硅衬底高光效GaN是什么，同质生长GaN贵在什么地方

1，同质生长GaN贵在什么地方

你得买衬底啊，GaN衬底或者模板贵啊。衬底和模板贵是因为这些东西得MOCVD或HVPE或其他方法生长加工，而不像硅和蓝宝石可以直接拉出单晶来一切就完了

支持一下感觉挺不错的

同质生长GaN贵在什么地方

2，晶能光电有限公司的技术特色

晶能光电专注于生产可广泛应用在商业，显示屏，LCD背光和通用照明领域的LED芯片产品。我们的产品主要以以下两大技术为依托： TS系列产品采用的是透明衬底外延生长和横向芯片设计技术，当前世界上此产品系列之一的1023芯片可获得120lm/W的输出。晶能光电TS系列产品拥有卓越的设计结构，保证了产品的低漏电和高ESD良率。 TF系列产品拥有Si衬底的外延生长技术和垂直薄膜芯片设计技术。这种垂直结构设计的产品表现出更好的散热效应并能承受极高的电流密度，是适用于通用照明领域所需的高功率芯片的一种理想选择。基于硅衬底的GaN外延技术，渴望在未来引入硅在IC工业中的自动化生产体系和成本管控体系来大幅度削减LED芯片的生产成本。比如增加硅衬底的尺寸到6英寸、8英寸或更大的尺寸进行外延生长，则有望较快的降低大部分外延生产成本。晶能光电是拥有硅衬底GaN外延生长和芯片加工技术的世界级领跑者，是全球第一家量产高功率、高性能的硅基LED芯片公司。作为新起之秀的LED研究, 开发和生产公司，晶能光电已经拥有200多个国际国内专利，覆盖了LED外延生长和芯片加工的全部领域，所生产的产品具有完全的自主知识产权和专利保护。

晶能光电有限公司的技术特色

3，Si上mocvd生长GaN外延层

位错浓度越小。在Si和GaN之间有一个变Al组分的AlGaN过渡层，相关文献研究已经表明增大GaN的厚度能够有效提高Si上GaN器件的纵向击穿电压。随着GaN厚度的增加，位错浓度变小Si衬底受到的应力会变大，直到Si衬底裂掉。

问题是led外延片生长是吧，那就仅仅是gan基的led的生长。用到的设备主要是mocvd设备。当然还有一些辅助设备，比如尾气处理系统、超净间及排风系统、水冷系统、气站和供气系统等。使用的原料和耗材我原来回答过，如下：1、生产原材料累蓝宝石衬底（图形衬底或平面衬底）、有机源（镓源、镁源、铝源等）、氨气、高纯氮、高纯氢2、设备易损件石墨盘（100多炉换，看工艺了）、加热系统备件（没问题的话能用年把）、尾气过滤器（常换） veeco有些型号的设备带有小型气体纯化器，此类不能再生，也应该算耗材之一吧。3、配套耗材手套、无尘布、无水乙醇、尾气中和用的酸等工艺流程是 1 将蓝宝石衬底放入mocvd 2 高温到1050度左右退火或叫高温刻蚀 3 低温到500度左右长低温层 4 高温到1050度左右生长非掺gan和n型gan 5 生长量子阱 6 生长p型gan 7 取出来就完成外延工艺了下面就该转到芯片工艺去了。

Si上mocvd生长GaN外延层

4，衬底的材料选用

对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底：·蓝宝石（Al2O3）·硅(Si)·碳化硅（SiC）蓝宝石衬底通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。图1蓝宝石作为衬底的LED芯片使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。硅衬底目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。碳化硅衬底碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。采用碳化硅衬底的LED芯片如图2所示。图2采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系数为490W/(m·K)）要比蓝宝石衬底高出10倍以上。蓝宝石本身是热的不良导体，并且在制作器件时底部需要使用银胶固晶，这种银胶的传热性能也很差。使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率。但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。三种衬底的性能比较前面的内容介绍的就是制作LED芯片常用的三种衬底材料。这三种衬底材料的综合性能比较可参见表1。表1三种衬底材料的性能比较除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作为衬底，通常根据设计的需要选择使用。

