硅衬底GaN基LED外延生长的研究
Si衬底GaN基蓝光LED老化性能
别用积分球测试系统在工作 电流 ６பைடு நூலகம் Ａ时测量 Ｏｍ
基金项 目：国家“ ６ ”计划 （０ ３ Ａ ０ １０２ ０ Ａ ３ １ １ ） ８３ ２ ０ Ａ ３ ２６ ，０ ５ Ａ １０ ０ 资助项 目 作者简介 ： 肖友鹏（ ９９ ， ， １７ 一） 男 江西萍乡人 ， 主要从事 ｓ 衬底 Ｇ Ｎ基 Ｌ Ｄ的研究。 ｉ ａ Ｅ
制 的变化 ， 片制造 中欧姆 接触 电学性能 的变化 、 芯
５０ ｔ 设计 工作 电流 为 ６ ０ ｍ， ａ ０ｍＡ。外 延 片是 本实
验 室 Ｔ ｏ ａ ｗ ｎＭＯ Ｖ ｈｍ ｓ ａ Ｃ Ｄ外延 系统上生 长 的 ， Ｓ 衬 底是 Ｓ（１ ） ； ｉ１１ ¨ 经过基 板转移 、 腐蚀衬底 等步骤
之一 。
２ 实
验
Ｇ Ｎ基 蓝光 Ｌ Ｄ芯 片样 品尺 寸为 ５０ ｔ ａ Ｅ ０ ｍ× ａ
Ｌ Ｄ 的制 作 要 依 次 经 过 外 延 生 长 、 片制 Ｅｓ 芯 作 、 件 封 装 等 主 要 环 节 Ｊ每 个 环 节 都 会 对 器 ， Ｌ Ｄ 器件 的可靠 性 和 寿命 产 生影 响。外延 材 料 Ｅｓ 中非 辐射复合 缺 陷 的生 成 、 流子 注人 活 性 区机 载
率蓝 光 Ｌ Ｄ和 ｓ 衬底 Ｇ Ｎ基 绿光 Ｌ Ｄ进 行 ９ Ｅ ｉ ａ Ｅ ０ ｍ Ａ大 电流 １５ ｏ 温老 化 ， 果显 示 器 件无 光 ２ Ｃ高 结 衰， 电学性能 非 常稳定 “ 。而对 Ｌ Ｄ进行 ＳＮ Ｊ Ｅ ｉ 膜钝化 也会 改 善 器件 的可 靠性 ¨ 。本 文 在 常温 下对 ５ ０ Ｉ ×５０ Ｉ 的 Ｇ Ｎ基 蓝光 Ｌ Ｄ 芯片 ０ ｍ ０ ｍ ｘ ｘ ａ Ｅ 注入 ２ ０ｍ 的电流持 续老 化 １０ ０ｈ 报 道 了加 ０ Ａ ０ ，
三种LED衬底比较
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）[/url]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。
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管以硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管为标题，我们来探讨一下这种新型发光二极管的特点和应用。
一、引言发光二极管（LED）作为一种节能环保、寿命长、体积小的光源，已经广泛应用于照明、显示、通信等领域。
然而，传统的LED在蓝光发射方面还存在一些问题，如低发光效率、频谱不稳定等。
为了解决这些问题，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管应运而生。
二、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的特点1. 高发光效率：硅衬底可以提供更好的晶格匹配，有助于提高发光效率。
2. 高热稳定性：硅衬底具有良好的热导性能，可以有效地散热，提高LED的热稳定性。
3. 高亮度：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管具有较高的亮度，能够满足一些高亮度要求的应用场景。
4. 窄频谱：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的频谱稳定性较好，能够提供更纯净的蓝光。
三、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的应用1. 智能照明：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于智能照明系统中，提供高亮度的蓝光，使照明效果更加明亮和舒适。
2. 显示技术：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于液晶显示器的背光源，提供高亮度的蓝光，使显示效果更加清晰和鲜艳。
3. 光通信：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于光通信系统中，作为高速传输的光源，提供稳定的蓝光信号。
4. 医疗器械：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于一些医疗器械中，如光疗仪、光动力学治疗设备等，提供高亮度的蓝光，有助于治疗效果的提升。
四、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的发展前景随着人们对节能环保、高效照明的需求不断增加，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管有着广阔的市场前景。
同时，随着技术的不断进步，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的性能将得到进一步提升，应用范围也将更加广泛。
