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硅襯底高光效GaN是什么，同質(zhì)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(zhì)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(zhì)生長GaN貴在什么地方

2，晶能光電有限公司的技術(shù)特色

晶能光電專注于生產(chǎn)可廣泛應(yīng)用在商業(yè)，顯示屏，LCD背光和通用照明領(lǐng)域的LED芯片產(chǎn)品。我們的產(chǎn)品主要以以下兩大技術(shù)為依托： TS系列產(chǎn)品采用的是透明襯底外延生長和橫向芯片設(shè)計技術(shù)，當(dāng)前世界上此產(chǎn)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(chǎn)品擁有卓越的設(shè)計結(jié)構(gòu)，保證了產(chǎn)品的低漏電和高ESD良率。 TF系列產(chǎn)品擁有Si襯底的外延生長技術(shù)和垂直薄膜芯片設(shè)計技術(shù)。這種垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計的產(chǎn)品表現(xiàn)出更好的散熱效應(yīng)并能承受極高的電流密度，是適用于通用照明領(lǐng)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(shù)，渴望在未來引入硅在IC工業(yè)中的自動化生產(chǎn)體系和成本管控體系來大幅度削減LED芯片的生產(chǎn)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(chǎn)成本。晶能光電是擁有硅襯底GaN外延生長和芯片加工技術(shù)的世界級領(lǐng)跑者，是全球第一家量產(chǎn)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(chǎn)公司，晶能光電已經(jīng)擁有200多個國際國內(nèi)專利，覆蓋了LED外延生長和芯片加工的全部領(lǐng)域，所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)和專利保護。

晶能光電有限公司的技術(shù)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(guān)文獻研究已經(jīng)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(yīng)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(shè)備主要是mocvd設(shè)備。當(dāng)然還有一些輔助設(shè)備，比如尾氣處理系統(tǒng)、超凈間及排風(fēng)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(chǎn)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(shè)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(shè)備帶有小型氣體純化器，此類不能再生，也應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)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(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)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(shù)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(yīng)力失配，這會在外延層中產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當(dāng)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(xué)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(shè)備，這將會增加生產(chǎn)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(shè)備又要增加一筆較大的投資。藍寶石的導(dǎo)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(dǎo)出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導(dǎo)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(dǎo)熱和導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)體，所以器件的導(dǎo)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(dǎo)電和導(dǎo)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(dǎo)熱性能（碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)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(chǎn)生的熱量可以通過電極直接導(dǎo)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(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。三種襯底的性能比較前面的內(nèi)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(jù)設(shè)計的需要選擇使用。

5，氮化鎵的材料應(yīng)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(zhì)結(jié)GaN藍色 LED之后，InGaN/AlGaN雙異質(zhì)結(jié)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(chǎn)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(biāo)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(lǐng)域有著巨大的應(yīng)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(shù)已經(jīng)實現(xiàn)商品化，現(xiàn)在世界各大公司和研究機構(gòu)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(zhì)結(jié)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(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)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(shù)，又推出了白光固體發(fā)光器件產(chǎn)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(chǎn)品。高亮度LED的市場預(yù)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(yīng)用主要包括汽車照明，交通信號和室外路標(biāo)，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(zhuǎn)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(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前Nichia公司在GaN藍光LED領(lǐng)域居世界領(lǐng)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(dǎo)折射率導(dǎo)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(jié)構(gòu)。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(yīng)用，其結(jié)構(gòu)是在SiC襯底上生長的，并且采用了垂直傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)彈預(yù)警等方面有重要應(yīng)用。 對于GaN材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決，異質(zhì)外延缺陷密度相當(dāng)高，但是器件水平已可實用化。1994年日亞化學(xué)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(biāo)是到2005年研制密封在熒光管內(nèi)、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(dāng)成功，并進入了實用化階段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 雙質(zhì)結(jié)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(xiàn)。這樣三原色混成的白色光光源也打開新的應(yīng)用領(lǐng)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(dǎo)產(chǎn)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(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的，其可逆的反應(yīng)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(shè)備是ap—mocvd，反應(yīng)器為臥式，并經(jīng)過特殊設(shè)計改裝。用國產(chǎn)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(yīng)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(diào)節(jié)。用hall測量、雙晶衍射以及室溫pl光譜作為gan的質(zhì)量表征。要想生長出完美的gan，存在兩個關(guān)鍵性問題，一是如何能避免nh3和tmga的強烈寄生反應(yīng)，使兩反應(yīng)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(xiàn)第一個目的，設(shè)計了多種氣流模型和多種形式的反應(yīng)器，最后終于摸索出獨特的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，通過調(diào)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(zhì)量及重復(fù)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(yīng)。對于第二個問題，采用常規(guī)兩步生長法，經(jīng)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)p型摻雜。但是，mocvd使用的ga源是tmga，也有副反應(yīng)物產(chǎn)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(shù)，并應(yīng)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(yīng)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(yīng)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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