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硅襯底高光效GaN是什么，同質生長GaN貴在什么地方

來源：整理 時間：2023-06-15 00:06:02 編輯：金融知識 手機版

1，同質生長GaN貴在什么地方

你得買襯底啊，GaN襯底或者模板貴啊。襯底和模板貴是因為這些東西得MOCVD或HVPE或其他方法生長加工，而不像硅和藍寶石可以直接拉出單晶來一切就完了
支持一下感覺挺不錯的

同質生長GaN貴在什么地方

2，晶能光電有限公司的技術特色

晶能光電專注于生產可廣泛應用在商業(yè)，顯示屏，LCD背光和通用照明領域的LED芯片產品。我們的產品主要以以下兩大技術為依托： TS系列產品采用的是透明襯底外延生長和橫向芯片設計技術，當前世界上此產品系列之一的1023芯片可獲得120lm/W的輸出。晶能光電TS系列產品擁有卓越的設計結構，保證了產品的低漏電和高ESD良率。 TF系列產品擁有Si襯底的外延生長技術和垂直薄膜芯片設計技術。這種垂直結構設計的產品表現出更好的散熱效應并能承受極高的電流密度，是適用于通用照明領域所需的高功率芯片的一種理想選擇?；诠枰r底的GaN外延技術，渴望在未來引入硅在IC工業(yè)中的自動化生產體系和成本管控體系來大幅度削減LED芯片的生產成本。比如增加硅襯底的尺寸到6英寸、8英寸或更大的尺寸進行外延生長，則有望較快的降低大部分外延生產成本。晶能光電是擁有硅襯底GaN外延生長和芯片加工技術的世界級領跑者，是全球第一家量產高功率、高性能的硅基LED芯片公司。作為新起之秀的LED研究, 開發(fā)和生產公司，晶能光電已經擁有200多個國際國內專利，覆蓋了LED外延生長和芯片加工的全部領域，所生產的產品具有完全的自主知識產權和專利保護。

晶能光電有限公司的技術特色

3，Si上mocvd生長GaN外延層

位錯濃度越小。在Si和GaN之間有一個變Al組分的AlGaN過渡層，相關文獻研究已經表明增大GaN的厚度能夠有效提高Si上GaN器件的縱向擊穿電壓。隨著GaN厚度的增加，位錯濃度變小Si襯底受到的應力會變大，直到Si襯底裂掉。
問題是led外延片生長是吧，那就僅僅是gan基的led的生長。用到的設備主要是mocvd設備。當然還有一些輔助設備，比如尾氣處理系統(tǒng)、超凈間及排風系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氣站和供氣系統(tǒng)等。使用的原料和耗材我原來回答過，如下：1、生產原材料累 藍寶石襯底（圖形襯底或平面襯底）、有機源（鎵源、鎂源、鋁源等）、氨氣、高純氮、高純氫2、設備易損件 石墨盤（100多爐換，看工藝了）、加熱系統(tǒng)備件（沒問題的話能用年把）、尾氣過濾器（常換） veeco有些型號的設備帶有小型氣體純化器，此類不能再生，也應該算耗材之一吧。3、配套耗材 手套、無塵布、無水乙醇、尾氣中和用的酸等工藝流程是 1 將藍寶石襯底放入mocvd 2 高溫到1050度左右退火或叫高溫刻蝕 3 低溫到500度左右長低溫層 4 高溫到1050度左右生長非摻gan和n型gan 5 生長量子阱 6 生長p型gan 7 取出來就完成外延工藝了 下面就該轉到芯片工藝去了。

