项目名称：高性能LED制造与装备中的关键基础问题研究首席科学家：刘岩深圳清华大学研究院起止年限：2011.11-2016.8依托部门：深圳市科技工贸和信息华委员会一、关键科学问题及研究内容本项目以高光效、高可靠性、大功率、低成本LED制造和装备所面临的五个关键技术挑战为突破口，围绕以下三个重要科学问题展开研究，突破LED产业链上、中、下游关键制造环节中的瓶颈。科学问题一大尺寸LED晶圆制造中影响光效、光衰的主要缺陷形成机理及抑制。随着LED芯片制造向大尺寸衬底晶圆、低缺陷密度、高光效方向发展，对衬底平坦化、外延生长、芯片制造技术及相关装备提出了一系列挑战。例如，大尺寸晶圆衬底表面必须高质量平坦化，否则其缺陷将延伸到外延层，直接影响外延层的质量。另外，由于晶圆尺寸增大，导致衬底制备和外延生长中晶圆翘曲，缺陷更加严重，导致量子效率下降。这些缺陷会直接影响光效、光衰。如何抑制缺陷、提高量子效率是大功率LED制造的关键问题。其中的技术难点包括：大尺寸同质衬底生成过程中的缺陷控制，MOCVD外延中的缺陷抑制和量子效率调控，超硬衬底材料表面原子级平坦化中的缺陷控制。需要解决的科学问题具体内涵包括：非均匀场和微扰动对衬底和外延层生长动力学过程的影响规律及与缺陷产生的关系，和难加工衬底材料原子级平坦化中的界面行为及缺陷控制原理。需要研究用于大尺寸GaN同质衬底制备的HVPE反应腔和用于大尺寸晶圆外延的MOCVD反应腔的设计方法，以实现反应腔内气体的均匀扩散和混合，温度场的均匀控制，保持层流和均匀的化学反应速率，晶体生长过程中不同沉积速率与反应物质流量控制的精确匹配，以满足外延生长中的波长一致性（偏差≤±5nm）、厚度和组分均匀性（偏差≤5％）等要求；研究超硬难加工衬底材料表面原子级平坦化（表面粗糙度Ra<0.1nm）和高效去除（去除速率大于6μm/h）方法，解决衬底材料的平坦化难题。针对这些难点，设置三方面研究内容：1）大尺寸同质衬底生成及缺陷控制原理与装备实现建立适用于HVPE快速生长非平衡态体系的热力学过程和动力学生长模型，考虑化学反应及反应副产物等动力学因素，并利用此模型对外延膜表面的形核、长大及聚结进行深入分析；在反应腔尺寸放大条件下，进行流场温度场均匀性设计，实现GaN厚膜厚度均匀性和晶体质量均匀性控制；研究自支撑GaN厚膜HVPE的生长动力学特性，探索晶格失配、热失配、形核与聚结等对厚膜应力生成和积聚的影响规律，寻找降低或阻断应力和缺陷生成的方...
