MOCVD技术与GaN材料外延工艺

论文摘要

发光二极管（LED）是一种电致发光器件,自上世纪60年代被发明以来,尤其是90年代以后得到了迅猛的发展。随着相关的新结构、新材料及新工艺的不断发展和更新,它的性能也得到了很多改善。在倡导节能减排的背景下,LED由于其节能、高效、寿命长的特点在越来越多的领域得到了广泛的应用,如照明、显示、城市景观等方面。由于外延工艺是制作发光二极管过程中极为重要的一步,因此本文主要阐述和讨论外延设备---金属有机化学气相沉积设备、发光二极管工作原理与相关因素、及其外延生长方法。金属有机化学气相沉积设备作为发光二极管产业链中的关键设备,其本身性能的优越与否直接关系到最终产品的性能。因此本文比较系统地介绍了金属有机化学气相沉积设备的主要结构,工作原理和过程及与工艺的相关因素。包括气体运输、反应过程、反应室结构、温度控制、压力控制、尾气处理及安全设施等。通过发光二极管工作原理的阐述,指出影响其发光效率的主要因素一载流子的复合率,并介绍了能改善其性能的多量子阱结构（MQW）。由于该结构对载流子具有明显的量子效应,能将电子和空穴限制在一定区域,因此它可以很显著地提高内量子效率。在上述基础上,介绍了外延层的一般生长方法和过程并得到了相关结果。由于氮化镓（GaN）基发光二极管外延片是白光发光二极管的核心技术,是半导体照明技术的源动力,因此本文以氮化镓材料为例展开介绍。由于氮化镓和常用的蓝宝石衬底材料的晶格失配度较大,为了解决这一问题,我们的工艺采用两部生长法。首先在500～600℃的低温生长一层薄的氮化镓作为缓冲层,然后将温度升至1050℃进行高温生长,从而得到完美的氮化镓外延层。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 LED的发展历程
• 1.2 LED的应用及其广阔前景
• 2 外延设备
• 2.1 MOCVD设备
• 2.2 外延设备的发展趋势
• 3 LED基本理论
• 3.1 LED基本工作原理
• 3.2 复合
• 3.3 多量子阱结构
• 4 GaN多量子阱材料MOCVD外延生长
• 4.1 MOCVD外延生长工艺
• 4.2 LED参数
• 4.3 相关测试技术
• 4.4 外延技术的发展趋势
• 5 总结
• 参考文献
• 致谢