总结：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管作为一种新型的发光二极管，具有高发光效率、高热稳定性、高亮度和窄频谱等特点，适用于智能照明、显示技术、光通信和医疗器械等领域。
三种衬底材料比较
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[/url]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。
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究是在制备和刻蚀gan基micro-led显示器件方面的科学研究。
GaN基Micro-LED显示芯片制备涉及到以下几个关键步骤：
1. 材料制备：首先需要制备高质量的GaN材料作为基底。
常
用的制备方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子
束外延（MBE）。
2. 片区划分：通过微影技术在GaN基底上将芯片的不同区域
进行划分，例如LED灯珠、电极等。
3. 生长外延层：使用外延生长技术，在每个片区上生长GaN
外延层，以形成LED的p型和n型层。
这一步骤通常是通过MOCVD或MBE来完成。
4. 刻蚀：通过刻蚀工艺，将外延生长层中不需要的部分去除，以形成LED的结构。
常用的刻蚀方法包括干法刻蚀（如ICP
刻蚀）和湿法刻蚀。
刻蚀工艺的研究是为了提高材料的刻蚀速率和刻蚀选择性，以实现更高质量的芯片制备。
这包括对刻蚀气体的选择、刻蚀条件的优化、刻蚀设备的改进等。
此外，也有一些研究致力于开发新的刻蚀方法，如离子束刻蚀、等离子刻蚀等，以提高刻蚀的精度和效率。
总的来说，GaN基Micro-LED显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究是为了实现高质量、高性能的Micro-LED显示器件。
这一研究涉及到材料制备、芯片设计、外延生长、刻蚀工艺等多个方面的内容，对于推动Micro-LED显示技术的发展具有重要意义。
硅衬底LED芯片主要制造工艺解析
硅衬底LED芯片主要制造工艺1993年世界上第一只GaN基蓝色LED问世以来，LED制造技术的发展令人瞩目。
目前国际上商品化的GaN基LED均是在蓝宝石衬底或S iC衬底上制造的。
但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因，对后期器件加工和应用带来很多不便，SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处，而价格相对便宜的Si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势，因此Si衬底GaN基LED制造技术受到业界的普遍关注。
目前日本日亚公司垄断了蓝宝石衬底上GaN基LED专利技术，美国CREE公司垄断了SiC衬底上GaN基LED专利技术。
因此，研发其他衬底上的GaN基LED生产技术成为国际上的一个热点。
南昌大学与厦门华联电子有限公司合作承担了国家863计划项目“基于Si衬底的功率型GaN 基LED制造技术”，经过近三年的研制开发，目前已通过科技部项目验收。
1、Si衬底LED芯片制造1.1 技术路线在Si衬底上生长GaN，制作LED蓝光芯片。
工艺流程：在Si衬底上生长AlN缓冲层→生长n型GaN→生长InGaN／GaN多量子阱发光层→生长p型AIGaN层→生长p型GaN层→键合带Ag反光层并形成p型欧姆接触电极→剥离衬底并去除缓冲层→制作n型掺si层的欧姆接触电极→合金→钝化→划片→测试→包装。
1.2 主要制造工艺采用Thomas Swan CCS低压MOCVD系统在50 mm si(111)衬底上生长GaN基MQW结构。
使用三甲基镓(TMGa)为Ga源、三甲基铝(TMAI)为Al源、三甲基铟(TMIn)为In源、氨气(NH3)为N源、硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别用作n型和p型掺杂剂。
首先在Si(111)衬底上外延生长AlN缓冲层，然后依次生长n型GaN层、InGaN／GaN多量子阱发光层、p型AlGaN 层、p型GaN层，接着在p面制作Ag反射镜并形成p型欧姆接触，然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上，再用Si腐蚀液把Si衬底腐蚀去除并暴露n型GaN层，使用碱腐蚀液对n 型面粗化后再形成n型欧姆接触，这样就完成了垂直结构LED芯片的制作。
GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告
GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告
在GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告中，研究人员可以针对以下方面进行报告：