5，氮化镓的材料应用

GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN蓝色 LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaNLED相继问世。目前，Zcd和6cd单量子阱GaN蓝色和绿色 LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED多年的空白。以发光效率为标志的LED发展历程见图3。蓝色发光器件在高密度光盘的信息存取、全光显示、激光打印机等领域有着巨大的应用市场。随着对Ⅲ族氮化物材料和器件研究与开发工作的不断深入，GaInN超高度蓝光、绿光LED技术已经实现商品化，现在世界各大公司和研究机构都纷纷投入巨资加入到开发蓝光LED的竞争行列。1993年，Nichia公司首先研制成发光亮度超过lcd的高亮度GaInN/AlGaN异质结蓝光LED，使用掺Zn的GaInN作为有源层，外量子效率达到2.7%,峰值波长450nm,并实现产品的商品化。1995年，该公司又推出了光输出功率为2.0mW，亮度为6cd商品化GaN绿光 LED产品，其峰值波长为525nm，半峰宽为40nm。最近，该公司利用其蓝光LED和磷光技术，又推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K，效率达7.5流明/W。除Nichia公司以外，HP、Cree等公司相继推出了各自的高亮度蓝光LED产品。高亮度LED的市场预计将从1998年的 3.86亿美元跃升为2003年的10亿美元。高亮度LED的应用主要包括汽车照明，交通信号和室外路标，平板金色显示，高密度DVD存储，蓝绿光对潜通信等。在成功开发Ⅲ族氮化物蓝光LED之后，研究的重点开始转向Ⅲ族氮化物蓝光LED器件的开发。蓝光LED在光控测和信息的高密度光存储等领域具有广阔的应用前景。目前Nichia公司在GaN蓝光LED领域居世界领先地位，其GaN蓝光LED室温下2mW连续工作的寿命突破10000小时。HP公司以蓝宝石为衬底，研制成功光脊波导折射率导引GaInN/AlGaN多量子阱蓝光LED。Cree公司和Fujitsu公司采用SiC作为衬底材料，开发Ⅲ 族氮化物蓝光LED，CreeResearch公司首家报道了SiC上制作的CWRT蓝光激光器，该激光器彩霞的是横向器件结构。富士通继Nichia，CreeResearch和索尼等公司之后，宣布研制成了InGaN蓝光激光器，该激光器可在室温下CW应用，其结构是在SiC衬底上生长的，并且采用了垂直传导结构（P型和n型接触分别制作在晶片的顶面和背面），这是首次报道的垂直器件结构的CW蓝光激光器。在探测器方面，已研制出GaN紫外探测器，波长为369nm，其响应速度与Si探测器不相上下。但这方面的研究还处于起步阶段。GaN探测器将在火焰探测、导弹预警等方面有重要应用。对于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外延缺陷密度相当高，但是器件水平已可实用化。1994年日亚化学所制成1200mcd的 LED，1995年又制成Zcd蓝光（450nmLED），绿光12cd(520nmLED);日本1998年制定一个采用宽禁带氮化物材料开发LED的 7年规划，其目标是到2005年研制密封在荧光管内、并能发出白色光的高能量紫外光LED，这种白色LED的功耗仅为白炽灯的1/8，是荧光灯的1/2, 其寿命是传统荧光灯的50倍～100倍。这证明GaN材料的研制工作已取相当成功，并进入了实用化阶段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 双质结LED，InGaN单量子阱LED，InGaN多量子阱LED等相继开发成功。InGaNSQWLED6cd高亮度纯绿茶色、2cd高亮度蓝色 LED已制作出来，今后，与AlGaP、AlGaAs系红色LED组合形成亮亮度全色显示就可实现。这样三原色混成的白色光光源也打开新的应用领域,以高可靠、长寿命LED为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所替代。LED将成为主导产品，GaN晶体管也将随材料生长和器件工艺的发展而迅猛发展，成为新一代高温度频大功率器件。

gan材料的生长是在高温下，通过tmga分解出的ga与nh3的化学反应实现的，其可逆的反应方程式为：ga+nh3=gan+3/2h2生长gan需要一定的生长温度，且需要一定的nh3分压。人们通常采用的方法有常规mocvd(包括apmocvd、lpmocvd)、等离子体增强mocvd（pe—mocvd）和电子回旋共振辅助mbe等。所需的温度和nh3分压依次减少。本工作采用的设备是ap—mocvd，反应器为卧式，并经过特殊设计改装。用国产的高纯tmga及nh3作为源程序材料，用dezn作为p型掺杂源，用（0001）蓝宝石与（111）硅作为衬底采用高频感应加热，以低阻硅作为发热体，用高纯h2作为mo源的携带气体。用高纯n2作为生长区的调节。用hall测量、双晶衍射以及室温pl光谱作为gan的质量表征。要想生长出完美的gan，存在两个关键性问题，一是如何能避免nh3和tmga的强烈寄生反应，使两反应物比较完全地沉积于蓝宝石和si衬底上，二是怎样生长完美的单晶。为了实现第一个目的，设计了多种气流模型和多种形式的反应器，最后终于摸索出独特的反应器结构，通过调节器tmga管道与衬底的距离，在衬底上生长出了gan。同时为了确保gan的质量及重复性，采用硅基座作为加热体，防止了高温下nh3和石墨在高温下的剧烈反应。对于第二个问题，采用常规两步生长法，经过高温处理的蓝宝石材料，在550℃，首先生长250a0左右的gan缓冲层，而后在1050℃生长完美的gan单晶材料。对于 si衬底上生长gan单晶，首先在1150℃生长aln缓冲层，而后生长gan结晶。生长该材料的典型条件如下：nh3：3l/mintmga：20μmol/minv/ⅲ=6500n2：3～4l/minh2：2<1l/min人们普遍采用mg作为掺杂剂生长p型gan，然而将材料生长完毕后要在800℃左右和在n2的气氛下进行高温退火，才能实现p型掺杂。本实验采用 zn作掺杂剂，dez2n/tmga=0.15，生长温度为950℃，将高温生长的gan单晶随炉降温，zn具有p型掺杂的能力，因此在本征浓度较低时，可望实现p型掺杂。但是，mocvd使用的ga源是tmga，也有副反应物产生，对gan膜生长有害，而且，高温下生长，虽然对膜生长有好处，但也容易造成扩散和多相膜的相分离。中村等人改进了mocvd装置，他们首先使用了two—flowmocvd（双束流mocvd）技术，并应用此法作了大量的研究工作，取得成功。双束流mocvd生长示意图如图1所示。反应器中由一个h2+nh3+tmga组成的主气流，它以高速通过石英喷平行于衬底通入，另一路由h2+n2 形成辅气流垂直喷向衬底表面，目的是改变主气流的方向，使反应剂与衬底表面很好接触。用这种方法直接在α—al2o3基板（c面）生长的gan膜，电子载流子浓度为1×1018/cm3，迁移率为200cm2/v·s，这是直接生长gan膜的最好值。

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