白色LED发光器件相关材料（1）-外延基板在线视频

我们刚才讲了五大种材料

第一大种材料

就是基板材料

外延基板材料

因为要在基板上

长出所需要的

单晶膜层出来

基板

必须得选择合适

我们看这个图

是给了一个什么图

就是说这是各种材料

这种材料热膨胀系数

纵坐标

横坐标是点阵常数

我们看氮化镓在这个地方

氮化镓在这儿

热膨胀系数和点阵常数

我们要外延的是

氮化镓 氮化镓铟

或者氮化镓铝的膜层

这些膜层

它的点阵常数

和它的热膨胀系数

跟氮化镓大同小异

为什么说

它都是三五族的

只不过是原子系数有点差别

那么就是说不同元素

元素 原子系数有点差别

所以我们找基板

一定是要以氮化镓为圆心

在这上边先画小圆

再画大圆

再画更大的圆

越是在小圆里边的越好

小圆里找不着

就在中圆找

中圆找不着在大圆里边找

它是这么一个原则

我们看找的过程当中

找到有些东西

比方这眼

找到了组成非常复杂的眼

做单晶肯定是很难的

特别是做大尺寸单晶

是比较难的

那最后找了半天

找谁

找氮化铝

氮化铝找着了

那氮化铝

制作单晶是非常难的

不是很容易

那么氮化铝烧结的

无液相出来

它这种多晶体制作都比较难

做单晶体那更比较难了

那么再往外找

找到谁

找到了三氧化二铝

它的点阵常数有相似的地方

但是它主要的结构不一样

氮化镓的结构

是闪锌矿的

三氧化二铝是六方的

那么六方的

01-10面

要跟氮化镓的某一个镜面

它们有某种匹配的关系

利用 所以

就选择了蓝宝石

当然了氮化铝

特别是6H的

碳化硅

也是备选材料

那么现在

有人做这种

这种氮化硅

氮化硅做什么

做这种外延基板

氮化硅做外延基板

还有一个最大的好处是

它是个半导体

它可以双向引出电极来

我刚才讲了还有用硅的

还有用硅的等等这些

就是找到了

基板

目前

最成熟的是蓝宝石

蓝宝石开始是2英寸的

4英寸的 6英寸的

我们国内好多厂家

生产蓝宝石

东北 哈工大什么

都生产蓝宝石

氮化镓

氮化镓比如说

闪锌矿的这种

它的结构

这是给了它一些参数的

总而言之

我们选择基板材料

肯定是一个单晶材料

要考虑点

它的点阵常数匹配

它的热膨胀系数匹配

为什么热膨胀系数匹配

因为在制作过程当中

使用过程当中

升温 降温

如果外延膜层

跟基板本身

热膨胀系数不匹配

它就会产生热应力

热应力一强

首先开裂的肯定是膜层

开裂的是膜层

膜层一开裂

器件就坏了

所以必须选择什么

热膨胀系数和点阵常数

匹配得比较好的

到目前为止选择就是

是什么

就是蓝宝石和碳化硅

碳化硅

当然我们国内

做的比较出色的

是用硅 基板上

外延膜层

它也

也得有过渡层

效果还是很好的

那么制作蓝宝石

采取什么办法

我们知道蓝宝石

它是一种化合物单晶

跟硅单晶比较起来

当然要拉制单晶

是比较难的

我们知道现在硅单晶

用这种直拉法

可以到12英寸

现在甚至可以到16英寸

等等这些都

300毫米的

450毫米的这都可以

一拉 拉两米长的

这都是不太成问题的

但是对于蓝宝石来讲

蓝宝石来讲就拉

单晶就比较困难

你们看看这是

利用Cz法

延A轴生长的蓝宝石单晶

4寸的 6寸的

也拉不了特别

长度很长的

那么现在采取比较

最多的方法是坩埚下降法

不 是泡生法

什么叫泡生法

就这个图

这是直拉法了

这是由两边有导向的

有导向单晶的

这种是Cz法

就是不太适合用拉

蓝宝石的单晶

用的比较多

是泡生法

泡生法 这个图

什么叫泡生法

当然泡生法

是一个外国人的名字了

他的名字是这样

但是泡生

名字起的是非常好的

因为我们知道

拉单晶

是往上 直拉法往上拉

把子晶粘上去往上拉

坩埚下降法

是不往上拉单晶

把这坩埚

自己往下降

坩埚下降法

跟直拉法比较起来

因为只是坩埚下降

拉杆不动

这样

可以保持稳定

泡生法

是干脆大家伙都不动

晶体不动

坩埚也不动

靠什么

就是靠它的散热方向的控制

温度梯度的控制

当然子晶还是要的

使晶体自然的

使液体自然的长成单晶

泡在液体里边

逐渐的长出单晶来

把这种方法

叫做泡生法

那么现在泡生法

已经大量的

公司已经在采用

在大概五六年以前

在全世界范围内

出现了蓝宝石的荒

韩国一些公司

全世界收购

拉出来的蓝宝石

拉出多少来他要多少

他储存起来

作为一种战略物资

他储存起来

当然这两年

情况已经发生了变化

这是泡生法

注意 刚才我们讲的了

为什么要点阵常数匹配

点阵常数如果不匹配

这是两种晶体

在生长的过程当中

这个点阵常数大一些

这个点阵常数小一些

那么它要对齐了

外延就得是

这叫异质外延了

同质外延

当然没有问题了

异质外延

那么异质外延你看

由于它点阵常数小

它点阵常数大

那么又要求它对齐

那么几个对齐对齐

对齐到一定程度

是多出一层

这就是一个刃型位错

这是一个刃型位错

如果是非要给它

这样一一对齐

一一对齐的结果

肯定存在着应力

所以

如果晶格不匹配

里面缺陷就多

点缺陷线缺陷都比较多

除了这个以外

还要存在着应力

应力和点缺陷

都会影响它的发光率

产生非发光中心等等这些

都会影响它的效率

所以

制作高水平的单晶

也是制作发光二极管的

一个很重要的方面

这是我这个表上

给出来代表性

基板单晶材料的一些性质

这是硅

这是6H碳化硅

砷化镓

氮化镓

蓝宝石 氧化镁

铝酸镁 镓酸铝

还有氧化锌等等这些

都是单晶材料了

给出了它一些

这是它这给出来的适配度

有的适配度太大

你们看是20

有的适配度比较小

当然适配度越小越好

热膨胀系数的差越小越好

只有这样

才能实现比较理想的外延

那么这张表

是蓝宝石的一些基本的性质

蓝宝石

它的适配度尽管比较大

但是它的

热膨胀系数的差别

比较小

我们看看硅

适配度很大

要想在硅上外延

氮化镓薄膜

必须得采取过渡层

没有过渡层

肯定是不行的

下边这张图

给出来蓝宝石的

单晶的一些性质

像折射率什么的

也要考虑

为什么要考虑

那它有一个全反射的问题

这些都得

必须得考虑到