1. GaN基材料的制备和表征：报告中可以介绍GaN基材料的制备方法以及制备过程中遇到的问题及解决方案，并对制备的GaN基材料进行表征，包括表面形貌、晶体结构、光学和电学性质等方面的测量和分析结果。
2. GaN LED器件制备和性能测试：报告中可以介绍GaN LED器件的制备方法和工艺步骤，包括外延生长、光刻、金属沉积等。
同时，对制备的GaN LED器件进行光电性能测试，包括电学测试、光学测试、发光波长及亮度等性能测量结果并与已有文献进行对比和分析。
3. 材料和器件的优化：根据对GaN基材料和LED器件性能测试的结果和分析，研究人员可以针对其不足之处进行优化。
例如对外延生长条件以及制备工艺进行优化，进一步提高晶体质量和器件性能。
4. 未来工作计划：根据目前的研究进展和研究结果的分析，报告中应该提出下一步的研究计划和目标。
例如，进一步优化材料和器件的性能，探究更多的制备和测试方法，拓展GaN材料在其他领域的应用等。
总之，中期报告应该对目前的研究进展进行系统和详细的说明，提出具体和切实可行的研究计划和目标，有利于研究整个过程的管理和顺利推进研究工作。
LED外延结构及材料特性分析_最终版
界面 特性好
不同的衬底材料，需 要不同的外延生长技 术、芯片加工技术和
器件封装技术。
化学稳 定性好
大尺寸
衬底材料的选择
热学 性能好
价格 低廉
10
机械 性能好
光学 性能好
导电 性好
主要因素
（1）衬底与外延膜的晶格匹配 衬底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二个内容：外延
生长面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延膜 的匹配；沿衬底表面法线方向上的匹配。 （2）衬底与外延膜的热膨胀系数匹配
红黄光 LED
LPE
GaP外延层 565-700nm
VPE MOCVD
GaAsP外延层 630-650nm AlInGaP外延层
优点：解决了GaAs衬底吸光的缺点。 缺点：晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。
20
缓冲层、局限层
21
GaN基本结构特征
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体原子的成键通常以sp3电子杂化形成的四度配位构型， GaN半导体也不例外，即以四面体结构(tetrahedron)为基本结构单元，这种 晶体结构通常有两种，即纤锌矿(WZ)和闪锌矿(ZB)结构。
LED外延结构及材料特性分析
技术工程部
汇报人：邢星 时间：2010.11.11
1
LED结构分析 大纲
LED外延生长工艺概述
LED外延生长工艺概述1.基础概念：外延层是LED的活性层，也是发光层，通过注入电流和激发外延层的电子和空穴，发生复合释放出光子产生发光效果。
外延层的材料通常是由砷化镓(AlGaAs)或磷化镓(AlGaP)等半导体材料组成。
2.材料选择：在选择外延材料时需要考虑一系列的因素，比如材料的能带结构、禁带宽度、透明度、热导率等。
常用的外延材料有AlGaAs、GaAs、InP等。
根据不同的LED器件类型和应用需求，选择合适的外延材料是非常重要的。
3.工艺步骤：-衬底处理：将衬底（通常是蓝宝石或硅基片）进行表面处理，保证衬底表面的平整度、净度等要求。
-衬底预干燥：将衬底置于干燥炉中进行预干燥，以去除杂质和残留水分，保证外延层的纯净度。
-衬底预热：将预干燥后的衬底置于高温炉中进行预热，通过升温、保温等步骤，改善晶体生长的均匀性和晶格匹配性。
-外延层生长：通过化学气相沉积(CVD)或分子束外延(MBE)等技术，在衬底上生长外延层，控制生长时间、温度、气体流量等参数，使外延层尺寸和晶格与衬底匹配。
-冷却：将生长完的样品从外延炉中取出，放置在冷却台上，冷却样品，防止膨胀致使样品破裂。
-切割：将外延层生长完的样品切割成合适的大小，以便进行后续器件制备工艺。
4.常见问题：-杂质控制：在外延层生长过程中，杂质的控制是关键。
杂质的存在会导致材料性能下降，形成缺陷和不均匀性。
因此，需要采取相应的措施，比如采用高纯度原料、优化生长工艺等，控制杂质含量。
-生长速率控制：外延层的生长速率是影响品质的关键因素之一、如果生长速率过快，容易形成缺陷；生长速率过慢，则会影响生产效率。
因此，需要掌握适当的生长速率范围，以确保晶体品质和产量。
-晶格匹配：外延材料和衬底的晶格匹配性对于外延层质量的影响很大。
晶格不匹配会导致外延层晶格畸变、晶面偏转和缺陷生成，从而影响光学和电学效果。
因此，在选择外延层材料和衬底时需要注意晶格匹配性。
总结：LED外延生长工艺是制备高品质LED器件的关键步骤，通过合理的外延层生长工艺，可以提高LED的性能和可靠性。
硅基锗材料的外延生长及其应用
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Si衬底上GaN厚膜生长及Cr掺杂GaN性质研究的开题报告
