氮化鎵襯底及其生產(chǎn)技術(shù)-在線瀏覽
2025-01-01 08:38本頁面
【正文】 導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴(yán)重， LED 出光效率低 目前國外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的硅襯底上藍(lán)光 LED 光功率最好水平是 420mW，是德國 Magdeburg 大學(xué)研制的。 5） ZnO 襯底 之所以 ZnO 作為 GaN 外延的候選襯底，是因?yàn)樗麄儍烧呔哂蟹浅ｓ@人的相似之處。但是， ZnO 作為 GaN 外延襯底的致命的弱點(diǎn)是在GaN 外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。今后研發(fā)的重點(diǎn)是尋找合適的生長方法。 ZnO 的禁帶寬度為 eV，屬直接帶隙，和 GaN、 SiC、金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料相比，它在 380 nm附近紫光波段發(fā)展?jié)摿ψ畲螅歉?效紫光發(fā)光器件、低閾值紫光半導(dǎo)體激光器的候選材料。 另外 ZnO 材料的生長非常安全，可以采用沒有任何毒性的水為氧源，用有機(jī)金屬鋅為鋅源。 LED 外延片 襯底材料 襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。襯底材料的選擇主要取決于以下九個方面： ? [1]結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與襯底的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)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強(qiáng)； ? [3]化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕； ? [4]熱學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度??； ? [5]導(dǎo)電性 好，能制成上下結(jié)構(gòu)； ? [6]光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收??； ? [7]機(jī)械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等； ? [8]價格低廉； ? [9]大尺寸，一般要求直徑不小于 2 英吋。所以，目前只能通過外延生長技術(shù)的變更和器件加工工藝的調(diào)整來適應(yīng)不同襯底上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的研發(fā)和生產(chǎn)。表 24 對五種用于氮化鎵生長的襯底材料性能的優(yōu)劣進(jìn)行了定性比較。 II、 III 族金屬有機(jī)化合物通常為甲基或乙基化合物，如： Ga(CH3)3， In(CH3)3， Al(CH3)3， Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3 等，它們大多數(shù)是高蒸汽壓的液體或固體。 MOCVD 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 用來生長化合物晶體的各組份和摻雜劑都可以以氣態(tài)方式通入反應(yīng)室中，可以通過控制各種氣體的流量來控制外延層的組分，導(dǎo)電類型，載流子濃度，厚度等特性。 外延發(fā)生在加熱的襯底的表面上，通過監(jiān)控襯底的溫度可以控制反應(yīng)過程。 MOCVD 及相關(guān)設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀： MOCVD 技術(shù) 自二十世紀(jì)六十年代首先提出以來，經(jīng)過七十至八十年代的發(fā)展，九十年代已經(jīng)成為砷化鎵、磷化銦等光電子材料外延片制備的核心生長技術(shù)。日本科學(xué)家 Nakamura 將 MOCVD 應(yīng)用氮化鎵材料制備，利用他自己研制的 MOCVD 設(shè)備(一種非常特殊的反應(yīng)室結(jié)構(gòu) )，于 1994 年首先生產(chǎn)出高亮度藍(lán)光和綠光發(fā)光二極管， 1998 年實(shí)現(xiàn)了室溫下連續(xù)激射 10,000 小時，取得了劃時代的進(jìn)展。 國際上 MOCVD 設(shè)備制造商主要有三家：德國的 AIXTRON 公司、美國的EMCORE 公司（ Veeco）、英國的 Thomas Swan 公司（目前 Thomas Swan 公司被AIXTRON 公司收購），這三家公司產(chǎn)品的主要區(qū)別在于反應(yīng)室。國際上這些 設(shè)備商也只是 1994 年以后才開始生產(chǎn)適合氮化鎵的 MOCVD 設(shè)備。國際上對氮化鎵研究得最成功的單位是日本日亞公司和豐田合成，恰恰這些公司不出售氮化鎵生產(chǎn)的 MOCVD 設(shè)備。 MOCVD 設(shè)備的發(fā)展趨勢： 研制大型化的 MOCVD 設(shè)備。目前一次生產(chǎn) 24 片 2 英寸外延片的設(shè)備已經(jīng)有商品出售，以后將會生產(chǎn)更 大規(guī)模的設(shè)備，不過這些設(shè)備一般只能生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品； 研制有自己特色的專用 MOCVD 設(shè)備。目前高檔產(chǎn)品主要由這些設(shè)備生產(chǎn)，不過這些設(shè)備一般不出售。 AlGaInP 超高亮度 LED 采用了MOCVD 的外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，波長 625nm 附近其外延片的內(nèi)量子效率可達(dá)到 100%，已接近極限。 InGaAlP 外延生長的基本原理是，在 一塊加熱至適當(dāng)溫度的 GaAs 襯底基片上，氣態(tài)物質(zhì) In,Ga,Al,P 有控制的輸送到 GaAs 襯底表面，生長出具有特定組分，特定厚度，特定電學(xué)和光學(xué)參數(shù)的半導(dǎo)體薄膜外延材料。通過摻 Si 或摻 Te以及摻 Mg 或摻 Zn 生長 N 型與 P 型薄膜材料。為獲得合適的長晶速度及優(yōu)良的晶體結(jié)構(gòu)，襯底旋轉(zhuǎn)速度和長晶溫度 的優(yōu)化與匹配至關(guān)重要。 2） lGaInN 氮化物半導(dǎo)體是制備白光 LED 的基石， GaN 基 LED 外延片和芯片技術(shù)，是白光 LED 的核心技術(shù)，被稱之為半導(dǎo)體照明的發(fā)動機(jī)。 GaN 外延片的主要生長方法： GaN
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