GaN简介-教学课件

1、GaN 简介,内容,人类发光照明的历史 LED 的发展史 GaN的发展历史 GaN的性质 GaN的应用 GaN 的制备方法 GaN的市场前景,人类发光照明的历史,LED 的发展史,1962 年 GaAs,19 年 GaN,LED 的内部结构,红光和蓝光有什么不同？,材料能隙（禁带宽度）的不同导致发光颜色的不同 = 1024/Eg （nm）,：,：,电子和空穴复合才能发光,为什么蓝光和绿光出现得比红光晚？,GaAs 衬底,蓝宝石 衬底,GaAs 结构,Ga 结构,同质外延红光,异质外延蓝绿光,缺乏合适的衬底材料,同质外延和异质外延,同质外延,异质外延,异质外延的缺点,生长后晶体质量差，缺陷多 做

2、成器件后发光效率低 器件的使用寿命短,GaN衬底隆重登场-为同质外延而生,GaN 的发展历史,GaN的研究始于20世纪60年代 1986年用MOCVD 在蓝宝石上成功生长出GaN 薄膜 1989年成功实现型掺杂的GaN 1994年蓝光开始商业化 1996年蓝光激光器研发成功,GaN的性质,原子结构： 六角密排结构,GaN的性质,a,c,GaN的性质,宽禁带半导体 直接带隙半导体,Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015),GaN的性质,Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015),GaN 的应用,发光二极管 LED,GaN 应用,功率

3、器件,光电 器件,激光二极管 LD,场效应晶体管FET,高电子迁移率 晶体管 HEMT,功率放大器 Power Amplifier,4G蜂窝基站,工业微波加热,无线供电,高耐压（600V） 体积小型化 功效显著提高,显色指数高，能发出接近自然 光的漂亮白色光 高发光效率,LED照明,激光器,GaN 的应用-LED,第一支发蓝光的PN节,Jpn. J. Appl. Phys.55, 030101 (2016) SPECIAL REVIEW,GaN 的应用-激光器,J. Phys. D: Appl. Phys.47(2014) 073001,GaN 的应用,应用厂商,自支撑GaN的制备步骤,MOC

4、VD,HVPE,自分离,激光剥离,HVPE 二次生长,研磨抛,晶体生长和人类的进步,Japanese Journal of Applied Physics54, 050101 (2015),自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD,MOCVD （金属有机化学气相沉积）,在蓝宝石衬底上生长一层4um左右的GaN， 称为Mo - Template,自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD,19 x 2,19片机,自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD,低温（550度）在蓝宝石上面 生长缓冲层（成核层 25nm）,高温（1050度）生长GaN层 （成膜层）,特点： 生长速度慢 ，厚度好控制，晶体质

5、量好。,自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD,Two-step growth gives blue light to the world !,Isamu Akasaki 2014年诺贝尔物理学奖获得者,自支撑GaN的制备步骤2 - HVPE,HVPE （氢化物气象外延）,在Mo-Template 上继续生长GaN,自支撑GaN的制备步骤2 - HVPE,HVPE （氢化物气象外延）,HCL + Ga GaCL + H2 （900度） GaCL + NH3 GaN + HCL + NH4CL （1000度）,特点： 生长速度快 ，可以达到100um/h以上， 适合用于生长GaN厚膜衬底,为什

6、么GaN不能在蓝宝石上一直生长厚？,晶格失配和热失配,自支撑GaN的制备步骤3 -蓝宝石和GaN的分离,蓝宝石和GaN的分离,自分离： 生长到一定厚度，通过应力实现分离,激光剥离：通过激光扫描的方式实现分离,自支撑GaN的制备步骤3 之自分离,K. Yamane et al. Journal of Crystal Growth 358 (2012) 14,视频,1000度,自支撑GaN的制备步骤3 之自分离,Na Lin, Jiejun Wu APPLIED PHYSICS LETTERS 104, 012110 (2014),特点： 生长时间长，合格率偏低 浪费原材料。,自支撑GaN的制备步

7、骤3 之激光剥离,自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离,自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离,蓝宝石,GaN,X J Su， K Xu J. Phys. D: Appl. Phys.46(2013) 205103,自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离,GaN,蓝宝石,特点： 合格率比较高 对衬底的要求低 不浪费原材料 适合量产,自支撑GaN的制备步骤4 HVPE 二次生长,HVPE 二次生长,250 - 300um,650 - 750um,自支撑GaN的制备步骤5 研磨抛,磨边,退火,减薄,抛光,自支撑GaN的制备步骤5之磨边,去除衬底边缘多晶,自支撑GaN的制备步骤5之退火,去除应力,自支撑GaN的制备步骤5之减薄,自支撑GaN的制备步骤5之抛光,GaN的表征之平整度,TTV,定义：TTV是Total thickness variation的缩写，名为总厚度变化，总厚度变化是指在厚度扫描或一系列点的厚度测量中， 最大厚度与最小厚度的绝对差值。,计算方法： TTV=|a|-|b| a表示晶片最大厚度 b表示晶片最小厚度,小于10um,GaN的表征之表面粗糙度,AFM : 原子力显微镜，利用原子之 间的范德华力作用来呈现样品的 表面