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四元,LED,外延基础知识,1,主 要 内 容,一,.LED,基础知识,二,.MOCVD,相关简介,外延生长及测试,2,LED-,L,ight,E,mitting,D,iodes,发光二极管,一、,LED,基础知识,3,一、,LED,基础知识,4,一、,LED,基础知识,四元,-,发光层,MQW,为,AlGaInP,，含有四种元素,5,GaAs,基 和,GaN,基,LED,不可互相取代,一、,LED,基础知识,6,一、,LED,基础知识,LED,发光原理,+,-,衬底,+,-,N,型,P,型,MQW,发光区,-,-,-,-,+,+,+,+,-,7,主 要 内 容,一,.LED,基础知识,二,.MOCVD,相关简介,外延生长及测试,8,外延片,外延生长机台,MOCVD,二、,MOCVD,简介,9,VEECO,AIXTRON,二、,MOCVD,简介,MOCVD,，,M,etal,O,rganic,C,hemical,V,apor,D,eposition,的简称，,金属有机化学汽相淀积。,10,11,12,MOCVD,组成,MO,源,载气,（,H2,和,N2,）,特气,气控单元,反应室,尾气处理器,大气,控制单元,计算机,衬底,二、,MOCVD,简介,13,各机型反应腔,AIXTRON,VECCO,二、,MOCVD,简介,14,常用,MO,源：,TM,Ga,(,三甲基镓，液态,),TM,Al,（三甲基铝，液态）,TM,In,（三甲基铟，固态，现已有液态）,Cp2,Mg,（二茂基镁，固态，现已有液态）,载气：纯度很高（,99.999999%,）的氢气和氮气,特气：高纯度（,99.9999%,）的,As,H3,（砷烷，液态）、,P,H3,（磷烷，液态）,Si,2H6,（乙硅烷，气态）、,SiH4,（硅烷，气态）,气控单元：主要由,MFC,（流量计）、,PC,（压力计）、单向阀、气动阀以及管道等组成，用于气体的控制和输送。,控制单元：根据计算机输入的生长程序指令，对工艺进行控制。,二、,MOCVD,简介,-,源,15,衬底,四元,LED,：,GaAs(,砷化镓,),特点：真空包装和充氮包装,洁净环境下开封,开袋后无须其它处理,即可使用,晶种,熔解的晶,体,单晶,坩埚,提,拉器,二、,MOCVD,简介,-,衬底,16,衬底,平边研磨,直径,研磨,晶锭,切片,化学蚀刻,抛光,边缘处理,二、,MOCVD,简介,-,衬底,17,尾气处理器,Scrubber,主要用于生长后的废气处理，使其达到无污染排放。,红黄光生长产生尾气用化学尾气处理器处理，蓝绿光生长产生的尾气用湿法尾气处理器处理。,二、,MOCVD,简介,-,尾气处理器,18,主 要 内 容,一,.LED,基础知识,二,.MOCVD,相关简介,外延生长及测试,19,1.,外延生长,三、外延生长与测试,族原子,族原子,20,1.,晶体生长,基本反应：,GaAs LED,：,TMGa+AsH3 GaAs+CH4,TMGa+PH3 GaP+CH4,GaN LED,：,TMGa+NH3 GaN+CH4,反应特点：,a.,远离化学平衡：,/1,b.,晶体生长速率主要由,族元素决定,TMGa(CH,3,),3,Ga,AsH,3,H,C,As,Ga,三、外延生长与测试,21,2.,外延结构,（,1,）对衬底进行高温处理，以清洁其表面，去除表层氧化层，露出新鲜表面。,（,2,）生长一层,GaAs buffer,（,缓冲层,），其晶格质量比衬底好，可消除衬底对外延的影响，但不能消除位错。,（,3,）生长一套,DBR,反射镜,。它是利用,AlGaAs,和,AlAs,反射率不同，可达到增强反射效果。减少衬底对发光光线的吸收。,每层厚度：,d=/4n,（,d-,每层厚度，,-,波长，,n-,折射率）,p+GaAs,p-GaP,TL,p-AlGaInP,p-Al,0.5,In,0.5,P,n-Al,0.5,In,0.5,P,(Al,x,Ga,1-x,),0.5,In,0.5,P,(Al,y,Ga,1-,y,),0.4,In,0.6,P,MQW,DBR,n-AlGaAs/AlAs,Buffer layer,n-GaAs,GaAs Ssubstrate,三、外延生长与测试,22,（,4,）生长一层,n,型,AlInP为,Active layer(,有源区,),可提供电子，同时对载流子起到空间限制的作用，可明显提高发光效率。,（,5,）,Active layer,（有源层，即,发光层,），,(Al,x,Ga,1-x,),0.5,In,0.5,P/(Al,y,Ga,1-y,),0.5,In,0.5,P,。发光波长和光强主要由此层决定。通过调节,MQW,中的,Al,组分，进而调节波长。通过优化此层的参数（阱个数、材料组分、量子阱周期厚度），可提高发光效率。,（,6,）生长一层,P,型,AlInP,，可提供空穴，此层,Al,组分很高，对载流子起到空间限制的作用，可明显提高发光效率。,2.,外延结构,p+GaAs,p-GaP,TL,p-AlGaInP,p-Al,0.5,In,0.5,P,n-Al,0.5,In,0.5,P,(Al,x,Ga,1-x,),0.5,In,0.5,P,(Al,y,Ga,1-,y,),0.4,In,0.6,P,MQW,DBR,n-AlGaAs/AlAs,Buffer layer,n-GaAs,GaAs Ssubstrate,三、外延生长与测试,23,（,7,）,过渡层,(TL),，由于,AlInP,（,GaAs,）与,GaP,存在较大晶格失配，为了提高,GaP,晶格质量，采用了组分渐变的,AlGaInP,过渡层。,（,8,）生长一层,P,型,GaP,层，此层为电流扩展层，扩展层越厚，电流扩展得越好，亮度越高。（但需考虑成本问题）,（,9,）高掺的,GaAs,盖帽层,，起到保护,GaP,的作用，做器件工艺前去除,GaAs,层。,2.,外延结构,p+GaAs,p-GaP,TL,p-AlGaInP,p-Al,0.5,In,0.5,P,n-Al,0.5,In,0.5,P,(Al,x,Ga,1-x,),0.5,In,0.5,P,(Al,y,Ga,1-,y,),0.4,In,0.6,P,MQW,DBR,n-AlGaAs/AlAs,Buffer layer,n-GaAs,GaAs Ssubstrate,三、外延生长与测试,24,测试项目,显微镜,PL,X,ray,E,CV,EL,测试内容,观察其表面形貌,测量光致发光波长、相对强度、,FWHM,、波长均匀性,测量外延片晶格质量（用,FWHM,半高宽表示）、材料组分、量子阱周期及厚度,测量外延片的掺杂浓度,测量外延片,20mA,下的光强和波长（粗测，仅供参考）,测试频率,每炉都做,视机台而定,视机台而定,GaAs,专用,每炉都做,3.,测试,外延片测试,三、外延生长与测试,25,内 容 回 顾,一,.LED,基础知识,二,.MOCVD,相关简介,外延生长及测试,26,Thank you!,27,