科普：不可不看的外延芯片基礎(chǔ)知識(shí)

1、什么是外延和外延片?

外延也稱為外延生長(zhǎng)，是制備高純微電子復(fù)合材料的一工藝過(guò)程，就是在單晶(或化合物)襯底材料上淀積一層薄的單晶(或化合物)層。新淀積的這層稱為外延層。淀積有外延層的襯底材料叫外延片。

　　2、哪些材料可以用作生長(zhǎng)外延層的襯底材料，它們各自有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

用得最廣泛的襯底材料是砷化鎵，可用于生長(zhǎng)外延層GaAs、GaP、GaAlAs、InGaAlP，其優(yōu)點(diǎn)是由于GaAs的晶格常數(shù)比較匹配可制成無(wú)位錯(cuò)單晶，加工方便，價(jià)格較便宜。

缺點(diǎn)是它是一種吸光材料，對(duì)PN結(jié)發(fā)的光吸收比較多，影響發(fā)光效率。

磷化鎵可生長(zhǎng)GaP：ZnO、GaP：N、GaAs、GaAlAs：N以及InGaAlP的頂層，其優(yōu)點(diǎn)是它是透明材料，可制成透明襯底提高出光效率。

生長(zhǎng)InGaN和InGaAlN的襯底主要有藍(lán)寶石(Al2O3)、碳化硅和硅。藍(lán)寶石襯底的優(yōu)點(diǎn)是透明，有利于提高發(fā)光效率，目前仍是InGaN外延生長(zhǎng)的主要襯底。

缺點(diǎn)是有較大的晶格失配;硬度高，造成加工成本高昂;熱導(dǎo)率較低，不利于器件的熱耗散，對(duì)制造功率LED不利。碳化硅襯底有較小的晶格失配，硬度低，易于加工，導(dǎo)熱率較高，利于制作功率器件。

　　3、LED的發(fā)光有源層?PN結(jié)是如何制成的?哪些是常用來(lái)制造LED的半導(dǎo)體材料?

LED的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PN結(jié)。PN結(jié)就是指在一單晶中，具有相鄰的P區(qū)和N區(qū)的結(jié)構(gòu)，它通常在一種導(dǎo)電類型的晶體上以擴(kuò)散、離子注入或生長(zhǎng)的方法產(chǎn) 生另一種導(dǎo)電類型的薄層來(lái)制得的。

常用來(lái)制造LED半導(dǎo)體材料主要有砷化鎵、磷化鎵、鎵鋁砷、磷砷化鎵、銦鎵氮、銦鎵鋁磷等Ⅲ?Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，其它還有Ⅳ族化合物半導(dǎo)體碳化硅， Ⅱ?Ⅵ族化合物硒化鋅等。

　　4、MOCVD是什么?

MOCVD是Metel-Organic Chemical Vapor Deposition的簡(jiǎn)稱，即金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積，它是外延生長(zhǎng)的一項(xiàng)技術(shù)，它是利用特制的設(shè)備，以金屬有機(jī)物源(MO源)作原料，用氫氣或氮?dú)庾?為載氣，通入液體中攜帶出蒸汽，與Ⅴ族的氫化物混合，再通入反應(yīng)室，在加熱的襯底表面發(fā)生反應(yīng)，外延生長(zhǎng)化合物晶體薄膜。

由于MOCVD的晶體生長(zhǎng)反應(yīng)是在熱分解中進(jìn)行的，所以又叫熱分解法。經(jīng)實(shí)用表明，這是一種具有高可靠性、控制厚度精確、組成摻雜濃度精度高、垂直性好、 靈活性大。目前是生產(chǎn)AlGaInP紅色和黃色 LED和InGaN藍(lán)色、綠色和白色LED的可工業(yè)化方法。現(xiàn)人們通常也把這種特制的設(shè)備籠統(tǒng)地叫作MOCVD。