led外延基础知识
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2020/12/15
8
二、MOCVD简介
外延片
2020/12/15
外延生长机台MOCVD
9
二、MOCVD简介
MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition的简称， 金属有机化学汽相淀积。
2020/12/15
VEECO
AIXTRON
10
2020/12/15
边缘处理 化学蚀刻
抛光
17
二、MOCVD简介-尾气处理器
尾气处理器 Scrubber
• 主要用于生长后的废 气处理，使其达到无 污染排放。
• 红黄光生长产生尾气 用化学尾气处理器处 理，蓝绿光生长产生 的尾气用湿法尾气处 理器处理。
2020/12/15
18
主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
• 载气：纯度很高（99.999999%）的氢气和氮气 • 特气：高纯度（99.9999%）的AsH3（砷烷，液态）、
PH3（磷烷，液态） Si2H6（乙硅烷，气态）、SiH4（硅烷，气态） • 气控单元：主要由MFC（流量计）、PC（压力计）、单向阀、 气动阀以及管道等组成，用于气体的控制和输送。 • 控制单元：根据计算机输入的生长程序指令，对工艺进行控制。
b.晶体生长速率主要由Ⅲ族元素决定
2020/12/15
21
三、外延生长与测试
2. 外延结构
（1）对衬底进行高温处理，以清洁其表 面，去除表层氧化层，露出新鲜表面。
（2）生长一层GaAs buffer（缓冲层）， 其晶格质量比衬底好，可消除衬底对外延 的影响，但不能消除位错。
（3）生长一套DBR反射镜。它是利用 AlGaAs和AlAs反射率不同，可达到增强 反射效果。减少衬底对发光光线的吸收。
23
三、外延生长与测试
2. 外延结构
（7）过渡层(TL)，由于AlInP（GaAs） 与GaP存在较大晶格失配，为了提高GaP 晶格质量，采用了组分渐变的AlGaInP 过渡层。
（8）生长一层P型GaP层，此层为电流 扩展层，扩展层越厚，电流扩展得越好， 亮度越高。（但需考虑成本问题）
（9）高掺的GaAs盖帽层，起到保护GaP 的作用，做器件工艺前去除GaAs层。
四元--发光层MQW为AlGaInP，含有四种元素
2020/12/15
5
一、LED基础知识
GaAs基 和 GaN基 LED 不可互相取代
2020/12/15
6
一、LED基础知识
LED发光原理 +
++++
-----
+
-
-
P型 MQW 发光区
N型
衬底
2020/12/15
7
主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
11
2020/12/15
12
二、MOCVD简介
MOCVD组成
MO源
控制单元
计算 机
ห้องสมุดไป่ตู้
载气 （H2和N2）
气控单元
反应室
尾气处理器
大气
特气
衬底
2020/12/15
13
二、MOCVD简介
各机型反应腔
AIXTRON
2020/12/15
VECCO
14
二、MOCVD简介--源
• 常用MO源：TMGa(三甲基镓，液态) TMAl（三甲基铝，液态） TMIn（三甲基铟，固态，现已有液态） Cp2Mg（二茂基镁，固态，现已有液态）
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP
TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P
2020/12/15
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二、MOCVD简介--衬底
衬底
• 四元LED：GaAs(砷化镓) • 特点：
真空包装和充氮包装 洁净环境下开封 开袋后无须其它处理 即可使用
提拉器
单晶 坩埚
晶种 熔解的 晶体
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衬底
晶锭
二、MOCVD简介--衬底
直径研 磨 平边研 磨
切片
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每层厚度：d=λ/4n （d-每层厚度，λ-波长，n-折射率）
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP
TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P
DBR n-AlGaAs/AlAs Buffer layer n-GaAs
四元LED外延基础知 识
2020/12/15
1
主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
2020/12/15
2
一、LED基础知识
LED - Light Emitting Diodes 发光二极管
2020/12/15
3
一、LED基础知识
2020/12/15
4
一、LED基础知识
（6）生长一层P型AlInP，可提供空穴， 此层Al组分很高，对载流子起到空间限制 的作用，可明显提高发光效率。
2020/12/15
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P DBR n-AlGaAs/AlAs Buffer layer n-GaAs
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三、外延生长与测试
2. 外延结构
（4）生长一层n型AlInP，为Active layer (有源区)可提供电子，同时对载流子起到 空间限制的作用，可明显提高发光效率。
（5）Active layer（有源层，即发光层）， (AlxGa1-x)0.5In0.5P /(AlyGa1-y)0.5In0.5P。发光 波长和光强主要由此层决定。通过调节 MQW中的Al组分，进而调节波长。通过 优化此层的参数（阱个数、材料组分、量 子阱周期厚度），可提高发光效率。
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1. 外延生长
三、外延生长与测试
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Ⅲ族原子 Ⅴ族原子
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1. 晶体生长
H C As Ga
三、外延生长与测试
AsH3
TMGa (CH3)3Ga
基本反应： GaAs LED：TMGa+AsH3 GaAs+CH4
TMGa+PH3 GaP+CH4 GaN LED： TMGa+ NH3 GaN+CH4 反应特点：a.远离化学平衡：Ⅴ/Ⅲ>>1
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二、MOCVD简介
外延片
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外延生长机台MOCVD
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二、MOCVD简介
MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition的简称， 金属有机化学汽相淀积。
