首先，SiO2掩膜沉积于GaN层上，随后条带通过衬底腐蚀，衬底还能阻止高温时的GaN成核。晶粒在相遇前只能横向生长，此后传统的ELO生长发生。横向层在SiO2表面扩张，SiO2表面沉积于GaN层之上。悬空外延技术还有一些变种，例如无需SiO2掩膜的悬空外延[GEH00]，以及选择性悬空外延，也称为“空气桥”ELO[KID 00]。图2-26 GaN在SiC上的悬空外延生长，图片摘自文献[DAV 01]。......
2023-06-15
GaN生长技术对白光LED市场的意义
【摘要】：经比较，光电子器件GaN生长采用的温度超过1000℃。面对公立和私人实验室对蓝光ZnSe激光器市场的激烈争夺，日本Nichia Chemical公司一位名叫S.Nakamura的研究人员意识到有必要解决GaN领域的问题，因为只有这样才能确保公司在市场上的竞争力。所以Nakamura直接找到他的上级，说服他提供1500万美元用于开展他的研究计划。目前他是位于Santa Barbara的加利福尼亚大学的一名教授，仍从事GaN基光电子学的研究工作。目前制约白光LED进入常规照明市场的原因是它们过高的成本。
毫无疑问，掌握GaN晶体的生长、尤其是在蓝宝石衬底上的异质外延生长技术，是高亮度蓝光LED发展的关键因素。第一次合成GaN的尝试发生于20世纪60年代末期[DIN 71]，当时应用的是混合汽相外延（HVPE）技术。用这种方法可以得到高品质的单晶，但样品的尺寸过小。在随后的10年间，GaN的p型掺杂毫无疑问是最主要的技术障碍，直到1988年Akasaki教授团队的研究成果出现前，这种材料被认为是毫无用处的。他们的研究工作实现了镁掺杂GaN层在电子束辐射下的p型掺杂[AMA 89]。与此同时，硒化物Ⅱ-Ⅵ族半导体引起人们的极大兴趣，因为其宽带隙适合于发出蓝绿光。Sony、3M和Philips等大型工业公司致力于制造短波长激光二极管，目的是增强CD-ROM或DVD光读写器的数据存储能力。很不幸，20世纪90年代中期生产的激光器寿命很短，只有几百小时，而上述应用要求寿命为几万小时。寿命有限的原因可用Ⅱ-Ⅵ族激光二极管运行时非辐射性缺陷数量的增加来解释。原子间微弱的结合能是使用低生长温度（300～500℃）的原因，但也因此产生了结构性缺陷。这种固有特性使Ⅱ-Ⅵ基半导体不适合于长寿命的光电子应用。经比较，光电子器件（LED和激光器）GaN生长采用的温度超过1000℃。
让我们回到20世纪80年代中期，如前所述，人们对Ⅱ-Ⅵ族半导体开展了大量的研究工作，但科学界忽视了GaN基化合物。面对公立和私人实验室对蓝光ZnSe激光器市场的激烈争夺，日本Nichia Chemical公司一位名叫S.Nakamura的研究人员意识到有必要解决GaN领域的问题，因为只有这样才能确保公司在市场上的竞争力。所以Nakamura直接找到他的上级，说服他提供1500万美元用于开展他的研究计划。首先他在佛罗里达大学（美国）学习了MOVPE生长技术，并制作出他自己的生长反应器（详细资料参见文献[NAK 00]）。通过这种方式，Nakamura在这一领域积累了超群的经验。目前他是位于Santa Barbara的加利福尼亚大学的一名教授，仍从事GaN基光电子学的研究工作。毫无疑问，他极大地影响了过去20年Ⅲ族氮化物半导体的研究。我们要特别注意以下研究成果：发现加温退火的p型掺杂方法，第一个高亮度蓝光LED[NAK 94]，第一个脉冲激光器[NAK 96]和随后的连续GaN激光器，高发光效率白光LED[NAK 98]等。注意白光LED即将因出色的性能取代氖管等其他光源，并彻底改变常规的照明方式。目前白光LED的发光效率达到160lm/W，而氖管和爱迪生白炽灯的效率分别为80lm/W和15lm/W。目前制约白光LED进入常规照明市场的原因是它们过高的成本。
尽管GaN基光电子器件的性能相当出色，但它在各方面仍有很大的提升空间，尤其是GaAs和Si单晶衬底已经存在，而GaN单晶衬底还没有制造出来。例如，GaN基激光器的波长范围较小，中心值约为405nm，在长波长应用中它们的性能迅速降低。绿色激光器现在还不存在，而绿光LED的性能也不佳，尽管后者目前已经用于日常应用（例如交通灯）。实际上绿光LED的效率远低于蓝光LED。本章将详细讨论效率降低的原因。一部分原因是有源区中部表现出的极化效应产生的内部电场。另一方面，当增加阱中的铟含量时，还要考虑“材料”限制的原因。