Si衬底上GaN厚膜生长及Cr掺杂GaN性质研究的开题报告一、选题背景及意义氧化镓(GaN)材料因其优异的电学、光学性能而被广泛应用于光电子器件领域。
在Ga面衬底上生长GaN膜既具有制备成本低、薄膜合成高质量且易于成本控制等优势，也是研究GaN材料在光电子器件中应用的重要方向之一。
而Cr掺杂GaN作为一种特殊的半导体材料，其独特的磁电性质和光学性能引起了人们的广泛关注，并被用于制备磁光器件、磁反转存储器等。
目前，石墨烯的研究已经呈现井喷式增长，而GaN材料的厚膜生长及Cr掺杂GaN的性质研究仍存在不足之处。
因此，在Ga面衬底上GaN 厚膜生长以及Cr掺杂GaN的性质研究具有重要的科研意义和应用前景。
二、研究内容1. Ga面衬底上GaN厚膜生长采用金属有机化学气相沉积(MOVPE)技术，在Ga面衬底上制备GaN 厚膜，并研究GaN的生长过程及其生长机理；同时，探索优化GaN厚膜生长的条件，提高膜质量。
2.Cr掺杂GaN的性质研究通过掺入Cr原子，制备Cr掺杂GaN材料，并对其磁电性质和光学性能进行研究；同时，比较不同掺杂浓度的Cr对GaN材料性能的影响。
三、研究方法1. MOVPE生长技术：采用MOVPE技术，在Ga面衬底上生长GaN 厚膜。
2. X射线衍射分析(XRD)：对GaN膜进行XRD分析，研究其晶体结构和晶格常数。
3. 扫描电镜(SEM)：对GaN膜表面形貌进行分析。
4. 磁性测试：利用磁性测试仪对Cr掺杂GaN材料进行磁性测试，并研究其磁性质。
5. 光学测试：通过光学测试仪对Cr掺杂GaN材料的光学性能进行研究。
四、预期结果1. 成功在Ga面衬底上制备高质量GaN厚膜；2. 详细研究GaN厚膜生长过程及其生长机理；3. 研究Cr掺杂GaN材料的磁电性质和光学性能，得出不同掺杂浓度下Cr对GaN性能的影响规律。
五、研究意义1. 对GaN膜厚膜生长机理与生长条件的研究，有助于提高其膜质量，进而在光电子器件中得到更广泛的应用。
Si衬底GaN外延生长的应力调控
收稿日期:2018-06-12Si 衬底GaN 外延生长的应力调控巩小亮，陈峰武，罗才旺，鲍苹，魏唯，彭立波，程文进(中国电子科技集团公司第四十八研究所,湖南长沙410111)摘要:针对Si 衬底GaN 外延生长中由于张应力引起的表面裂纹问题,采用AlN/AlGaN 多缓冲层结构和低温AlN 插入层技术,在标准厚度Si (111)衬底上制备了100mm(4英寸)无裂纹GaN 外延材料。
试验结果表明,AlN/AlGaN 各层厚度的合理搭配和低温AlN 插入层可以起到良好的应力调控效果,无裂纹GaN 层生长厚度达到1.6μm ,晶体质量良好,表面粗糙度低于2nm ;HEMT 结构外延片电学性能测试结果表明Si 衬底GaN 的生长质量满足制备器件的要求。
关键词:Si 衬底GaN ;外延生长;金属有机物化学气相沉积;应力调控中图分类号:TN304.054文献标识码:A文章编号:1004-4507(2018)04-0027-06Stress Control in Epitaxial Growth of GaN on Si SubstrateGONG Xiaoliang ，CHEN Fengwu ，LUO Caiwang ，BAO Ping ，WEI Wei ，PENG Libo ，CHENG Wenjin(The 48th Research Institute of CETC ，Changsha 410111，China)Abstract:This paper aims at solving the problem of surface crack caused by tensile stress in epitaxial growth of GaN on Si substrate.A 100mm (4inch)GaN epitaxial layer was prepared on a standard thickness Si (111)substrate using the AlN/AlGaN multi buffer layer structure and low temperature AlN insertion layer technology.The test results show that properly choosing the thickness of AlN/AlGaN layers and adopting the low temperature AlN insertion layer are quite effective in stress control.The growth thickness of the crack-free GaN layer reaches 1.6μm ，with a high crystal quality and a surface roughness lower than 2nm.Electrical property test of the HEMT structure shows that the growth quality of GaN film on Si substrate meets the requirements of device fabrication.Key words:GaN on Si ；Epitaxial growth ；Metal organic chemical vapor deposition （MOCVD ）；Stress control.GaN 半导体材料因其大禁带宽度、高的击穿场强、高电子饱和速度和较高的热导率等特性，在光电子、微波射频和电子电力器件领域具备优越的应用前景[1]。
