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。

液相外延技术(Liquid Phase Epitaxy,简称LPE)1963年由Nelson等人提出,其原理是:以低熔点的金属(如Ga、In等)为溶剂,以待生长材料(如Ga、As、Al等)和掺杂剂(如Zn、Te、Sn等)为溶质,使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态。通过降温冷却使石墨舟中的溶质从溶剂中析出,在单晶衬底上定向生长一层晶体结构和晶格常数与单晶衬底足够相似的晶体材料,使晶体结构得以延续,实现晶体的外延生长。这种技术可以生长Si、GaAs、GaAlAs、GaP等半导体材料以及石榴石等磁性材料的单晶层,用以做成各种光电子器件、微波器件、磁泡器件和半导体激光器等 。

液相外延由尼尔松于1963年发明，成为化合物半导体单晶薄层的主要生长方法，被广泛的用于电子器件的生产上。薄层材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。液相外延可分为倾斜法、垂直法和滑舟法三种，其中倾斜法是在生长开始前，使石英管内的石英容器向某一方向倾斜，并将溶液和衬底分别放在容器内的两端；垂直法是在生长开始前，将溶液放在石墨坩锅中，而将衬底放在位于溶液上方的衬底架上；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。在外延生长过程中，可以通过四种方法进行溶液冷却：平衡法、突冷法、过冷法和两相法。

与其他外延方法相比；它具有如下的优点：1）生长设备比较简单，；2）有较高的生长速率；3）掺杂剂选择范围广；4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低；5）晶体纯度高，生长系统中没有剧毒和强腐蚀性的原料及产物， *** 作安全、简便等。

LPE的不足在于，当外延层与衬底晶格常数差大于1%时，不能进行很好的生长。其次，由于分凝系数的不同，除生长很薄的外延层外，在生长方向上控制掺杂和多元化合物组合均匀性遇到困难。再者LPE的外延层表面一般不如气相外延好。

---