外延基础知识
一、基本概念
能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。
能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子能量状态可用能带描述）
导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带）
直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。
间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。
同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN）
异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN）
超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。
量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。
二、半导体
1.分类：元素半导体：Si 、Ge
化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC
2.化合物半导体优点：
a.调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。（光电器件一般选用直接带隙材料）
b.高电子迁移率。
c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。
3.半导体杂质和缺陷
杂质：替位式杂质（有效掺杂）
间隙式杂质
缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子
线缺陷：如位错
面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错
4.外延技术
LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。（普亮LED常用此生长方法）
MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。
HVPE：氢化物汽相外延，是近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜和超晶格外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。
MBE：分子束外延，可精确控制晶体生长，生长出的晶体异常光滑，晶格质量非常好，但生长速率慢，难以用于工业化大生产。
三、MOCVD设备
1.发展史：国际上起源于80年代初，我国在80年代中（85年）。
国际上发展特点：专业化分工，我国发展特点：小而全，小作坊式。
技术条件：a.MO源：难合成，操作困难。
b.设备控制精度：流量及压力控制
c.反应室设计：Vecco:高速旋转
Aixtron:气浮式旋转
Tomax Swan :CCS系统（结合前两种设备特点）
Nichia:双流式
2.MOCVD组成
常用MO源：TMGa(三甲基镓，液态)
TMAl（三甲基铝，液态）
TMIn（三甲基铟，固态，现已有液态）
TEGa（三乙基镓，液态）
Cp2Mg（二茂基镁，固态，现已有液态）
载气为纯度很高（99.999999%）的氢气和氮气
特气：高纯度（99.9999%）的AsH3(砷烷，液态)PH3（磷烷，液态）Si2H6（乙硅烷，气态）（前三种为红黄光生产使用）NH3（氨气，液态）SiH4（硅烷，气态）（后两种为蓝绿光生产使用）
气控单元：主要由MFC（流量计）、PC（压力计）和一些管道组成，用于气体的控制和输送。
控制单元：根据PC机输入的生长程序，对工艺进行控制。
反应室：a.按压力分可分为常压反应室（如Nichia公司的设备）和低压反应室（如Veeco和Aixtron公司的设备）。两者区别：气体流速。低压反应室优点：气体切换快，停滞层薄，预反应小，界面转换快。B.按形状分：水平式（Aixtron）、立式（Vecco和Tomax Swan）、桶式（常用于Si外延）和双流式（Nichia）。
衬底：红黄光生长用GaAs(砷化镓)，蓝绿光生长用Al2O3(蓝宝石)（最通用）、SiC（Cree）和GaAs(砷化镓)、Si(硅)（后两种仍处于实验室阶段）等。
尾气处理器：主要用于生长后的废气处理，使其达到无污染排放。红黄光生长产生尾气用化学尾气处理器处理，蓝绿光生长产生的尾气用湿法尾气处理器处理。
四、LED的MOCVD外延生长
1.基本反应：
红黄光：TMGa+AsH3 GaAs+CH4
TMGa+PH3 GaP+CH4
蓝绿光：TMGa+ NH3 GaN+CH4
反应特点：a.远离化学平衡：Ⅴ/Ⅲ>>1
b.晶体生长速率主要由Ⅲ族元素决定
2.外延层结构及生长过程
（1）红黄光LED
电工基础知识讲座第一章电力生产概况 概况
我们大家都知道，自然界中存在的能量是有许多种，例如常见的机械能、热能、光能、水能、化学能等等，根据能量守恒与转换定律得知，各种能量之间在一定的条件下是可以互相转换的。并且能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。能量的总和保持不变。 例如，发电厂和电网就是一个多种能量相互转换的系统。在火电厂的锅炉中燃烧着的煤炭通过化学反应，使水获得热能变成高压蒸汽（高温高压），高压蒸汽推动汽轮机转动，将它所具有的能量转换为机械能，汽轮机带动发电机转动又将机械能转换成了电能。 而水力发电站则是将具有一定势能的水冲动水轮机转动，水轮机再带动发电机转动，最后将机械能转换成了电能。 电能再经过升压站、降压站和输电线等设备送到用户，又转换成各种形式的能量为人们的生活和各种生产活动服务。例如电动机可以将电能转换成机械能；电灯可以将电能转换成光能；电炉可以将电能转换成热能等等。 下面我们就围绕“电”的概念，从几个方面的课件展开，一起学习关于电的相关知识及其应用。 第二章电工常用名词、定义及符号 §2―1电路的概念 一、电路 电路就是电流所流经的路径，它是由电源、负载（负荷）、连接导线和开关等几个基本部分组成。 二、三相交流电路 在磁场中放置三个匝数相同彼此在空间相距120°的线圈。当转子由原动机带
动，并以匀速按顺时针方向转动时，则每相绕组依次被磁力线切割，就会在三个线圈中分别产生频率相同、幅值相等的正弦交流电动势eА、eв、eс，三者在相位上彼此相差120°，再用导线和负载连接起来就构成了三相交流电路。 §2―2 常用名词、定义及符号 一、电压 在电场中两点间的电位差就叫做电压。电压的符号用“U”表示，电压的单位为伏特（简称伏）、用符号“V”表示。 在需要测量很低的电压时，是用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位；在需要测量
外延基础知识 一、基本概念 能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。 能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子能量状态可用能带描述） 导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带） 直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。 间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。 同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN） 异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN） 超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。 量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。 二、半导体 1.分类：元素半导体：Si 、Ge 化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC 2.化合物半导体优点： a.调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。（光电器件一般选用直接带隙材料） b.高电子迁移率。 c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。 3.半导体杂质和缺陷 杂质：替位式杂质（有效掺杂） 间隙式杂质 缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子 线缺陷：如位错 面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错 4.外延技术 LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。（普亮LED常用此生长方法） MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。 HVPE：氢化物汽相外延，是近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜和超晶格外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。 MBE：分子束外延，可精确控制晶体生长，生长出的晶体异常光滑，晶格质量非常好，但生长速率慢，难以用于工业化大生产。 三、MOCVD设备 1.发展史：国际上起源于80年代初，我国在80年代中（85年）。 国际上发展特点：专业化分工，我国发展特点：小而全，小作坊式。 技术条件：a.MO源：难合成，操作困难。 b.设备控制精度：流量及压力控制 c.反应室设计：Vecco:高速旋转 Aixtron:气浮式旋转