氮化鎵襯底及其生產(chǎn)技術(shù)-閱讀頁(yè)
2024-11-18 08:38本頁(yè)面
【正文】 外延片產(chǎn)業(yè)化方面廣泛使用的兩步生長(zhǎng)法，工藝簡(jiǎn)述如下： 由于 GaN 和常用的襯底材料的晶格失配 度大，為了獲得晶體質(zhì)量較好的 GaN 外延層，一般采用兩步生長(zhǎng)工藝。Akasaki 首先以 AIN 作為緩沖層生長(zhǎng)得到了高質(zhì)量的 GaN 晶體。隨后 Nakamura 發(fā)現(xiàn)以 GaN 為緩沖層可以得到更高質(zhì)量的 GaN 晶體。 LEO 具體生長(zhǎng)過(guò)程， GaN 在窗口區(qū)向上生長(zhǎng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)掩膜高度時(shí)就開(kāi)始了側(cè)向生長(zhǎng)，直到兩側(cè)側(cè)向生長(zhǎng) 的 GaN 匯合成平整的薄膜。 Model A：側(cè)面｛ 1120｝生長(zhǎng)速率大于 (0001)面垂直生長(zhǎng)速率； Model B：開(kāi)始 (0001)面生長(zhǎng)快，緊接著又有從新形成的｛ 1120｝面的側(cè)面生長(zhǎng)。 PE 生長(zhǎng)得到的 GaN TD 密度下降了 45 個(gè)個(gè)量級(jí)， SEM 顯示側(cè)面生長(zhǎng)的 GaN 匯合處或者是無(wú)位錯(cuò)或者是空洞，但在這些空洞上方的 GaN 仍為無(wú)位錯(cuò)區(qū)； AFM 顯示 PE 生長(zhǎng)的 GaN 表面粗糙度僅為原子級(jí)，相當(dāng)光滑；實(shí)驗(yàn)表明， PE生長(zhǎng)比相同結(jié)構(gòu)的 LEO 生長(zhǎng)快 45 倍，且 PE GaN 的應(yīng)力比 LEO GaN 中的小 510 倍。 ZnO 的禁帶寬度為 ，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 380nm 附近紫光波段發(fā)展?jié)摿ψ畲?，是高效紫光發(fā)光器件、低閾值紫光半導(dǎo)體激光器的候選材料。 ZnO 材料的生長(zhǎng)非常安全，既沒(méi)有 GaAs 那樣采用毒性很高的砷烷為原材料，也沒(méi)有 GaN 那樣采用毒性較小的氨氣為原材料，而可以采用沒(méi)有任何毒性的水為氧源，用有機(jī)金屬鋅為 鋅源。生長(zhǎng) ZnO 的原材料鋅和水資源豐富、價(jià)格便宜，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展。 ZnSe 材料的白光 LED 也是一種有潛力的白光 LED 技術(shù)。 GaNAs 和 GaNP 材料目前正處于剛開(kāi)始研究階段，但作為一種有潛力的發(fā)光材料，國(guó)家在基礎(chǔ)研究方面應(yīng)給予重視。發(fā)展趨勢(shì)是兩個(gè)方向：一是開(kāi)發(fā)可一次在反應(yīng)室中裝入更多個(gè)襯底外延生長(zhǎng)，更加適合于規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)，以降低成本；另外一個(gè)方 向是高度自動(dòng)化的可重復(fù)性的單片設(shè)備。并且和襯底分離的 GaN 薄膜有可能成為體單晶 GaN 晶片的替代品。 ――選擇性外延生長(zhǎng)或側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù) 采用這種技術(shù)可以進(jìn)一步減少位錯(cuò)密度，改善 GaN 外延層的晶體質(zhì)量。在隨后的生長(zhǎng)過(guò)程中，外延 GaN 首先在 GaN 窗口上生長(zhǎng)，然后再橫向生長(zhǎng)于 SiO 條上。首先在合適的襯底上 ( 6HSiC 或 Si)采用兩步工藝生長(zhǎng) GaN 外延層。這樣就形成了 GaN/緩沖層 /襯底的柱狀結(jié)構(gòu)和溝槽交替的形狀。采用這種方法，不需要掩膜，因此避免了 GaN 和腌膜材料之間的接觸?？晒?UV 光激發(fā)的高效熒光粉很多，其發(fā)光效率比目前使用的 YAG： Ce 體系高許多 ，這樣容易使白光 LED 上到新臺(tái)階。該方法提高發(fā)光效率，可降低成本，降低包裝及電路的控制難度；但技術(shù)難度相對(duì)較大。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。 外延生長(zhǎng)的基本原理是：在一塊加熱至適當(dāng)溫度的襯底基片（主要有藍(lán)寶石和 SiC， Si）上，氣態(tài)物質(zhì) In,Ga,Al,P 有控制的輸送到襯底表面，生長(zhǎng)出特定單晶薄膜。 外延片的生產(chǎn)制作過(guò)程是非常復(fù)雜，展完外延片，接下來(lái)就在每張外延片隨意抽取九點(diǎn)做測(cè)試，符合要求的就是良品，其它為不良品（電壓偏差很大，波長(zhǎng)偏短或偏長(zhǎng)等）。然后還要進(jìn)行目測(cè)，把有一點(diǎn)缺陷或者電極有磨損的，分撿出來(lái)，這些就是后面的散晶。不良品的外延片（主要是有一些參數(shù)不符合要求），就不用來(lái)做方片，就直接做電極（ P 極， N 極），也不做分檢了，也就是目前市場(chǎng)上的 LED 大圓片（這里面也有好東西，如方片等）。20 世紀(jì) 80 年代早期開(kāi)始使用外延片，它具有標(biāo)準(zhǔn) PW 所不具有的某些電學(xué)特性并消除了許多在晶體生長(zhǎng)和其后的晶片加工中所引入的表面 /近表面缺陷。一般外延層的厚度為 2～ 20μ m，而襯底 Si 厚度為 610μ m（ 150mm 直徑片和 725μ m（ 200mm 片）。單片反應(yīng)器可生產(chǎn)出質(zhì)量最好的外延層（厚度、電阻率均勻性好、缺陷少）；這種外延片用于 150mm“前沿”產(chǎn)品和所有重要 200 mm 產(chǎn)品的生產(chǎn)。 CMOS 產(chǎn)品是外延片的最大應(yīng)用領(lǐng)域，并被 IC 制造商用于不可恢復(fù)器件工藝，包括微處理器和邏輯芯片以及存儲(chǔ)器應(yīng)用方面的閃速存儲(chǔ)器和 DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。 “奇異”（ exotic）半導(dǎo)體類包含一些特種產(chǎn)品 ,它們要用非 Si材料，其中許多要用化合物半導(dǎo)體材料并入外延層中。 目前， 200 mm 晶片中，外延片占 1/3。到2020 年， CMOS 邏輯將占 55%， DRAM 占 30%，分立器件占 15%。
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