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VEECO
AIXTRON
10
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边缘处理 化学蚀刻
抛光
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二、MOCVD简介-尾气处理器
尾气处理器 Scrubber
• 主要用于生长后的废 气处理，使其达到无 污染排放。
• 红黄光生长产生尾气 用化学尾气处理器处 理，蓝绿光生长产生 的尾气用湿法尾气处 理器处理。
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主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
• 载气：纯度很高（99.999999%）的氢气和氮气 • 特气：高纯度（99.9999%）的AsH3（砷烷，液态）、
PH3（磷烷，液态） Si2H6（乙硅烷，气态）、SiH4（硅烷，气态） • 气控单元：主要由MFC（流量计）、PC（压力计）、单向阀、 气动阀以及管道等组成，用于气体的控制和输送。 • 控制单元：根据计算机输入的生长程序指令，对工艺进行控制。
b.晶体生长速率主要由Ⅲ族元素决定
2020/12/15
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三、外延生长与测试
2. 外延结构
（1）对衬底进行高温处理，以清洁其表 面，去除表层氧化层，露出新鲜表面。
（2）生长一层GaAs buffer（缓冲层）， 其晶格质量比衬底好，可消除衬底对外延 的影响，但不能消除位错。
（3）生长一套DBR反射镜。它是利用 AlGaAs和AlAs反射率不同，可达到增强 反射效果。减少衬底对发光光线的吸收。
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三、外延生长与测试
2. 外延结构
（7）过渡层(TL)，由于AlInP（GaAs） 与GaP存在较大晶格失配，为了提高GaP 晶格质量，采用了组分渐变的AlGaInP 过渡层。
（8）生长一层P型GaP层，此层为电流 扩展层，扩展层越厚，电流扩展得越好， 亮度越高。（但需考虑成本问题）
（9）高掺的GaAs盖帽层，起到保护GaP 的作用，做器件工艺前去除GaAs层。
四元--发光层MQW为AlGaInP，含有四种元素
2020/12/15
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一、LED基础知识
GaAs基 和 GaN基 LED 不可互相取代
2020/12/15
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一、LED基础知识
LED发光原理 +
++++
-----
+
-
-
P型 MQW 发光区
N型
衬底
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主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
11
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二、MOCVD简介
MOCVD组成
MO源
控制单元
计算 机
ห้องสมุดไป่ตู้
载气 （H2和N2）
气控单元
反应室
尾气处理器
大气
特气
衬底
2020/12/15
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二、MOCVD简介
各机型反应腔
AIXTRON
2020/12/15
VECCO
14
二、MOCVD简介--源
• 常用MO源：TMGa(三甲基镓，液态) TMAl（三甲基铝，液态） TMIn（三甲基铟，固态，现已有液态） Cp2Mg（二茂基镁，固态，现已有液态）
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP
TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P
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二、MOCVD简介--衬底
衬底
• 四元LED：GaAs(砷化镓) • 特点：
真空包装和充氮包装 洁净环境下开封 开袋后无须其它处理 即可使用
提拉器
单晶 坩埚
晶种 熔解的 晶体
2020/12/15
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衬底
晶锭
二、MOCVD简介--衬底
直径研 磨 平边研 磨
切片
2020/12/15
每层厚度：d=λ/4n （d-每层厚度，λ-波长，n-折射率）
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP
TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P
DBR n-AlGaAs/AlAs Buffer layer n-GaAs
四元LED外延基础知 识
2020/12/15
1
主要内容
一. LED基础知识 二. MOCVD相关简介 三. 外延生长及测试
2020/12/15
2
一、LED基础知识
LED - Light Emitting Diodes 发光二极管
2020/12/15
3
一、LED基础知识
2020/12/15
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一、LED基础知识
（6）生长一层P型AlInP，可提供空穴， 此层Al组分很高，对载流子起到空间限制 的作用，可明显提高发光效率。
2020/12/15
GaAs Ssubstrate
p+ GaAs p-GaP TL p-AlGaInP p- Al0.5In0.5P MQW((AAllxyGGaa11--xy))00..54IInn00..56PP n- Al0.5In0.5P DBR n-AlGaAs/AlAs Buffer layer n-GaAs
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三、外延生长与测试
2. 外延结构
（4）生长一层n型AlInP，为Active layer (有源区)可提供电子，同时对载流子起到 空间限制的作用，可明显提高发光效率。
（5）Active layer（有源层，即发光层）， (AlxGa1-x)0.5In0.5P /(AlyGa1-y)0.5In0.5P。发光 波长和光强主要由此层决定。通过调节 MQW中的Al组分，进而调节波长。通过 优化此层的参数（阱个数、材料组分、量 子阱周期厚度），可提高发光效率。
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1. 外延生长
三、外延生长与测试
2020/12/15
Ⅲ族原子 Ⅴ族原子
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1. 晶体生长
H C As Ga
三、外延生长与测试
AsH3
TMGa (CH3)3Ga
基本反应： GaAs LED：TMGa+AsH3 GaAs+CH4
TMGa+PH3 GaP+CH4 GaN LED： TMGa+ NH3 GaN+CH4 反应特点：a.远离化学平衡：Ⅴ/Ⅲ>>1