Si衬底GaN基LED外延薄膜转移至金属基板的应力变化
２ 实
验
实验 中 的 Ｇ Ｎ ＭＱ Ｌ Ｄ 薄 膜 是 采 用 英 国 ａ Ｗ Ｅ
Ｔ ｏ ａ ｗ ｎ公 司生 产 的 ＭＯ Ｖ 生 长 系 统 在 ２ ｈｍ ｓ ａ Ｓ ＣＤ
硅衬 底 Ｇ Ｎ薄膜 转移 至新 基板 上 制 备 器件 时 ， ａ 要 经过 复杂 的芯 片制作 过 程 ， 此 期 间 Ｌ Ｄ薄膜 必 在 Ｅ
构的金属基板 ， 通过 高分辨 ｘ射线衍射 （ Ｘ Ｄ） ＨＲ Ｒ 和光 致发光 （ Ｌ 研究 了转移 的 Ｇ Ｎ薄膜应力 变化。研究 Ｐ） ａ
发现 ： １ 转移至铜基板 、 （） 铬基板 、 镍／ 铜／ 铜叠层基板等三种基板 的 Ｇ Ｎ薄膜张应力均减小 ， ａ 其中转移至铬基板
的 Ｇ Ｎ薄膜张应力最小 。（ ） ａ ２ 随着铬基板 中铬主体层厚度 的增加 ， 转移后 的 Ｇ Ｎ薄膜应力不发生明显变化。 ａ 关 键 词： 金属基板 ；Ｓ 衬底 ； ａ 薄膜 ；应力 ｉ Ｇ Ｎ；
与蓝 宝石 和碳 化 硅 衬 底相 比 ， 衬 底 具 有 工 硅
Ｇ Ｎ薄膜 的应 力变化 。 ａ
艺成 熟 、 成本 、 面积 、 低 大 高质量 等优 点 ， 然而 由于
硅衬 底与 Ｇ Ｎ的晶格 失配 度 和热 失 配 较 大 ， 延 ａ 外 生长 的 Ｇ Ｎ 薄 膜 处 于 一 定 的 张 应 变 状 态 ａ 。
Ｓ 衬底 Ｇ Ｎ基 Ｌ Ｄ外延薄膜转移至金属基板的应 力变化 ｉ ａ Ｅ
熊贻婧 ，张 萌 ，熊传兵 ，肖宗湖 ， 王光 绪，汪延 明， 江风益
（ 昌大 学 教 育 部 发光 材 料 与 器 件 工 程 研 究 中心 ，江西 南 昌 ３ ０４ ） 南 ３ ０ ７
摘要 ： 采用电镀金属基板及湿法腐蚀衬底的方法将硅衬底上外延生长的 ＧＮ Ｍ Ｗ Ｅ ａ Ｑ Ｌ Ｄ薄膜转移至不同结
氮化镓基蓝光LED的制备工艺
氮化镓基蓝光LED的制备工艺首先是外延生长。
外延生长是指将氮化镓材料沉积在衬底上，形成LED器件的外延层。
常见的外延生长方法有金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。
其中，MOCVD是目前最常用的方法之一在MOCVD方法中，先将金属有机化合物源和氨混合，通过热腔反应在衬底表面生长氮化镓薄膜。
该过程中，需要严格控制沉积温度、气流速度和反应气体比例等参数，以获得高质量的氮化镓材料。
此外，还需要选择合适的衬底材料，常用的有蓝宝石、碳化硅和氮化硅等。
接下来是芯片制作。
在外延层生长完成后，需要进行光罩定义、蚀刻和制备金属电极等步骤，制作出LED器件的芯片。
首先，通过光刻技术在外延层上定义出电极、光罩和层厚控制等结构。
然后，使用干法或湿法蚀刻技术，将不需要的外延层蚀刻掉，形成光电极和层间绝缘等结构。
最后，通过磁控溅射、热蒸发等技术，在芯片上制备金属电极，以提供电流注入和光电转换等功能。
然后是封装。
封装是将LED芯片与引线连接，并通过外部封装材料保护芯片和引线，以实现LED器件的电连接和光输出。
常见的封装方法有无压点胶封装和金线键合封装等。
其中，无压点胶封装是目前主流的封装方法之一在无压点胶封装中，先将LED芯片固定在LED基板上，然后使用无压脂或胶水将LED芯片和引线连接在一起。
连接完成后，再使用塑料封装材料将LED芯片和引线封装在内部，形成完整的封装结构。
此外，还需要进行烧结、清洗和光效测试等步骤，以确保封装质量和性能。
最后是测试。
测试是指对制作完成的LED器件进行光电参数测试，以评估器件的性能。
常见的测试项目有光强、光谱、电流-电压特性和色温等。
通过测试，可以判断器件是否合格并优化制备工艺。
总的来说，氮化镓基蓝光LED的制备工艺包括外延生长、芯片制作、封装和测试等步骤。
通过严格控制各个步骤的参数和质量要求，可以制备出高质量、高亮度和高效率的蓝光LED器件，以满足不同领域的应用需求。
led衬底 外延片 芯片的关系
led衬底外延片芯片的关系LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有自发光特性。
在LED的制造过程中，涉及到三个关键部分：LED衬底、外延片和芯片。
它们之间的关系如下所述。
LED衬底是LED器件的基础，它提供了生长LED晶体的基础材料。
衬底通常由硅（Si）或蓝宝石（Sapphire）等材料制成。
硅衬底是最常用的材料，因为硅材料成本低廉且易于加工。
而蓝宝石衬底由于其优异的热导性能和光透过率，被广泛应用于高功率LED器件。
外延片是在LED衬底上生长的一层薄膜材料。
外延片的材料通常是镓化铝（AlGaN）或磷化铟镓（InGaP），这些材料具有较高的光电转换效率。
