MOCVD原理及知名生产企业介绍.doc

LED外延片及知名生产企业介绍外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石（Al2O3）和SiC，Si）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。 目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。基本原理-V族氮化合物InN、GaN、AIN及其合金材料，其带隙宽度从1.9eV至6.2eV，覆盖了可见光及紫外光光谱的范围。GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，对GaN材料的研究与应用是当今全球半导体研究的前沿和热点，市场上的蓝光及紫光LED都是采用GaN基材料生产出来的。GaN是极稳定的化合物和坚硬的高熔点材料，也是直接跃迁的宽带隙半导体料，不仅具有良好的物理和化学性质，而且具有电子饱和速率高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照 能力，可用来制备稳定性能好、寿命长、耐腐蚀和耐高温的大功率器件，目前广泛应用于光电子、蓝光LED、紫光探测器、高温大功率器件和高频微波器件等光电器件。 制备高质量的GaN基材料和薄膜单晶材料，是研制和开发发光外延材料及器件性能的前提条件。目前市场上还没有哪家公司能生产两寸的高质量的GaN单晶衬底，即使有GaN单晶衬底，价格也相当的昂贵。现在大多数公司使用的衬底材料都是兰宝石（Al2O3），虽然它与GaN晶格失配达13.8%，在兰宝石衬底上生长的GaN薄膜材料会有非常高的位错密度，但成本低、价格低廉，工艺也比较成熟，在高温下有良好的稳定性。MOCVD工艺 金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称 MOCVD）， 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。各个公司的MOCVD生产工艺各不相同。以Thomas Swan公司生产的立式CCS-MOCVD系统的工艺为例：在低压（100Torr）下生长GaN，所用的衬底材料是蓝宝石（Al2O3），三甲基镓（TMG）、三甲基铟（TMIn）和蓝氨（NH3）分别作为Ga源、In源和N源，硅烷（SiH4）和Cp2Mg分别为n、p型掺杂剂，载气为高纯度的H2和N2。生长过程如下：首先，将蓝宝石衬底在H2的气氛下加热到1050，烘烤5分钟，再降温到530。用5000ml/m的氨气氮化60秒钟后再生长缓冲层，NH3和TMG的流量分别是5000ml/min和30mol/min；生长出厚度为25nm的GaN缓冲层，升温使缓冲层重新结晶，生长Si掺杂的n-GaN单晶层和Mg掺杂的p-AlGaN/GaN单晶层。衬底氨化时间的长短和生长GaN缓冲层镓量与氨量的化学计量比是引起InGaN/GaN MQW LED外延片性能的主要因素。如果处理好，对生长的外延片的性能包括晶体品质、正向电压、光强、反向漏电流、波长均匀性、FWHM等和芯片、器件的性能都非常大的改善和提高。主要生产企业日亚化工（株） 日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位。在蓝色、白色LED市场遥遥领先于其他同类企业。它以蓝色LED的开发而闻名于全球，与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。它的荧光粉生产在日本国内市场占据70的比例，在全球则占据36的市场份额。荧光粉除了灯具专用的以外，还有CRT专用、PDP专用、X光专用等类型，这成为日亚化工扩大LED事业的坚实基础。除此以外，日亚化工还生产磁性材料、电池材料以及薄膜材料等精细化工制品，广泛地涉足于光的各个领域。 在该公司LED的生产当中，70是白色LED，主要有单色芯片型和RGB三色型两大类型。此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝色LED和紫外线LED两种产品的厂商。以此为基础，日亚化工不断开发出新产品，特别是在SMD（表面封装）型的高能LED方面，新品层出不穷。 2004年10月，日亚化工开发出了发光效率为50lm/W的高能白色LED。该产品成功地将之前量产产品约20lm/W的发光效率提高了2.5倍。同月底，日亚化工开始向特定客户提供这种产品的样品，并计划在2005年夏季之前使其月产量达到100万个。新LED主要针对车载专用前灯和照明市场。它的光亮度胜过HID光源，因此对目前占据15车前灯市场的HID光源（High Intensity Cischarge）构成了很大的威胁。日亚化工于2006年上半年正式批量生产该产品，以与HID同样的价格正式销售这种更明亮的产品。目前日亚化学的紫外460nmLED，外部量子效率达到36%，白色发光效率达到60 lm/W。丰田合成（株） 如果将LED比喻为汽车，那么可以说，日亚化工提出了车轮和发动机的概念，而丰田合成则提出了车体和轮胎的概念。1986年，受名誉教授赤崎先生的委托，丰田合成利用自身在汽车零部件薄膜技术方面的积累，开始展开LED方面的研发工作。