Si上mocvd生長GaN外延層

4，襯底的材料選用

對于制作LED芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。應該采用哪種合適的襯底，需要根據設備和LED器件的要求進行選擇。目前市面上一般有三種材料可作為襯底：·藍寶石（Al2O3）·硅(Si)·碳化硅（SiC）藍寶石襯底通常，GaN基材料和器件的外延層主要生長在藍寶石襯底上。藍寶石襯底有許多的優(yōu)點：首先，藍寶石襯底的生產技術成熟、器件質量較好；其次，藍寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗。因此，大多數工藝一般都以藍寶石作為襯底。圖1示例了使用藍寶石襯底做成的LED芯片。圖1藍寶石作為襯底的LED芯片使用藍寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應力失配，這會在外延層中產生大量缺陷，同時給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011Ω·cm，在這種情況下無法制作垂直結構的器件；通常只在外延層上表面制作n型和p型電極（如圖1所示）。在上表面制作兩個電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當前普遍采用在p型GaN上制備金屬透明電極的方法，使電流擴散，以達到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30%~40%的光，同時GaN基材料的化學性能穩(wěn)定、機械強度較高，不容易對其進行刻蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設備，這將會增加生產成本。藍寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制作過程中卻需要對它進行減薄和切割（從400nm減到100nm左右）。添置完成減薄和切割工藝的設備又要增加一筆較大的投資。藍寶石的導熱性能不是很好（在100℃約為25W/（m·K））。因此在使用LED器件時，會傳導出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導熱性能是一個非常重要的考慮因素。為了克服以上困難，很多人試圖將GaN光電器件直接生長在硅襯底上，從而改善導熱和導電性能。硅襯底目前有部分LED芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是L接觸（Laterial-contact,水平接觸）和V接觸（Vertical-contact，垂直接觸），以下簡稱為L型電極和V型電極。通過這兩種接觸方式，LED芯片內部的電流可以是橫向流動的，也可以是縱向流動的。由于電流可以縱向流動，因此增大了LED的發(fā)光面積，從而提高了LED的出光效率。因為硅是熱的良導體，所以器件的導熱性能可以明顯改善，從而延長了器件的壽命。碳化硅襯底碳化硅襯底（美國的CREE公司專門采用SiC材料作為襯底）的LED芯片電極是L型電極，電流是縱向流動的。采用這種襯底制作的器件的導電和導熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。采用碳化硅襯底的LED芯片如圖2所示。圖2采用藍寶石襯底與碳化硅襯底的LED芯片碳化硅襯底的導熱性能（碳化硅的導熱系數為490W/(m·K)）要比藍寶石襯底高出10倍以上。藍寶石本身是熱的不良導體，并且在制作器件時底部需要使用銀膠固晶，這種銀膠的傳熱性能也很差。使用碳化硅襯底的芯片電極為L型，兩個電極分布在器件的表面和底部，所產生的熱量可以通過電極直接導出；同時這種襯底不需要電流擴散層，因此光不會被電流擴散層的材料吸收，這樣又提高了出光效率。但是相對于藍寶石襯底而言，碳化硅制造成本較高，實現其商業(yè)化還需要降低相應的成本。三種襯底的性能比較前面的內容介紹的就是制作LED芯片常用的三種襯底材料。這三種襯底材料的綜合性能比較可參見表1。表1三種襯底材料的性能比較除了以上三種常用的襯底材料之外，還有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作為襯底，通常根據設計的需要選擇使用。

