材料更高的發(fā)光效率。 為了得到高質(zhì)量的外延層，已經(jīng)提出很多改進(jìn)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(duì) LPE(liquid phase epitaxy)的深入研究， LEO 常用 SiO2 或 SiNx
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1