LED外延基础知识byEntropy
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 高压（500T）、低温条件下通入TMG ，在衬底表面快速沉积一层缓冲层。由 于晶格失配，此时GaN结晶质量较差。
• 反射率曲线上升。
2020/6/13
外延结构与生长原理-Roughing
• 即U1层，形成结晶质量较高的晶核，并 以之为中心形成岛装生长。
• 首先在停止通入TMG的情况下升至高温
（1000℃以上），在高温高压条件下，
• 略微提高温度，降低气压（200T），使 晶岛相接处的地方开始连接，生长，直 至外延表面整体趋于平整。
• 随着外延表面趋于平整，反射率将开始 上升。此时由于外延片表面与衬底层的 反射光将发生干涉作用，反射率将开始 呈现正弦曲线震荡。
2020/6/13
外延结构与生长原理- nGaN
• 在u-GaN之上生长n-GaN做为电子注入 层。
四价的，因此多出一个 电子，属于n型掺杂。反 之，加入Cp2Mg， Mg 原子会取代Ga原子的位 置，由于Mg是二价，因
此少了一个电子（多一 个电洞），属于p型掺杂。
2020/6/13
半导体基础知识-PN结、发光
• 形成PN结——电子、空穴注入——复合发光
2020/6/13
外延结构与生长原理
• 外延原材料 • 气相外延原理 • 外延结构 • 各层生长原理和条件
0.543
晶格失配度
3.5% 13.8%
17% 2% 1.4%
热胀系数10-6K-1 5.59 4.20 7.50
应用厂商
美国Osram 日本、台湾、大
陆
3.59
南昌晶能光电
• MO源---TMGa(三甲基镓)；TEGa(三乙基镓)；TMAL(三甲基铝)；TMIN( 三甲基铟)；CP2Mg(二茂镁)
• 保持2D生长GaN的条件，通入SiH4， Si原子会取代Ga原子的位置，由于Ga 是三价的，Si是四价的，因此多出一个 电子，属于n型掺杂。
• 反射率曲线将保持正弦曲线震荡。由震 荡的频率可以计算出此时的生长速率。
2020/6/13
外延结构与生长原理-MQW
• 超晶格结构发光层，主要由阱与磊反复叠加构 成。
2020/6/13
外延结构与生长原理-整体结构
P-GaN AlGaN
约为300nm 约为200nm
MQW （barrier+well) 约为300nm
GaN/InGaN
n-GaN 约4000nm u-GaN 衬底 Buffer 大约30nm
2020/6/13
外延结构与生长原理-Buffer
• 由于衬底（AL203）与GaN材料的晶格 失配较大，故在生长GaN之前需要生长 一层薄薄的缓冲层，我们将其称为 Buffer层。
Buffer-U1-U2-nGaN-MQW-pGaN-AlGaN
2020/6/13
外延结构与生长原理-原料
• 衬底---蓝宝石衬底（AL203）
GaN
6H-SiC
蓝宝石 （Al2O3
）
Si(111)
ZnO
LiAlO2
价格 $160 $220 $20
$2
晶格常数nm 0.319(钨锌)
0.308 0.476
• 当In原子取代Ga原子时，GaN的禁带宽度将变 小，构成MQW中的阱层。磊层则分为掺入Si 原子的n型磊以及不掺杂的u型磊。阱层很薄， 和磊层相间分布，将使注入的载流子在外延生 长的方向受到限制，从而提高电子空穴对的空 间浓度，加大复合发光的几率，提高发光效率 。
• MQW层使用TEG提供Ga源。阱层的温度（ 760℃左右）和In源的掺杂浓度决定了发光波 长。磊层使用相对较高的温度（ 880℃左右） 以提高结晶质量。
2020/6/13
闪锌矿结构
半导体基础知识-能带
• 能级、能带————禁带、导带、价带
能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定， 每一确定能量值称为一个能级。 能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能 量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成 大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子 能量状态可用能带描述） 导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下， 将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。