5，氮化鎵的材料應用

GaN材料系列是一種理想的短波長發(fā)光器件材料，GaN及其合金的帶隙覆蓋了從紅色到紫外的光譜范圍。自從1991年日本研制出同質結GaN藍色 LED之后，InGaN/AlGaN雙異質結超亮度藍色LED、InGaN單量子阱GaNLED相繼問世。目前，Zcd和6cd單量子阱GaN藍色和綠色 LED已進入大批量生產階段，從而填補了市場上藍色LED多年的空白。以發(fā)光效率為標志的LED發(fā)展歷程見圖3。藍色發(fā)光器件在高密度光盤的信息存取、全光顯示、激光打印機等領域有著巨大的應用市場。隨著對Ⅲ族氮化物材料和器件研究與開發(fā)工作的不斷深入，GaInN超高度藍光、綠光LED技術已經實現商品化，現在世界各大公司和研究機構都紛紛投入巨資加入到開發(fā)藍光LED的競爭行列。1993年，Nichia公司首先研制成發(fā)光亮度超過lcd的高亮度GaInN/AlGaN異質結藍光LED，使用摻Zn的GaInN作為有源層，外量子效率達到2.7%,峰值波長450nm,并實現產品的商品化。1995年，該公司又推出了光輸出功率為2.0mW，亮度為6cd商品化GaN綠光 LED產品，其峰值波長為525nm，半峰寬為40nm。最近，該公司利用其藍光LED和磷光技術，又推出了白光固體發(fā)光器件產品，其色溫為6500K，效率達7.5流明/W。除Nichia公司以外，HP、Cree等公司相繼推出了各自的高亮度藍光LED產品。高亮度LED的市場預計將從1998年的 3.86億美元躍升為2003年的10億美元。高亮度LED的應用主要包括汽車照明，交通信號和室外路標，平板金色顯示，高密度DVD存儲，藍綠光對潛通信等。在成功開發(fā)Ⅲ族氮化物藍光LED之后，研究的重點開始轉向Ⅲ族氮化物藍光LED器件的開發(fā)。藍光LED在光控測和信息的高密度光存儲等領域具有廣闊的應用前景。目前Nichia公司在GaN藍光LED領域居世界領先地位，其GaN藍光LED室溫下2mW連續(xù)工作的壽命突破10000小時。HP公司以藍寶石為襯底，研制成功光脊波導折射率導引GaInN/AlGaN多量子阱藍光LED。Cree公司和Fujitsu公司采用SiC作為襯底材料，開發(fā)Ⅲ 族氮化物藍光LED，CreeResearch公司首家報道了SiC上制作的CWRT藍光激光器，該激光器彩霞的是橫向器件結構。富士通繼Nichia，CreeResearch和索尼等公司之后，宣布研制成了InGaN藍光激光器，該激光器可在室溫下CW應用，其結構是在SiC襯底上生長的，并且采用了垂直傳導結構（P型和n型接觸分別制作在晶片的頂面和背面），這是首次報道的垂直器件結構的CW藍光激光器。在探測器方面，已研制出GaN紫外探測器，波長為369nm，其響應速度與Si探測器不相上下。但這方面的研究還處于起步階段。GaN探測器將在火焰探測、導彈預警等方面有重要應用。 對于GaN材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決，異質外延缺陷密度相當高，但是器件水平已可實用化。1994年日亞化學所制成1200mcd的 LED，1995年又制成Zcd藍光（450nmLED），綠光12cd(520nmLED);日本1998年制定一個采用寬禁帶氮化物材料開發(fā)LED的 7年規(guī)劃，其目標是到2005年研制密封在熒光管內、并能發(fā)出白色光的高能量紫外光LED，這種白色LED的功耗僅為白熾燈的1/8，是熒光燈的1/2, 其壽命是傳統(tǒng)熒光燈的50倍～100倍。這證明GaN材料的研制工作已取相當成功，并進入了實用化階段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 雙質結LED，InGaN單量子阱LED，InGaN多量子阱LED等相繼開發(fā)成功。InGaNSQWLED6cd高亮度純綠茶色、2cd高亮度藍色 LED已制作出來，今后，與AlGaP、AlGaAs系紅色LED組合形成亮亮度全色顯示就可實現。這樣三原色混成的白色光光源也打開新的應用領域,以高可靠、長壽命LED為特征的時代就會到來。日光燈和電燈泡都將會被LED所替代。LED將成為主導產品，GaN晶體管也將隨材料生長和器件工藝的發(fā)展而迅猛發(fā)展，成為新一代高溫度頻大功率器件。
gan材料的生長是在高溫下，通過tmga分解出的ga與nh3的化學反應實現的，其可逆的反應方程式為：ga+nh3=gan+3/2h2生長gan需要一定的生長溫度，且需要一定的nh3分壓。人們通常采用的方法有常規(guī)mocvd(包括apmocvd、lpmocvd)、等離子體增強mocvd（pe—mocvd）和電子回旋共振輔助mbe等。所需的溫度和nh3分壓依次減少。本工作采用的設備是ap—mocvd，反應器為臥式，并經過特殊設計改裝。用國產的高純tmga及nh3作為源程序材料，用dezn作為p型摻雜源，用（0001）藍寶石與（111）硅作為襯底采用高頻感應加熱，以低阻硅作為發(fā)熱體，用高純h2作為mo源的攜帶氣體。用高純n2作為生長區(qū)的調節(jié)。用hall測量、雙晶衍射以及室溫pl光譜作為gan的質量表征。要想生長出完美的gan，存在兩個關鍵性問題，一是如何能避免nh3和tmga的強烈寄生反應，使兩反應物比較完全地沉積于藍寶石和si襯底上，二是怎樣生長完美的單晶。為了實現第一個目的，設計了多種氣流模型和多種形式的反應器，最后終于摸索出獨特的反應器結構，通過調節(jié)器tmga管道與襯底的距離，在襯底上生長出了gan。同時為了確保gan的質量及重復性，采用硅基座作為加熱體，防止了高溫下nh3和石墨在高溫下的劇烈反應。對于第二個問題，采用常規(guī)兩步生長法，經過高溫處理的藍寶石材料，在550℃，首先生長250a0左右的gan緩沖層，而后在1050℃生長完美的gan單晶材料。對于 si襯底上生長gan單晶，首先在1150℃生長aln緩沖層，而后生長gan結晶。生長該材料的典型條件如下：nh3：3l/mintmga：20μmol/minv/ⅲ=6500n2：3～4l/minh2：2<1l/min人們普遍采用mg作為摻雜劑生長p型gan，然而將材料生長完畢后要在800℃左右和在n2的氣氛下進行高溫退火，才能實現p型摻雜。本實驗采用 zn作摻雜劑，dez2n/tmga=0.15，生長溫度為950℃，將高溫生長的gan單晶隨爐降溫，zn具有p型摻雜的能力，因此在本征濃度較低時，可望實現p型摻雜。但是，mocvd使用的ga源是tmga，也有副反應物產生，對gan膜生長有害，而且，高溫下生長，雖然對膜生長有好處，但也容易造成擴散和多相膜的相分離。中村等人改進了mocvd裝置，他們首先使用了two—flowmocvd（雙束流mocvd）技術，并應用此法作了大量的研究工作，取得成功。雙束流mocvd生長示意圖如圖1所示。反應器中由一個h2+nh3+tmga組成的主氣流，它以高速通過石英噴平行于襯底通入，另一路由h2+n2 形成輔氣流垂直噴向襯底表面，目的是改變主氣流的方向，使反應劑與襯底表面很好接觸。用這種方法直接在α—al2o3基板（c面）生長的gan膜，電子載流子濃度為1×1018/cm3，遷移率為200cm2/v·s，這是直接生長gan膜的最好值。
文章TAG：硅襯底高光光效是什么硅襯底高光效GaN是什么

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