1987年，受科学技术振兴事业团的开发委托，丰田合成成功地在蓝宝石上形成了LED电极。因此，把丰田合成誉为“蓝色LED的先锋”并不为过。 丰田合成在近年来的发展速度也相当快。1998年，其销售额为63亿日元，但到2002年，已增长至252亿日元。2003年，由于手机白色光源亮度不足、中国台湾和韩国等地采取低价策略以及欧洲显示屏市场的低迷等诸多原因，致使丰田合成没能完成原计划销售340亿日元的任务，但是其销售额和利润均达到历史最高水平。 其中增长最多的是手机专用的白色LED。由2002年的27亿日元增长为123亿日元，占总销售额的四成。其余的为蓝色、蓝绿色和3in1型的白色LED。2003年，国内销售占8成，为237亿日元。海外销售：亚洲47亿日元。 在应用方面，手机占了72。此外应用较多的还有液晶背光、按键、背面液晶背光（3in1）等。信号设备、大型显示屏等方面的应用也比较多。2004年，丰田合成原计划销售420亿日元，但由于手机市场低迷，于是不得不将销售计划修正为300亿日元。 为了攻夺日亚化工占据手机背光市场90的市场份额，丰田合成意图提高白色LED的光亮度，于2004年秋季开发出光亮度为1000mcd级的白色LED“TG WHITE ”，这比原来的600700mcd亮了很多。紧接着，丰田化合又开始开发1300mcd的白色LED。 此外，汽车导航系统和电脑专用液晶控制器、TV专用大型液晶的背光等也是丰田化合的目标市场。照明应用方面的设计开发也正在紧锣密鼓之中。丰田化合的生产据点除了爱知县平和町的工厂以外，还在佐贺县武雄市建立了生产蓝色LED等GaN LED的第二个生产据点。其设备投资总额达156亿日元， 2006年月产量达到2亿个。两个工厂的总生产能力达到月产4.2亿个， 2008年LED的销售额达到1200亿日元。Lumileds 创建于1999年，Lumileds照明是世界著名的LED生产商，在包括自动照明、计算机显示、液晶电视、信号灯及通用照明在内的固态照明应用领域中居领先地位。公司获得专利的Luxeon是首次将传统照明与具有小针脚、长寿命等优点的LED相结合的高功率发光材料。公司也提供核心LED材料和LED封装产品，每年LEDs的产品达数十亿只，是世界上最亮的红光、琥珀光、蓝光、绿光和白光LED生产商。公司总部在加利福尼亚州的圣荷塞，在荷兰、日本和马来西亚有分支机构，并且拥有遍及全球各地的销售网络。Lumileds的前身是40年前惠普公司的光电子事业部。是惠普的专家们从无到有创建的。到了90年代后期，在意识固态发光的前景后，惠普和当时世界上最大的照明设备公司之一的飞利浦公司开始了如何一起发展最新的固态照明技术并引入市场的计划。1999年惠普公司一分为二，她的光电子事业部被安捷伦技术公司收购，同年11月，巨大的市场潜力促使安捷伦和飞利浦组成了Lumileds公司，赋予其开发世界上亮度最大的LED发光材料的使命，并向市场推广。今天的Lumileds，作为一个安捷伦科技和飞利浦照明的合资公司，继续领导着世界固态照明产业的发展。GELcore GELcore是GE照明与EMCORE公司的合资公司，创建于1999年1月，总部位于美国新泽西州。公司致力于高亮度LED产品的研发和生产。通过把GE先进的照明技术、品牌优势和全球渠道与EMCORE权威的半导体技术相结合，GELcore已经在转变人们对照明的认识过程中扮演了重要的角色。GELcore现有的产品包括大功率LED交通信号灯、大型景观灯、其他建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合，GELcore加快了LED技术的应用并创造了世界级的LED系统。另外，GELcore还利用独特的客户管理系统来和那些LED专家和产品应用客户保持长期的友好关系。大洋日酸 大洋日酸公司的有机金属气象化学沉淀技术的研究和开发可以追溯到1983年，在日本80年代整个化合物半导体工业革命大背景之下产生。大洋日酸研发了一系列高纯度气体如AsH3, PH3 和 NH3 的专业应用技术，以及用于生产LD和LED产品的MOVPE设备。大洋日酸还开发了用于吸收这些应用产生的大量废气的净化系统，并使之商品化。到目前为止，大洋日酸已经为从研发机构到生产厂商等有着不同需求的客户提供了超过450台的MOCVD设备。其中大洋日酸的GaN-MOCVD SR 系列，包括SR-2000 和 SR-6000是专门为蓝色镓氮LED、半导体激光和电子设备的研究和生产而设计。Cree Cree公司建于1987年，位于美国加利福尼亚洲。研制开发并生产基于碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、硅（Si）和相关化合物的材料与设备。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光LEDs，近紫外激光、射频和微波半导体设备，电源转换设备和半导体集成芯片。这些产品的目标应用包括固态照明、光学存储、无线基础和电路转换等。公司的大部分利润来自于LED产品和SiC、GaN材料的生产，产品销往北美、欧洲和亚洲。目前Cree 460nmLED, 外部量子效率47%，白色发光效率 80lm/W。Osram OSRAM是全世界最大的两个照明生