LPE外延方法的原理和特点

LED外延片生长的基本原理是：在一块加 LED外延片热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。LED外延片衬底材料选择特点： 1、结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小 2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强 3、化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀 4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小 5、导电性好，能制成上下结构6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小 7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等 8、价格低廉。 9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。 10、容易得到规则形状衬底(除非有其他特殊要求)，与外延设备托盘孔相似的衬底形状才不容易形成不规则涡流，以至于影响外延质量。 11、在不影响外延质量的前提下，衬底的可加工性尽量满足后续芯片和封装加工工艺要求。

碳化硅半导体产业链主要包括碳化硅高纯粉料、单晶衬底、外延片、功率器件、模块封装和终端应用等环节。

1.碳化硅高纯粉料

碳化硅高纯粉料是采用PVT法生长碳化硅单晶的原料,其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。碳化硅粉料有多种合成方式,主要有固相法、液相法和气相法3种。其中,固相法包括碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法液相法包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法气相法包括化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等。

2.单晶衬底

单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长,也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点,是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。目前,SiC单晶生长方法有物理气相传输法(PVT法)、液相法(LPE法)、高温化学气相沉积法(HTCVD法)等。

3.外延片

碳化硅外延片,是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。目前,碳化硅单晶衬底上的SiC薄膜制备主要有化学气相淀积法（CVD）、液相法（LPE）、升华法、溅射法、MBE法等多种方法。

4.功率器件

采用碳化硅材料制造的宽禁带功率器件,具有耐高温、高频、高效的特性。

5.模块封装

目前,量产阶段的相关功率器件封装类型基本沿用了硅功率器件。模块封装可以优化碳化硅功率器件使用过程中的性能和可靠性,可灵活地将功率器件与不同的应用方案结合。

6.终端应用

在第三代半导体应用中，碳化硅半导体的优势在于可与氮化镓半导体互补。由于SiC器件高转换效率、低发热特性和轻量化等优势,下游行业需求持续增加,有取代SiQ器件的趋势。

半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料。按内部电子结构区分，半导体与绝缘体相似，它们所含的价电子数恰好能填满价带，并由禁带和上面的导带隔开。半导体与绝缘体的区别是禁带较窄，在2～3电子伏以下。

典型的半导体是以共价键结合为主的，比如晶体硅和锗。半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电。它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制。掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子，则产生电子导电；如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子，则产生空穴导电。

半导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。

半导体材料主要用来制做晶体管、集成电路、固态激光器的探测器等器件。1906年发明真空三极管，奠定了本世纪上半叶无线电电子学发展的基础，但采用真空管的装备体积笨重、能耗大、故障率高。1948年发明了半导体晶体管，使电子设备走向小型化、轻量化、省能化，晶体管的功耗仅为电子管的百万分之一。1958年出现了集成电路。集成电路的发展带来了电子计算机的微小型化，从而使人类社会掀开了信息时代新的一页。目前制造集成电路的主要材料是硅单晶。硅的主要特性是机械强度高、结晶性好、自然界中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的硅单晶。可以说，硅材料是大规模集成电路的基石。

硅固然是取之不尽、用之不竭的原材料，但化合物半导体材料，如砷化镓很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体材料。因为与硅相比，砷化镓具有更高的禁带宽度，因而砷化镓嚣器件可以用于更高的工作温度，又由于它具有更高的电子迁移率，所以可用于要求更高频率和更高开关速度的场合，这也就使它成为制造高速计算机的关键材料。砷化镓材料更重要的一个特性是它的光电效应，可以使它成为激光光源，这是实现光纤通讯的关键。因而预计砷化镓材料在世纪之交的90年代将有一个大发展。

在高真空条件下，采用分子速外延（MBE）、化学气相沉积（CVD）、液相外延（LPE）金属有机化学气相沉积（MOCVD）、化学束外延（CBE）等方法，在晶体衬底上一层叠一层地生长出不同材料的薄膜来，每层只有几个原子层，这样生长出来的材料叫超晶格材料。超晶格的出现将为半导体材料、器件的发展开辟更新的天地。

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