LED结构生长原理以及MOCVD外延系统的介绍(2)

2020-02-21 15:11

系生长所用的砷烷(AsH3)和Ga、Al 的有机金属源具有适合大面积均匀生长的热分解特性,而In、P系生长所用的磷烷(PH3) 和三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)具有大面积生长不利的热分解特性;(3) InGaAs(P)/InP系异质结的生长,不仅要切换Ⅲ族元素,而且还要切换Ⅴ族元素。目前,异质界面陡峭度已达到可生长两个原子层的量子阱,并可作出 InGaAs/InP量子阱激光器。此外还可用该材料制作高质量的高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)、自电光效应器件(SEED)以及长波长光源和探测器等新一代微波毫米波单片集成电路及光电子器件和电路。美国TRW公司研制的InP系HEMT,其最大振荡频率(fmax)达到600GHz。日本东芝公司生产InP系HEMT在30GHz下,噪声系数为0.8dB、增益为11.5dB;在57GHz下,噪声系数为0.9dB、增益为7.6dB;在94GHz下,噪声系数为2.1dB、增益为3.9dB。 [影响]

近年来由于光通信的蓬勃发展,固体激光器、探测器及光波导的研究引起人们极大关注,MOCVD工艺在生长多层超薄层异质结材料方面显示出它独特的优越性。

MOCVD技术的发展大大推动了以GaAs为主的Ⅲ-Ⅴ族半导体及其它多元多层异质材料的生长,大大促进了新型微电子技术领域的发展,造就了 GaAs IC、 GeSi、 GaN等器件及集成电路以及各种超晶格新型器件诞生。特别是GaAs IC(MESFET、HEMT、HBT以及以这些器件为主设计和制造的集成电路)和红外及其它光电器件,在军事应用中有着极其重要的意义。GaAs 微波毫米波单片集成电路(MIMIC)和GaAs超高速集成电路将在新型相控阵雷达、阵列化电子战设备、灵巧武器和超高速信号处理、军用计算机等主要方面起着至关重要的作用。

美国非常重视发展GaAs IC在微波毫米波应用领域的应用前景,于1987年由国防高级研究计划局(DARPA)主持制订MIMIC发展计划,投资5.36亿美元发展GaAs IC产品。美国在90年代中期有50多种以上整机系统使用MIMIC。其整机系统主要包括灵巧武器、雷达、电子战和通信等领域。在雷达方面,包括S、C、X、Ku波段用有源T/R模块设计制造的相控阵雷达;在电子战

方面,Raytheon公司正在大力发展宽带、超宽带GaAas MIMIC的发射/接收(T/R)模块和有源诱铒MIMIC;在灵巧武器方面,美国MIMIC计划的第一阶段已有8种灵巧武器使用了该电路,并在海湾战争中得到了应用;在通信方面,主要是国防通信卫星系统(DSCS)、全球卫星定位系统(GPS)、短波超高频通信的小型化和毫米波保密通信等。

光电子器件在军事上的应用已成为提高各类武器和通信指挥控制系统性能的关键技术之一,堪称\有效力量倍增器\,对提高系统性能有着十分重要的作用。主要包括激光器、光电探测器、光纤传感器、电荷耦合器件(CCD)摄像系统和平板显示系统等。它们广泛应用于雷达、定向武器、制导寻的器、红外夜视探测、通信、机载、舰载、车载显示系统以及导弹火控、雷达声纳系统等。

MOCVD是制作上述光电子、微电子、和微波毫米波器件的关键技术之一,是提高系统可靠性的基础技术。也正是由于MOCCVD技术近年来的不断改进,为上各种器件性能的提高奠定了基础。专家认为,未来半导体光电子学的重要突破口将是对超晶格、量子阱、量子线、量子点结构材料及器件的深入研究,而这一切都要依赖于MOCVD等超薄层生长技术的进步。 MOCVD设备及外延技术

MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅵ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔,混合气体流经加热的衬底表面时,在衬底表面发生热分解反应,并外延生长成化合物单晶薄膜。它之所以成为当今最受重视、商用价值最高的外延技术,是因为它有以下特点:

1.所有原材料都以气态输入反应腔,可以通过精确控制各种源和掺杂剂气体流量来控制外延层的组分、掺杂浓度和厚度等。

2.晶体生长以热分解方式进行,是单温区外延生长,因此设备简单,重复性好,便于批量生产。 3.晶体的生长速率决定于源的供给量,并且可以在较大范围内调整外延生长速度。

4.采用低压生长,可以减小外延生长过程的存储效应和过渡效应,因此异质界面可以实现单原子

层突变,适合超薄层结构生长。辅以计算机全自动控制,就可以很方便地生长各种高质量的量子阱超晶格材料。

由于MOCVD使用的原材料大多是易燃易爆的有毒气体,因此要求设备的气密性要好,要求装备安全监控和抽风装置。设备一般由下述部分组成(1)气源供给系统;(2)气体输送系统;(3)电子控制系统;(4)反应腔及操作箱;(5)尾气处理系统;(6)安全保护及报警系统。MOCVD外延技术具有的优点,如对组分层厚界面的精确控制、较低的维护费用、规模化的工业生产等,是其它外延技术诸如MBE、CBE、ALE等无法同时达到的。所以,几乎全世界所有光电器件厂家都采用MOCVD外延技术来制作光电器件,其中主要是量子阱器件及其光集成器件,因此提到MOCVD外延技术,就不能不提到量子阱器件及其光集成器件。


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