GaN简介PPT课件

1、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的市场前景第1页/共51页人类发光照明的历史第2页/共51页LED 的发展史1962 年 GaAs19 年 GaN第3页/共51页LED 的内部结构第4页/共51页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第5页/共51页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第6页/共51页同质外延和异质外延同质外延异质外延第7页/

2、共51页异质外延的缺点生长后晶体质量差，缺陷多做成器件后发光效率低器件的使用寿命短第8页/共51页GaN衬底隆重登场-为同质外延而生第9页/共51页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第10页/共51页GaN的性质原子结构： 六角密排结构第11页/共51页GaN的性质ac第12页/共51页GaN的性质宽禁带半导体直接带隙半导体Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015)第13页/共51页GaN的性质Jpn

3、. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015)第14页/共51页GaN 的应用发光二极管发光二极管LED激光二极管激光二极管LD场效应晶体管场效应晶体管FET高电子迁移率高电子迁移率晶体管晶体管HEMT功率放大器功率放大器Power Amplifier4G蜂窝基站工业微波加热无线供电l高耐压（600V）l体积小型化l功效显著提高l显色指数高，能发出接近自然 光的漂亮白色光l高发光效率LED照明激光器第15页/共51页GaN 的应用-LED第一支发蓝光的PN节Jpn. J. Appl. Phys.55, 030101 (2016) SPECIAL REVIEW第16页/共51

4、页GaN 的应用-激光器J. Phys. D: Appl. Phys.47(2014) 073001第17页/共51页GaN 的应用应用厂商第18页/共51页自支撑GaN的制备步骤MOCVDHVPE自分离激光剥离HVPE 二次生长研磨抛第19页/共51页晶体生长和人类的进步Japanese Journal of Applied Physics54, 050101 (2015)第20页/共51页自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVDMOCVD （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第21页/共51页自支撑GaN的制备步骤1 - MOC

5、VD19 x 219片机第22页/共51页自支撑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，晶体质量好。第23页/共51页自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVDTwo-step growth gives blue light to the world ! Isamu Akasaki2014年诺贝尔物理学奖获得者第24页/共51页自支撑GaN的制备步骤2 - HVPEHVPE （氢化物气象外延）在Mo-Template 上继续生长GaN第25页/共51页自支撑GaN的制备步

6、骤2 - HVPEHVPE （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厚膜衬底第26页/共51页为什么GaN不能在蓝宝石上一直生长厚？晶格失配和热失配第27页/共51页自支撑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第28页/共51页自支撑GaN的制备步骤3 之自分离 K. Yamane et al. Journal of Cryst

7、al Growth 358 (2012) 14视频1000度第29页/共51页自支撑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。第30页/共51页自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离第31页/共51页自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离第32页/共51页自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离蓝宝石GaNX J Su， K Xu J. Phys. D: Appl. Phys.46(2013) 205103第33页/共51页自支撑GaN的制备步骤3 之激光

8、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第34页/共51页自支撑GaN的制备步骤4 HVPE 二次生长HVPE 二次生长250 - 300um650 - 750um第35页/共51页自支撑GaN的制备步骤5 研磨抛磨边退火减薄抛光第36页/共51页自支撑GaN的制备步骤5之磨边去除衬底边缘多晶第37页/共51页自支撑GaN的制备步骤5之退火去除应力第38页/共51页自支撑GaN的制备步骤5之减薄第39页/共51页自支撑GaN的制备步骤5之抛光第40页/共51页GaN的表征之平整度TTVTTV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第41页/共51页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特性第42页/共51页GaN的表征之表面粗糙度5 X 5 um第43页/共51页GaN的表征之位错密度刃位错螺位错第44页/共51页GaN