1、GaN 簡介,內(nèi)容,人類發(fā)光照明的歷史 LED 的發(fā)展史 GaN的發(fā)展歷史 GaN的性質(zhì) GaN的應用 GaN 的制備方法 GaN的市場前景,人類發(fā)光照明的歷史,LED 的發(fā)展史,1962 年 GaAs,19 年 GaN,LED 的內(nèi)部結(jié)構(gòu),紅光和藍光有什么不同？,材料能隙（禁帶寬度）的不同導致發(fā)光顏色的不同 = 1024/Eg （nm）,：,：,電子和空穴復合才能發(fā)光,為什么藍光和綠光出現(xiàn)得比紅光晚？,GaAs 襯底,藍寶石 襯底,GaAs 結(jié)構(gòu),Ga 結(jié)構(gòu),同質(zhì)外延紅光,異質(zhì)外延藍綠光,缺乏合適的襯底材料,同質(zhì)外延和異質(zhì)外延,同質(zhì)外延,異質(zhì)外延,異質(zhì)外延的缺點,生長后晶體質(zhì)量差，缺陷多 做

2、成器件后發(fā)光效率低 器件的使用壽命短,GaN襯底隆重登場-為同質(zhì)外延而生,GaN 的發(fā)展歷史,GaN的研究始于20世紀60年代 1986年用MOCVD 在藍寶石上成功生長出GaN 薄膜 1989年成功實現(xiàn)型摻雜的GaN 1994年藍光開始商業(yè)化 1996年藍光激光器研發(fā)成功,GaN的性質(zhì),原子結(jié)構(gòu)： 六角密排結(jié)構(gòu),GaN的性質(zhì),a,c,GaN的性質(zhì),寬禁帶半導體 直接帶隙半導體,Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015),GaN的性質(zhì),Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015),GaN 的應用,發(fā)光二極管 LED,GaN 應用,功率

3、器件,光電 器件,激光二極管 LD,場效應晶體管FET,高電子遷移率 晶體管 HEMT,功率放大器 Power Amplifier,4G蜂窩基站,工業(yè)微波加熱,無線供電,高耐壓（600V） 體積小型化 功效顯著提高,顯色指數(shù)高，能發(fā)出接近自然 光的漂亮白色光 高發(fā)光效率,LED照明,激光器,GaN 的應用-LED,第一支發(fā)藍光的PN節(jié),Jpn. J. Appl. Phys.55, 030101 (2016) SPECIAL REVIEW,GaN 的應用-激光器,J. Phys. D: Appl. Phys.47(2014) 073001,GaN 的應用,應用廠商,自支撐GaN的制備步驟,MOC

4、VD,HVPE,自分離,激光剝離,HVPE 二次生長,研磨拋,晶體生長和人類的進步,Japanese Journal of Applied Physics54, 050101 (2015),自支撐GaN的制備步驟1 - MOCVD,MOCVD （金屬有機化學氣相沉積）,在藍寶石襯底上生長一層4um左右的GaN， 稱為Mo - Template,自支撐GaN的制備步驟1 - MOCVD,19 x 2,19片機,自支撐GaN的制備步驟1 - MOCVD,低溫（550度）在藍寶石上面 生長緩沖層（成核層 25nm）,高溫（1050度）生長GaN層 （成膜層）,特點： 生長速度慢 ，厚度好控制，晶體質(zhì)

5、量好。,自支撐GaN的制備步驟1 - MOCVD,Two-step growth gives blue light to the world !,Isamu Akasaki 2014年諾貝爾物理學獎獲得者,自支撐GaN的制備步驟2 - HVPE,HVPE （氫化物氣象外延）,在Mo-Template 上繼續(xù)生長GaN,自支撐GaN的制備步驟2 - HVPE,HVPE （氫化物氣象外延）,HCL + Ga GaCL + H2 （900度） GaCL + NH3 GaN + HCL + NH4CL （1000度）,特點： 生長速度快 ，可以達到100um/h以上， 適合用于生長GaN厚膜襯底,為什

6、么GaN不能在藍寶石上一直生長厚？,晶格失配和熱失配,自支撐GaN的制備步驟3 -藍寶石和GaN的分離,藍寶石和GaN的分離,自分離： 生長到一定厚度，通過應力實現(xiàn)分離,激光剝離：通過激光掃描的方式實現(xiàn)分離,自支撐GaN的制備步驟3 之自分離,K. Yamane et al. Journal of Crystal Growth 358 (2012) 14,視頻,1000度,自支撐GaN的制備步驟3 之自分離,Na Lin, Jiejun Wu APPLIED PHYSICS LETTERS 104, 012110 (2014),特點： 生長時間長，合格率偏低 浪費原材料。,自支撐GaN的制備步

7、驟3 之激光剝離,自支撐GaN的制備步驟3 之激光剝離,自支撐GaN的制備步驟3 之激光剝離,藍寶石,GaN,X J Su， K Xu J. Phys. D: Appl. Phys.46(2013) 205103,自支撐GaN的制備步驟3 之激光剝離,GaN,藍寶石,特點： 合格率比較高 對襯底的要求低 不浪費原材料 適合量產(chǎn),自支撐GaN的制備步驟4 HVPE 二次生長,HVPE 二次生長,250 - 300um,650 - 750um,自支撐GaN的制備步驟5 研磨拋,磨邊,退火,減薄,拋光,自支撐GaN的制備步驟5之磨邊,去除襯底邊緣多晶,自支撐GaN的制備步驟5之退火,去除應力,自支撐GaN的制備步驟5之減薄,自支撐GaN的制備步驟5之拋光,GaN的表征之平整度,TTV,定義：TTV是Total thickness variation的縮寫，名為總厚度變化，總厚度變化是指在厚度掃描或一系列點的厚度測量中， 最大厚度與最小厚度的絕對差值。,計算方法： 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 : 原子力顯微鏡，利用原子之 間的范德華力作用來呈現(xiàn)樣品的 表面