• 气体---NH3；N2；H2；SiH4
2020/6/13
外延结构与生长原理-气相外延
CH
3
CH
3
Ga(CH3)3 + NH3
Ga CH
H2
3
GaN + 3CH4
H2 H2
HHH
N
H2
CH
CH3
3
Ga
HHH
N
CH
3
CH3 •
CH4 =
radical Ga
CH3 • + H •
H• + H • = H2
物体 导体 电阻率 Ω·CM <10e-4
2020/6/13
半导体
10e3~10e9
绝缘体 >10e9
半导体基础知识-晶体
单晶
晶体
多晶
固体： 非晶体
在固整体个可晶分体为内晶，体原和子非都晶是体周两期大性类的。规原则子排无列规，则 称排之列为所单组晶成。的由物许质多为取非向晶不体同。的而单晶晶体颗则粒是杂由乱原 地子排规列则在排一列起所的组固成体的称物为质多。晶。
2020/6/13
目录
• 半导体基础知识 • 外延结构与生长原理 • 常见异常分析
2020/6/13
半导体基础知识
• 半导体的定义 • 晶体 • 能带的形成 • N型、P型半导体 • PN结发光原理
2020/6/13
半导体基础知识
什么是半导体？
物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大， 说明这种材料的导电能力越弱。表给出以电阻率来区分导体，绝缘 体和半导体的大致范围。
Buffer中结晶质量不好的部分被烤掉，留 下结晶质量较高的晶核。此时反射率将下 降至衬底本身的反射率水平。 • 保持高温高压，通入TMG，使晶核以较 高的结晶质量按岛装生长。此时反射率将 降至0附近。 • 以上为3D生长过程。
2020/6/13
外延结构与生长原理- Recovery
• 即U2层，此时使外延从3D生长向2D生 长转变。
价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价 带可能是满带，也可能是电子未填满的能带）
禁带：在导带与夹带之间，电子无法存在的能带，称为 禁带。
2020/6/13
半导体基础知识-P型、N型
• 载流子：电子、空穴
掺杂： 施主掺杂-N型半导体 受主掺杂-P型半导体
对GaN晶体而言，当生 长时，加入SiH4，Si原 子会取代Ga原子的位置， 由于Ga是三价的，Si是
• 反射率曲线上升。
2020/6/13
外延结构与生长原理-Roughing
• 即U1层，形成结晶质量较高的晶核，并 以之为中心形成岛装生长。
• 首先在停止通入TMG的情况下升至高温
（1000℃以上），在高温高压条件下，
• 略微提高温度，降低气压（200T），使 晶岛相接处的地方开始连接，生长，直 至外延表面整体趋于平整。
• 随着外延表面趋于平整，反射率将开始 上升。此时由于外延片表面与衬底层的 反射光将发生干涉作用，反射率将开始 呈现正弦曲线震荡。
2020/6/13
外延结构与生长原理- nGaN
• 在u-GaN之上生长n-GaN做为电子注入 层。
四价的，因此多出一个 电子，属于n型掺杂。反 之，加入Cp2Mg， Mg 原子会取代Ga原子的位 置，由于Mg是二价，因
此少了一个电子（多一 个电洞），属于p型掺杂。
2020/6/13
半导体基础知识-PN结、发光
• 形成PN结——电子、空穴注入——复合发光
2020/6/13
外延结构与生长原理
• 外延原材料 • 气相外延原理 • 外延结构 • 各层生长原理和条件
0.543
晶格失配度
3.5% 13.8%
17% 2% 1.4%
热胀系数10-6K-1 5.59 4.20 7.50
应用厂商
美国Osram 日本、台湾、大
陆
3.59
南昌晶能光电
• MO源---TMGa(三甲基镓)；TEGa(三乙基镓)；TMAL(三甲基铝)；TMIN( 三甲基铟)；CP2Mg(二茂镁)
• 保持2D生长GaN的条件，通入SiH4， Si原子会取代Ga原子的位置，由于Ga 是三价的，Si是四价的，因此多出一个 电子，属于n型掺杂。
• 反射率曲线将保持正弦曲线震荡。由震 荡的频率可以计算出此时的生长速率。
2020/6/13
外延结构与生长原理-MQW
• 超晶格结构发光层，主要由阱与磊反复叠加构 成。
2020/6/13
外延结构与生长原理-整体结构
P-GaN AlGaN
约为300nm 约为200nm
MQW （barrier+well) 约为300nm
GaN/InGaN
