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1、内容 人类发光照明的历史 LED 的发展史 GaN的发展历史 GaN的性质 GaN的应用 GaN 的制备方法 GaN的市场前景人类发光照明的历史LED 的发展史1962 年 GaAs19 年 GaNLED 的内部结构红光和蓝光有什么不同？材料能隙（禁带宽度）的不同导致发光颜色的不同 = 1024/Eg （nm）：电子和空穴复合才能发光为什么蓝光和绿光出现得比红光晚？GaAs 衬底蓝宝石 衬底GaAs 结构Ga 结构同质外延红光异质外延蓝绿光缺乏合适的衬底材料同质外延和异质外延同质外延异质外延异质外延的缺点生长后晶体质量差，缺陷多做成器件后发光效率低器件的使用寿命短GaN衬底隆重登场-为同质外延
2、而生GaN 的发展历史 GaN的研究始于20世纪60年代 1986年用MOCVD 在蓝宝石上成功生长出GaN 薄膜 1989年成功实现型掺杂的GaN 1994年蓝光开始商业化 1996年蓝光激光器研发成功GaN的性质原子结构： 六角密排结构GaN的性质acGaN的性质宽禁带半导体直接带隙半导体Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015)GaN的性质Jpn. J. Appl. Phys.54, 030101 (2015)GaN 的应用发光二极管发光二极管LED激光二极管激光二极管LD场效应晶体管场效应晶体管FET高电子迁移率高电子迁移率晶体管晶体管HEMT功率放大器功
3、率放大器Power Amplifier4G蜂窝基站工业微波加热无线供电l高耐压（600V）l体积小型化l功效显著提高l显色指数高，能发出接近自然 光的漂亮白色光l高发光效率LED照明激光器GaN 的应用-LED第一支发蓝光的PN节Jpn. J. Appl. Phys.55, 030101 (2016) SPECIAL REVIEWGaN 的应用-激光器J. Phys. D: Appl. Phys.47(2014) 073001GaN 的应用应用厂商自支撑GaN的制备步骤MOCVDHVPE自分离激光剥离HVPE 二次生长研磨抛晶体生长和人类的进步Japanese Journal of Appli
4、ed Physics54, 050101 (2015)自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVDMOCVD （金属有机化学气相沉积）在蓝宝石衬底上生长一层4um左右的GaN， 称为Mo - Template自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD19 x 219片机自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVD低温（550度）在蓝宝石上面生长缓冲层（成核层 25nm）高温（1050度）生长GaN层（成膜层）特点： 生长速度慢 ，厚度好控制，晶体质量好。自支撑GaN的制备步骤1 - MOCVDTwo-step growth gives blue light to the world ! Isamu Ak
5、asaki2014年诺贝尔物理学奖获得者自支撑GaN的制备步骤2 - HVPEHVPE （氢化物气象外延）在Mo-Template 上继续生长GaN自支撑GaN的制备步骤2 - HVPEHVPE （氢化物气象外延）HCL + Ga GaCL + H2 （900度）GaCL + NH3 GaN + HCL + NH4CL （1000度）特点： 生长速度快 ，可以达到100um/h以上，适合用于生长GaN厚膜衬底为什么GaN不能在蓝宝石上一直生长厚？晶格失配和热失配自支撑GaN的制备步骤3 -蓝宝石和GaN的分离蓝宝石和GaN的分离自分离： 生长到一定厚度，通过应力实现分离激光剥离：通过激光扫描的
6、方式实现分离自支撑GaN的制备步骤3 之自分离 K. Yamane et al. Journal of Crystal Growth 358 (2012) 14视频1000度自支撑GaN的制备步骤3 之自分离Na Lin, Jiejun Wu APPLIED PHYSICS LETTERS 104, 012110 (2014)特点： 生长时间长，合格率偏低浪费原材料。自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离自支撑GaN的制备步骤3 之激光剥离蓝宝石GaNX J Su， K Xu J. Phys. D: Appl. Phys.46(2013) 205103自支撑G
7、aN的制备步骤3 之激光剥离GaN蓝宝石特点： 合格率比较高对衬底的要求低不浪费原材料适合量产自支撑GaN的制备步骤4 HVPE 二次生长HVPE 二次生长250 - 300um650 - 750um自支撑GaN的制备步骤5 研磨抛磨边退火减薄抛光自支撑GaN的制备步骤5之磨边去除衬底边缘多晶自支撑GaN的制备步骤5之退火去除应力自支撑GaN的制备步骤5之减薄自支撑GaN的制备步骤5之抛光GaN的表征之平整度TTVTTV定义：TTV是Total thickness variation的缩写，名为总厚度变化，总厚度变化是指在厚度扫描或一系列点的厚度测量中，最大厚度与最小厚度的绝对差值。计算方法：TTV=|a|-|b|a表示晶片最大厚度b表示晶片最小厚度小于10umGaN的表征之表面粗糙度AFM : 原子力显微镜，利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性GaN的表征之表面粗糙度5 X 5 umGaN的表征之位错密度刃位错螺位错GaN的位错密度-XRD表征XRD测试仪器GaN的位错密度-XRD表征GaN的位错密度-XRD表征GaN 的市场GaN 的市场GaN 的市场