绿光LED是GaN半导体领域的主要挑战，如果它们的效率接近蓝光LED，则有助于使白色光源的光效达到最大值。白色光源光效的理论极限为250lm/W。结合了红光、绿光和蓝光高性能LED的光源的光效可超过200lm/W，即氖管实际光效的2倍。另外，发光的“舒适度”也与氖管不同，因为这种光源的色温与太阳的接近。最后，这种照明系统根据用户的需要选择照明环境。因此，完全可以理解为何大型照明工业公司（Osram、Philips）对常规GaN LED的研究、尤其是绿光LED的开发表现出极大的兴趣。
本章首先通过GaN pn结特性的研究来分析n型和p型掺杂问题，接着将讨论由1个或几个InGaN/GaN量子阱组成的高亮度有源LED，随后将研究在这些异质结构中出现的极化场效应问题，最后将探讨决定器件辐射效率的各种参数，本章以GaN LED领域的最新进展和对前景的展望作为结论。
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2023-06-15
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GaCl气体输送至晶片，在此处与NH3混合，就得到了GaN，化学反应式为外部的炉子同时加热生长室和装有液态镓的舟皿。由此，用MOVPE法生长的2in GaN晶片被用作生长的原始料。图2-33说明了随着用HVPE法在蓝宝石上沉积的GaN层厚度增加，位错密度将减少。形成大块GaN衬底时，必须将GaN层从其衬底上分离。GaAs的优点是与GaN的CTE匹配比蓝宝石的更好。随后这一技术转让给了LUMILOG，进行使用HVPE的GaN厚层生长。......
2023-06-15
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白光LED颜色的标准化探析详细阅读
厂商根据公差将LED分类，并归入不同的“筛选格”，“筛选格”由小颜色四边形组成，它们在日光轨迹附近覆盖了色度图，包含了大范围的色温。这就是“筛选”。四边形的界限平行于普朗克轨迹并位于等色温线上。只要色差的范围未超过几度视角，这种变化通常是可以接受的。3）美国国家标准协会发布了白光LED与色温有关的色度工差建议值[ANS 07]。......
2023-06-15
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量子阱LED的辐射效率问题及其生长技术详细阅读
然而，实验很快证明GaN位错实际上是抑制光发射的非辐射性复合中心。然而，仍没有出现对LED效率的令人接受的解释。图3-11 高能量量子阱的CL图像和薄InGaN层的AFM图像，层厚为典型量子阱的厚度以及薄InGaN层的AFM图像，发光能量为额定能量尽管如此，InGaN/GaN量子阱基LED的辐射效率问题仍在争论当中。研究中较突出的一个结论是为了阻止位错上的非辐射性复合，需要激子的局部化。需要注意的是实现高辐射效率的生长技术是MOVPE技术。......
2023-06-15
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外延生长技术降低氮化物LED位错密度，推动照详细阅读
LED用外延生长的方法沉积于某些微米厚的GaN层上，这些GaN层是在Al2O3或SiC衬底上异质外延生长形成的。对于ELO，这种位错减小了100倍，位错密度从5×108/cm2降至ELO 2S GaN的5×106/cm2。目前的研究可能使大块GaN和AlN在不久的将来出现，与用水热法获得SiO2和ZnO的方法相同。目前，3家公司能够生产并商业化他们的产品。一块2in、400μm厚的GaN衬底成本约为1500欧元。大规模工业生产将降低成本，并实现照明用氮化物LED性能的大幅提高。......
2023-06-15
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如何利用MOVPE进行GaN生长？详细阅读
MOVPE于20世纪70年代首次应用于As[MAN 72]。有机金属与NH3前体经两个独立的入口注入反应器，目的是减少气相的寄生反应。图2-16 MOVPE反应器示意图注：有机金属化合物和NH3经两个独立的管道注入生长室。由于生长期间使用的高温，NH3的流量必须大，以避免氮从GaN表面蒸发。......
2023-06-15
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2023-06-15
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