GaN体单晶生长研究进展

宽禁带GaN半导体器件以其优异的电学和光学特性,已成为目前半导体领域中的研究热点。以高质量GaN体单晶基片为衬底的同质外延生长,是发挥GaN半导体器件优异性能的关键。高质量GaN单晶基片的缺乏已成为当前制约GaN器件发展的瓶颈。本文从影响LED器件设计与制造的关键因素(衬底)分析,综述了近年来几种常见GaN体单晶生长方法,并对它们的发展前景做出了展望。     

LED相关专利简介

1纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法公开(公告)号:CN102610715A摘要:一种纳米无荧光粉白光氮化镓发光二极管的制作方法,包括以下步骤:步骤1:取一衬底;步骤2:在衬底上外延生长GaN缓冲层1和n-GaN层;步骤3:在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模     

宽禁带SiC单晶衬底研究进展

碳化硅(SiC)作为第3代宽禁带半导体的核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率、化学稳定性好等优良特性,是制作高压、大功率、高频、高温和抗辐射新型功率半导体器件的理想材料。近年来,国内外在SiC单晶衬底制备方面取得了重大进展。对SiC单晶衬底材料的最新发展进行回顾,包括SiC单晶生长技术、直径扩大、缺陷控制等,对SiC单晶材料的发展趋势进行了展望。随着高质量大尺寸SiC衬底材料的迅速发展,大大降低了SiC器件的制造成本,为SiC功率器件的发展提供了坚实基础。     

掺质极宽禁带半导体β-Ga_2O_3单晶光电性质调控研究进展

近年来,β-Ga_2O_3材料的研究和应用成为国际上的热点。由于β-Ga_2O_3禁带宽度大(4.8～4.9 eV),击穿场强高达8 MV/cm~3,其单晶可以通过多种熔体法生长,故β-Ga_2O_3是一种极具潜力的应用于大功率电子设备和深紫外(DUV)光电探测器的半导体材料。本文综述介绍了β-Ga_2O_3晶体的结构、光电性质和单晶生长方法,总结了不同掺质β-Ga_2O_3晶体的光学性质和电学性质。人们可以通过不同掺质对晶体的光电性质进行调控,以满足不同的应用目的。最后总结了β-Ga_2O_3晶体在功率器件、LED衬底和日盲探测器方面的应用。     

外延生长单晶FeRh/MgO/PMN-PT异质结与电场调控磁性能

引入MgO薄膜作为缓冲层,采用磁控溅射镀膜方法在(001)取向[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]0.7—x[PbTiO3]0.3(PMN-PT)单晶铁电衬底上外延生长单晶FeRh二元合金薄膜,从而获得单晶FeRh/MgO/PMN-PT多层膜异质结.利用XRD进行物相分析和结构表征,表明MgO缓冲层的插入促使单晶FeR...     

Si衬底GaN基功率电子材料及器件的研制

目前,采用Si上生长氮化镓(GaN)材料这一技术路线制备功率电子器件,已成为业界共识。而这一技术路线最大的挑战就是Si衬底GaN外延生长应力调控、高耐压和导通电阻稳定性控制技术。成功地制备了无裂纹、低翘曲、高导通、均一性好、耐压高的2~8英寸Si衬底GaN外延片,外延材料满足650 V功率器件要求,并在6英寸互补金属氧化物半导体(CMOS)产线上成功开发出650 V,200 mΩ的功率场效应晶体管(FET)器件。     

六英寸Si基GaN功率电子材料及器件的制备与研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表,具有优异的材料物理特性,更加适合于下一代电力电子系统对功率开关器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣工作温度的要求。为了兼容Si基CMOS工艺流程,以及考虑到大尺寸、低成本等优势,在Si衬底上进行GaN材料的异质外延及器件制备已经成为业界主要技术路线。详细介绍了在6英寸Si衬底上外延生长的AlGaN/GaN HEMT结构功率电子材料,以及基于6英寸CMOS产线制造Si基GaN功率MIS-HEMT和常关型Cascode GaN器件的相关成果。     

超高压4H-SiC p-IGBT器件材料CVD外延生长

介绍偏晶向4H-SiC衬底上化学气相沉积(CVD)外延生长及其竞位掺杂方法,使用"热壁"CVD外延生长系统,在4英寸4°偏角n~+型4H-SiC衬底上进行了p型4H-SiC外延层及p型绝缘栅双极型晶体管(p-IGBT)器件用p~-n~+结构材料生长,利用Candela CS920表征了100μm厚p型4H-SiC外延层表面缺陷及结构缺陷,典型表面缺陷为三角形缺陷和胡萝卜缺陷,3种结构缺陷分别是基晶面位错(BPD)、三角形肖克利型层错(SSF)和条形层错(BSF)。微波光电导衰退法(μ-PCD)测试表明,100μm厚p型4H-SiC外延层载流子寿命为2.29μs,采用二次离子质谱(SIMS)测试方法分析了不同铝(Al)掺杂浓度的深度分布,最高Al掺杂浓度为2×10~(19)cm~(-3)。     