n-GaN 约4000nm u-GaN 衬底 Buffer 大约30nm
2020/6/13
外延结构与生长原理-Buffer
• 由于衬底（AL203）与GaN材料的晶格 失配较大，故在生长GaN之前需要生长 一层薄薄的缓冲层，我们将其称为 Buffer层。
Buffer-U1-U2-nGaN-MQW-pGaN-AlGaN
2020/6/13
外延结构与生长原理-原料
• 衬底---蓝宝石衬底（AL203）
GaN
6H-SiC
蓝宝石 （Al2O3
）
Si(111)
ZnO
LiAlO2
价格 $160 $220 $20
$2
晶格常数nm 0.319(钨锌)
0.308 0.476
• 当In原子取代Ga原子时，GaN的禁带宽度将变 小，构成MQW中的阱层。磊层则分为掺入Si 原子的n型磊以及不掺杂的u型磊。阱层很薄， 和磊层相间分布，将使注入的载流子在外延生 长的方向受到限制，从而提高电子空穴对的空 间浓度，加大复合发光的几率，提高发光效率 。
• MQW层使用TEG提供Ga源。阱层的温度（ 760℃左右）和In源的掺杂浓度决定了发光波 长。磊层使用相对较高的温度（ 880℃左右） 以提高结晶质量。
2020/6/13
闪锌矿结构
半导体基础知识-能带
• 能级、能带————禁带、导带、价带
能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定， 每一确定能量值称为一个能级。 能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能 量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成 大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子 能量状态可用能带描述） 导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下， 将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。
• 气体---NH3；N2；H2；SiH4
2020/6/13
外延结构与生长原理-气相外延
CH
3
CH
3
Ga(CH3)3 + NH3
Ga CH
H2
3
GaN + 3CH4
H2 H2
HHH
N
H2
CH
CH3
3
Ga
HHH
N
CH
3
CH3 •
CH4 =
radical Ga
CH3 • + H •
H• + H • = H2
物体 导体 电阻率 Ω·CM <10e-4
2020/6/13
半导体
10e3~10e9
绝缘体 >10e9
半导体基础知识-晶体
单晶
晶体
多晶
固体： 非晶体
在固整体个可晶分体为内晶，体原和子非都晶是体周两期大性类的。规原则子排无列规，则 称排之列为所单组晶成。的由物许质多为取非向晶不体同。的而单晶晶体颗则粒是杂由乱原 地子排规列则在排一列起所的组固成体的称物为质多。晶。
2020/6/13
目录
• 半导体基础知识 • 外延结构与生长原理 • 常见异常分析
2020/6/13
半导体基础知识
• 半导体的定义 • 晶体 • 能带的形成 • N型、P型半导体 • PN结发光原理
2020/6/13
半导体基础知识
什么是半导体？
物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大， 说明这种材料的导电能力越弱。表给出以电阻率来区分导体，绝缘 体和半导体的大致范围。
Buffer中结晶质量不好的部分被烤掉，留 下结晶质量较高的晶核。此时反射率将下 降至衬底本身的反射率水平。 • 保持高温高压，通入TMG，使晶核以较 高的结晶质量按岛装生长。此时反射率将 降至0附近。 • 以上为3D生长过程。
2020/6/13
外延结构与生长原理- Recovery
• 即U2层，此时使外延从3D生长向2D生 长转变。
价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价 带可能是满带，也可能是电子未填满的能带）
禁带：在导带与夹带之间，电子无法存在的能带，称为 禁带。
2020/6/13
半导体基础知识-P型、N型
• 载流子：电子、空穴
掺杂： 施主掺杂-N型半导体 受主掺杂-P型半导体
对GaN晶体而言，当生 长时，加入SiH4，Si原 子会取代Ga原子的位置， 由于Ga是三价的，Si是