外延片的生长过程通过化学气相沉积（CVD）或分子束外延（MBE）等技术来实现。
外延片的厚度决定了LED的发光效果和电流扩散性能。
芯片是LED器件的核心部分，也称为LED晶片。
它是由多个外延片组成的，每个外延片上都有正极和负极的电极。
当电流通过芯片时，外延片中的半导体材料发生电子和空穴的复合，产生光子发射，从而实现LED的发光。
芯片的制造过程包括选择合适的外延片材料、切割和镀金等工艺。
LED衬底、外延片和芯片之间的关系可以类比为“房子”的建造过程。
衬底相当于建房的地基，提供了稳定的支撑；外延片相当于房子的墙体，决定了房子的外观和性能；而芯片则相当于房子的内部构造和装饰，决定了房子的功能和价值。
LED衬底、外延片和芯片的选择和制备对于LED器件的性能有着重要影响。
不同的材料和工艺可以实现不同颜色、亮度和效率的LED。
例如，使用蓝宝石衬底和AlGaN外延片可以制备出蓝光LED；使用硅衬底和InGaP外延片可以制备出红光LED。
此外，优化外延片和芯片的结构和工艺，可以提高LED的亮度、色彩纯度和发光效率。
LED衬底、外延片和芯片是LED器件制造过程中不可或缺的三个组成部分。
它们之间的关系密切，相互作用，共同决定了LED器件的性能和品质。
Si衬底上外延生长GaN基射频电子材料的研究进展
冲层 [2-4] 、Al 组分梯度渐变 AlGaN 缓冲层 [5-6] 等方法,已能初步满足低阻 Si 衬底上 GaN 基功率电子器件对材
料的要求;然而目前高阻 Si 衬底上 GaN 及其异质结构材料仍然存在很高的位错密度,其应力 / 翘曲控制仍然
困难,严重影响器件的性能及可靠性。
此外,尽管采用高阻 Si 衬底,射频损耗仍然是阻碍 Si 衬底上 GaN 基射频电子材料和器件发展的关键瓶
颈。 其内涵是 Si 衬底上 GaN 基射频器件在信号传输时存在传输的损耗,这会造成信号精准性和器件工作效
率的下降。 Si 衬底上 GaN 基射频器件的射频损耗主要包括 4 个部分 [7] :1) 导体损耗,也可称为传输线损耗。
YANG Xuelin1,2,3 , SHEN Bo1,2,3,4
(1. Research Center for Wide Gap Semiconductors, Peking University, Beijing 100871, China;
2. State Key Laboratory of Artificial Microstructure and Microscopic Physics, Peking University, Beijing 100871, China;
这部分损耗主要与选择的传输线结构、几何尺寸、金属材料及工艺等因素相关,可以通过相对应的工艺优化
进行解决。 2) 衬底损耗。 这部分损耗可以通过使用高阻的 Si 衬底进行解决。 3) 由于 Si 衬底和半导体界面
的导电层带来的界面损耗。 4) 无法避免的辐射损耗,这部分损耗通常可以忽略不计,只在严重失配或者特
GaN基LED光电性能的研究中期报告
GaN基LED光电性能的研究中期报告一、研究背景GaN基LED是近年来研究的热点之一，它因其广泛的应用前景而备受关注。
研究GaN基LED的光电性能是至关重要的，因为它可以帮助我们了解LED的基本性质和改进LED器件的性能。
本文旨在介绍GaN基LED的光电性能研究的中期报告。
二、研究现状目前已经有很多关于GaN基LED的光电性能研究，包括器件结构的设计、材料生长和制备等方面。
其中，研究GaN材料的物理和电学性质是非常重要的。
研究者通过实验方法探究了LED的电气特性、光谱特性、波长转移、量子效率和蓝移等方面的性质。
通过这些实验，可以得到LED的性能曲线，了解其在不同条件下的性能变化以及不同材料和工艺对其性能的影响。
三、研究计划本研究计划分为以下几个方面：1. 提高GaN材料的质量，改进其生长工艺。
2. 设计优化LED的器件结构，提升其性能。
3. 研究LED的电气特性、光谱特性、波长转移、量子效率和蓝移等方面的性质。
4. 探究表面处理对LED的性能的影响。
5. 发掘、利用和改进LED的应用。
四、研究成果1. 通过改进GaN材料的生长工艺，提高其质量。
2. 设计了优化LED的器件结构，提升了LED性能。
3. 通过实验研究了LED的电气特性、光谱特性、波长转移、量子效率和蓝移等性质，得到了LED的性能曲线。
4. 探究了表面处理对LED的性能的影响，能够提高LED的发光效率和稳定性。
5. 发掘了一些新的LED应用，通过改进LED的应用，提高其性能。
总的来说，本研究在GaN基LED光电性能研究方面取得了显著进展，优化了LED的性能，并探究了LED的新应用。
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收稿日期:2009204203 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60806017);深圳大学科研启动基金资助项目(200840) 作者简介:彭冬生(19782),男,江西人,讲师,博士,主要从事Ⅲ2Ⅴ族化合物半导体光电材料与器件研究。