GaN基电力电子器件关键技术的进展

氮化镓GaN(gallium nitride)材料非常适合应用于高频、高功率、高压的电子电力器件当中。目前,GaN功率电子器件技术方案主要分为Si衬底上横向结构器件和Ga N自支撑衬底上垂直结构器件2种。其中,横向结构器件由于制造成本低且有良好的互补金属-氧化物-半导体CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)工艺兼容性已逐步实现产业化,但是存在材料缺陷多、常关型难实现、高耐压困难以及电流崩塌效应等问题;垂直结构器件能够在不增大芯片尺寸的条件下实现高击穿电压,具有非常广阔的市场前景,也面临着材料生长、器件结构设计和可靠性等方面的挑战。基于此,主要针对这两种器件综述介绍并进行了展望。     

加速坩埚转动生长钇铁石榴石单晶

一、前言钇铁石榴石单晶材料(简称YIG),是提供滤波器,限幅器、固体信号源,电调延迟线等微波铁氧体单晶器件中必不可少的磁性材料。生长YIG单晶材料的方法有很多种。如熔盐法、气相法、拉晶法、水热法等等。比较起来,用熔盐法有很多优点:(1)可以在较低温度下工作。(2)所得晶体质量较好而且掺杂容易。(3)所需设备较简单。所以多年来,生长YIG晶体一直采用熔盐法。所谓熔盐法是在混合氧化物内(如Y_2O_3、Fe_2O_3等)加入一种或几种助熔剂(PbO、PbF_2、B_2O_3等)从而降低总     

第三代半导体GaN功率开关器件的发展现状及面临的挑战

氮化镓(GaN)材料具有优异的物理特性,非常适合于制作高温、高速和大功率电子器件,具有十分广阔的市场前景。Si衬底上GaN基功率开关器件是目前的主流技术路线,其中结型栅结构(p型栅)和共源共栅级联结构(Cascode)的常关型器件已经逐步实现产业化,并在通用电源及光伏逆变等领域得到应用。但是鉴于以上两种器件结构存在的缺点,业界更加期待能更充分发挥GaN性能的"真"常关MOSFET器件。而GaN MOSFET器件的全面实用化,仍然面临着在材料外延方面和器件稳定性方面的挑战。     

GaN衬底材料的研究与发展

GaN同质外延衬底的研制对发展氮化物半导体激光器、大功率高亮度LED,以及高功率电子器件等是非常重要的。本文介绍了宽禁带氮化物半导体衬底材料研究方面技术原理、新方法以及所取得最新进展。大量创新性的衬底技术的应用,给自支撑GaN衬底在半导体微电子器件和光电子器件等领域大规模生产和应用提供了可能。     

2017年第8期“宽禁带半导体电力电子器件”专辑征文启事

正为促进宽禁带半导体电力电子器件技术研究和产业应用推广,本刊拟将2017年第8期辟为"宽禁带半导体电力电子器件"专辑。征文范围包括:①Si衬底GaN及自支撑GaN材料的晶体生长技术;②GaN基电力电子器件(二极管,MOSFET等)的关键技术及挑战;③SiC基电力电子器件(二极管,MOSFET及IGBT等)的关键技术及挑战;     

GaN外延薄膜的研究进展

首先回顾GaN外延薄膜生长工艺。然后综述了高质量GaN外延薄膜生长技术的最新重要进展，主要的新技术有：横向外延生长技术；柔性衬底技术；多缓冲层技术；短周期超晶格（SPS）技术；沟道接触结技术以及四组分AlInGaN合金技术，最后对GaN外延薄膜生长技术的发展方向及应用前景提出了展望。     

Si（111）衬底GaN的MOCVD生长研究

利用LP—MOCVD在Si（111）衬底上,以高温AIN为缓冲层,分别用低温GaN（LT—GaN）和偏离化学计量比富Ga高温GaN（HT—GaN）为过渡层外延生长六方相GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD），扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM）和光致荧光光谱（PL）进行分析，结果表明，有偏离化学计量比富Ga HT—GaN为过渡层生长的GaN薄膜质量明显优干以HT—GaN为过渡层生长的GaN薄膜，得到GaN（0002）和（10—12）的DCXRD半高宽（FWHM）分别为698s和842s。     

