Al2O3-GaN外延片结构：

•超晶格(异质结)就是将两种晶格常数不同的材料交替生长而成的多层薄膜结构，超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细复合材料。

•由于GaN与衬底晶格失配为15．4％，因此要生长平坦而没有裂纹的高质量GaN外延层非常困难。Amano提出利用低温生长AlN或GaN作为缓冲再与高温(1000℃)生长GaN的二段生长法得到表面平坦如镜，低剩余载流子浓度，高电子迁移率的高质量GaN外延层。

外延片制造的基本流程：

衬底的制备：

(a)、结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。

(b)、接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。

(c)、化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。

(d)、热学性能好，包括导热性好和热失配度小。

(e)、导电性好，能制成上下结构。

(f)、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小。

(g)、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。

(h)、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。

(i)、价格低廉。

衬底材料的选用：Al2O3衬底

目前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是Al2O3

优点：化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟；机械强度高，易于处理和清洗

缺点：(1)晶格失配和热应力失配

(2)绝缘体常温下的电阻率大于1011Ω·cm，无法制作垂直结构的器件；

(3)在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，增加制造中的光刻和刻蚀工艺过程，材料利用率降低、金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光.

(4)导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））

(5)不容易对其进行刻蚀，刻蚀过程中需要较好的设备，增加生产成本。

SiC衬底（碳化硅衬底）：化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光、价格太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，

Si片作为GaN材料的衬底有许多优点，如晶体质量高，尺寸大，成本低，易加工，良好的导电性、导热性和热稳定性等。GaN外延层与Si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，以及在GaN的生长过程中容易形成非晶氮化硅，

采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact,水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触）热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。硅衬底对光的吸收严重，LED出光效率低。但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。

单晶生长（直拉法）：

所需原料：籽晶，高纯氧化铝粉；

设备：单晶炉

流程：坩埚热处理——装炉——抽真空——熔料——恒温——充气——

引晶——放肩——等径——收尾——降温——出炉

高纯氧化铝粉料压制成直径略小于坩埚内径的圆柱状料块，在1273度以上烧结；碎晶料应利用超声波仔细清洗，置于坩埚内。整个系统密封后抽真空至10-3Pa，升温至熔点温度。

2323度以上进行化料，保温2-5小时，以确保原料完全熔化，熔体内的气泡完全驱除。温场稳定后，下降籽晶使其末端与液面接触，通过一定的工艺措施控制晶体生长的引晶、放肩、等径、收尾和退火及冷却过程，实现晶体生长。待晶体直径长到所需尺寸，通过一定的工艺控制晶体开始等径生长，晶体进入等径生长阶段后，主要是通过降低加热温度（加热系统所能提供的坩埚外壁温度）促使晶体生长。

纯的氧化铝单晶体就是通常所说的蓝宝石。其实它并不是蓝颜色的宝石，它是无色透明的，所以也有叫白宝石的。真正的蓝宝石是掺钛的。

坩埚底部正中央放着一块蓝宝石籽晶，坩埚和热交换器都放在真空石墨加热炉中。当原料熔化后，通过缓慢降低炉温和控制氦气的流量，就能在籽晶上长成大块的蓝宝石单晶体。使用这种方法可以得到质量很好的直径达30厘米，厚度为12厘米的蓝宝石单晶体。

用来制作工业用的晶体的技术之一，是从熔液中生长。籽晶可用来促进单晶体的形成。在这个工序里，籽晶降落到装有熔融物质的容器中。籽晶周围的熔液冷却，它的分子就依附在籽晶上。这些新的晶体分子承接籽晶的取向，形成了一个大的单晶体。

籽晶是具有和所需晶体相同晶向的小晶体，200毫米晶圆晶体重约204kg，三天时间生长。

MOCVD外延片生长：

MOCVD：金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)

MOCVD生长技术：

利用气相反应物间之化学反应在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和SiC两种）上，将所需气态物质In、Ga、Al、P有控制的输送到产物沉积的基材衬底表面，从而形成不同材料的单晶薄膜型结构。化学反应机构有反应气体在基材衬底表面膜的扩散传输、反应气体与基材衬底的吸附、表面扩散、化学反应、固态生成物之成核与成长、气态生成物的脱附过程等，其中速率最慢者即为反应速率控制步骤，亦是决定沉积膜组织型态与各种性质的关键所在。是III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法

MO源：三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、二茂镁(Cp2Mg)；Carrier：H2、N2；反应气体：NH3

生长流程：

送入原料→缓冲层生长→N型GaN层生长→量子阱生长→P型GaN层生长→退火

•MO源在低压高温下为气态。用高纯H2作为MO源的携带气体。

•先在蓝宝石衬底上淀积30nm低温GaN/AlN缓冲层，生长温度为550℃。

•然后升温到1080℃生长1um的本征GaN和3um的N-GaN；

•GaN材料的生长是在高温下，通过TMGa分解出的Ga与NH3的化学反应实现的，其可逆的反应方程式为：Ga＋NH3=GaN＋3/2H2

•降温至750℃生长50nm的InGaN；

•升温至1030℃生长0.15um的P-GaN，并在750℃的N2中退火

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