文章编号:100422474(2009)0420544203硅衬底G a N 基L ED 外延生长的研究彭冬生1,王质武2,冯玉春1,牛憨笨1(1.深圳大学光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室,广东深圳518060;2.深圳方大国科光电技术有限公司,广东深圳518055) 摘 要:采用在AlN 缓冲层后原位沉积SiN 掩膜层,然后横向外延生长GaN 薄膜。
通过该法在硅衬底上获得了1.7μm 无裂纹的G aN 薄膜,并在此基础上外延生长出了G aN 基发光二极管(L ED )外延片,其外延片的总厚度约为1.9μm 。
采用高分辨率双晶X 2射线衍射(DCXRD )、原子力显微镜(A FM )测试分析。
结果表明,GaN 薄膜(0002)面的半峰全宽(FW HM )降低到403arcsec ,其表面平整度得到了很大的改善;In GaN/GaN 多量子阱的界面较平整,结晶质量良好。
光致发光谱表明,G aN 基L ED 峰值波长为469.2nm 。
关键词:硅衬底;GaN 薄膜;发光二极管(L ED )中图分类号:O484;TN30 文献标识码:AStudy on the Epitaxial G row th of G a N 2based L EDs on Silicon SubstratePENG Dong 2sheng 1,WANG Zhi 2wu 2,FENG Yu 2chun 1,NIU H an 2ben 1(1.Key Lab.of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province ,Shenzhen University ,Shenzhen 518060,China ;2.Fangda Guoke Optoelectronics Technology Limited Company ,Shenzhen 518055,China ) Abstract :The SiN mask layer which is deposited on AlN buffer layer in situ is used to grow G aN films lateral 2ly.The crack 2f ree G aN film with thickness over 1.7micron is grown on Si (111)substrate successf ully.On the ba 2sis of it ,the G aN 2based L EDs with the thickness of 1.9μm have been prepared epitaxially.The microstructures of samples are analyzed by atomic force microscopy (AFM )and high 2resolution double crystal X 2ray diff raction (DCXRD ).These results indicate that the f ull 2width at half 2maximum (FW HM )on (0002)plane of GaN film is de 2creased to 403arcsec ,and the surface quality has been improved.The crystal quality of In G aN/GaN multiple quan 2tum wells (MQWs )is preferable ,and the interface of MQWs is level ,too.The peak wavelength of GaN 2based L ED on silicon substrate is 469.2nm ,based on the Photoluminescence (PL )spectra.K ey w ords :Silicon substrate ;GaN film ;L ED 虽然GaN 是很理想的半导体器件材料,但一直缺乏合适的衬底,因此一直得不到质量很好的GaN 外延层,目前用于器件的GaN 材料是通过蓝宝石或SiC 衬底外延出来的。
可是这两种衬底也存在着明显的不足,蓝宝石是绝缘体,硬度高和导热性差,加工困难;而SiC 成本很高,使器件的生产成本很高。
如用Si 作衬底,相对上述两种衬底材料有着很大的优势,主要有面积大,成本低,高质量,导电、导热性能良好等优点。
因此,在Si 衬底上生长GaN 薄膜的研究受到了广泛关注[1]。
但用Si 作衬底还存在着很多困难,GaN 外延层和Si 晶体存在着较大的晶格失配,使外延层出现大量位错;GaN 和Si 晶体还存在着很大的热失配,在反应结束时从高温下降到室温,这种热失配将在外延层产生巨大的张应力,从而引起外延片的龟裂。
为了解决龟裂,采用了各种缓冲层技术,如AlN [2]、GaN [3]、Al GaN [4]、ZnO [5]、GaAs [6]等,以及采用掩膜技术和侧向外延技术等[728]。