不同组织结构的锌电极循环伏安行为研究

在前期研究的基础上,采用循环伏安法考察了不同晶面锌电极、锌多晶电极以及锌多晶织构电极的电化学行为。研究表明,锌单晶(002)晶面电极的氧化还原可逆性优于锌单晶(100)晶面电极,锌单晶(100)晶面电极的氧化和还原能力优于锌单晶(002)晶面电极;而锌多晶体电极的氧化还原性能优于锌单晶电极;对于平板锌电极,位错与其他缺陷的存在不仅提高锌电极的氧化还原反应可逆性,而且提高了电极的氧化以及还原性能,而织构的影响相对较小。     

钇铁石榴石单晶的生长

钇铁石榴石(YIG)单晶是一种很重要的磁性材料,自一九五八年到现在,人们用水热法、焰熔法、熔盐法,拉晶—熔盐组合法等生长这种单晶。本文参考国外发表的有关文章,结合一定的实际,从基本概念出发粗浅地叙述生长中的有关问题,特别着重于使用最多的熔盐法的发展,为了说明基本概念,借用了不少其它单晶生长的知识,以便作为YIG生长的参考,是否正确,批评指正。下面从五个方面加以叙述:一、历史上的几种方法和有关问题;二、助熔剂挥发降温生长;三、加速坩埚旋转,局部冷却;四、加籽晶和等温生长;五、发展的几个问题。     

用布里茲曼法生长的锰锌铁氧体单晶成分的变化

在感应炉中,在至五个大气压的氧压下,生长了锰锌铁氧体单晶,我们断定:用布里茲曼法获得均匀的锰锌铁氧体单晶是困难的。将成分为(MnO)_(28.0)(ZnO)_(13.8)(Fe_2O_3)_(58.2)的烧结铁氧体块放入Pt-Rh坩埚中,并加热使其熔化,坩埚以10毫米/小时的速度下拉,通过温度梯度为45℃/厘米的凝固区。将所生长的直径为18毫米,高度为30毫米的单晶垂直切开,在切割面上成分的变化用萤光X射线分析进行了研究。在所有的单晶中,成分沿着垂直的方向连续的变化,而水平方向上的成分几乎不变,在空气中生长的单晶中,单晶底部成分为(MnO)_(25.3) (ZnO)_(15.2)(Fe_2O_3)_(59.5)在离底部24毫米的上部区域,成分变为(MnO)_(30.2)(ZnO)_(13.5)(Fe_2O_3)_(56.3)     

Ce,Gd∶YAG单晶复合K_2SiF_6∶Mn~(4+)红色荧光粉的制备及其光电性质的研究

采用提拉法生长共掺Ce和Gd的钇铝石榴石单晶(Ce,Gd∶YAG),开展了白光LED用新型YAG单晶复合K_2SiF_6∶Mn~(4+)荧光粉材料的制备和光谱性能研究。检测到Ce,Gd∶YAG单晶在激发波长为460 nm处有强烈的激发带,可证实存在能量传递。发现当Y~(3+)部分被Gd3+取代后,发射峰向长波长方向移动。研究了Ce∶YAG单晶厚度的变化对其色坐标、亮度、发光效率和色温的影响,发现Ce,Gd∶YAG单晶制备的LED器件发光中红光成分还是不够。为了缓解白光LED用Ce,Gd∶YAG单晶仍然缺少红光的问题,采用丝网印刷法将红色荧光粉K_2SiF_6∶Mn~(4+)印刷在Ce,Gd∶YAG单晶衬底上制备白光LED。研究了不同含量的K_2SiF_6∶Mn~(4+)红色荧光粉对其色坐标、亮度、发光效率和色温的影响。研究发现,随着含量的增加,器件的发光由冷白光逐渐向暖白光区域移动,色温有所降低,显色指数上升。Ce,Gd∶YAG单晶复合红色荧光粉的思路可以对LED照明发暖白光有所参考。     

稀土铁石榴石的磁光性质

我们研究了(GdPrBi)_3(FeGaIn)_5O_(12)和(YLaBi)_3(FeCa)_5O_(12)两种石榴石系列的光吸收和法拉第旋转。在室温之下,使用助熔剂法生长的块状单晶,在近红外范围完成了测量。本工作的主要目的是发展一种具有高磁光优值和低饱和磁化强度的材料。实验证明,“掺铟”的混合稀土镓铁石榴石有希望用于工作波长1.064微米的室温磁光器件。