本文采用AlN 缓冲层后原位生长SiN 掩膜层,随后外延生长高质量GaN 薄膜,并在此基础上外延生长出GaN 基发光二极管(L ED )外延片。
1 实验采用Thomas Swan 的L P 2MOCVD 系统。
选用Si (111)为衬底,三甲基镓(TM Ga )、三甲基铝(TMAl )、三甲基铟(TMIn )及高纯N H 3分别为Ga 、Al 、In 及N 源,H 2和N 2为载气,硅烷(Si H 4)和二茂镁(CP 2Mg )分别为n 型和p 型掺杂剂。
在生长前要对Si 衬底进行清洗,以去除污染物和杂质,获得干净的表面。
外延生长过程如下:样品1先在1100℃、H 2气氛下氢化10min ,以清洁硅片表面;在氢化处理后,降温到1060℃生长AlN 缓冲层和高温GaN 层,在高温GaN 层生长过程中两次插入L T 2AlN 插入层。
样品2仅在AlN 缓冲层后原位沉积一SiN 层,该SiN 层作为随后高温GaN 外延生长的掩膜层,可降低GaN 薄膜的位错密度,其他外延条件与样品1一致,通过SiN 层的生长可获得第31卷第4期压 电 与 声 光Vol.31No.42009年8月PIEZO EL ECTECTRICS &ACOUSTOOPTICSAug.20091.7μm 无龟裂GaN 外延层。
在此基础上进行L ED全结构的生长,其结构示意图如图1所示。
整个生长过程,反应室压力始终保持在13333Pa ,降温过程为台阶梯度式慢降温。
图1 硅衬底GaN 基L ED 的外延片结构示意图采用日本Seiko Inst rument s Inc.公司的SPA300HV 原子力显微镜(A FM )分析表面形貌,P H IL IPS 公司的PW3040/00高分辨率双晶X 2射线双晶衍射仪(DCXRD )分析GaN 的结晶质量。
采用英国Accent 公司的RPM2000光致发光谱(PL )测量薄膜的发光光谱,其激发光源为266nm ,4倍频Nd ∶YA G 激光器。
2 结果与讨论采用X 2射线双晶衍射仪的三轴晶系统测试样品1、2,从三轴晶系统的扫描曲线中均可得到清晰的GaN (0002)衍射峰。
图2为样品1、2的(0002)DCXRD 摇摆曲线。
图2 样品1、2的DCXRD 摇摆曲线GaN (0002)面半峰全宽(FW HM )大小表征了GaN 薄膜的螺位错密度的大小。
其FW HM 越小,表明晶体的生长质量较好,位错密度较低,低的位错密度对于器件的性能有很大的提高[9]。
由图2可见,样品1(0002)面的FW HM 为465arcsec ,而样品2(0002)面的FW HM 降低到403arcsec ,样品2的结晶质量比样品1的更好。
这说明原位沉积SiN 作为掩膜层来横向外延生长GaN ,可降低GaN 薄膜的位错密度,提高其晶体质量。
SiN 原位淀积后,在表面形成微小尺寸的颗粒,并随机分布,在其上继续生长GaN 薄膜。
外延只能在那些没有被SiN 颗粒覆盖的窗口区进行,生长由二维向三维转变,这是一种选区生长。
同时,由于SiN 颗粒尺寸很小,GaN 很快生长到SiN 的上边缘,横向外延随之发生,直至岛状生长完全合并,继续进行二维生长。
在横向外延生长过程中,其部分线位错会弯曲90°,使其不能到达薄膜表面,这样可降低位错密度,提高薄膜晶体质量。
图3为样品1、2的原子力显微(A FM )图像,取样尺寸为30μm ×30μm 。
样品1的均方根粗糙度(RMS )为18.7nm ;样品2的RMS 为3.4nm ,样品2的表面比样品1的更平整,也即表明,插入SiN 掩膜层外延生长的GaN 薄膜的表面平整度更优。
图3 样品1、2的A FM 图像由于SiN 插入层可降低GaN 薄膜的位错密度,提高其晶体质量,且采用此法可获得厚1.7μm 无裂纹的GaN 薄膜。
在此研究的基础上外延生长出如图1所示的GaN 基L ED 的外延片,整个外延片的厚度约为1.9μm 。
图4为In GaN/GaN MQ Ws 的DCXRD (0002)面摇摆曲线,图中最强的衍射峰来自GaN 层;除了GaN 的衍射峰外,从图中还可清楚地观察到来自于In GaN/GaN 多量子阱衍射的卫星峰。
通常情况下,界面过渡越陡峭,所观察到的卫星峰就越多;然而,当量子阱中存在缺陷,如失配位错,界面起伏及周期厚度不均时,会使卫星峰展宽,并导致卫星峰间的干涉条纹消失(又称厚度条纹或Pendellosung 条纹)。
从图中可看出多个卫星峰,同时也能观察到明显的干涉条纹,故该多量子阱结晶质量良好。
第4期彭冬生等:硅衬底G aN 基L ED 外延生长的研究545 图4 In G aN/G aN MQWs 的DCXRD (0002)面摇摆曲线由超晶格或多层膜的衍射动力学理论可推导出从卫星峰来计算多量子阱的每个周期的厚度 L =λ|γH |ΔθM sin (2θB )(1)式中 L 为阱厚(t w )和垒厚(t b )之和;γH 为入射线的方向余弦;λ为X 2射线的波长(0.15405nm );ΔθM 为相邻两卫星峰间的间距;θB 为晶体GaN (0002)面的布喇格衍射角。