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更新時間: 2013-12-04

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MOCVD是金屬有機化合物化學氣相澱積(Metal-organic Chemical Vapor DePosition)的英文縮寫。MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發展起來的一種新型氣相外延生長技術.金屬有機化學氣相沉積系統(MOCVD)是利用金屬有機化合物作為源物質的一種化學氣相澱積(CVD)工藝.主要應用於GaN LD和LED製作

MOCVD -概述

金屬有機化學氣相沉積系統(MOCVD)是利用金屬有機化合物作為源物質的一種化學氣相澱積(CVD)工藝.

MOCVD是金屬有機化合物化學氣相澱積(Metal-organic Chemical Vapor DePosition)的英文縮寫。MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發展起來的一種新型氣相外延生長技術.它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長源材料,以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延,生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不鏽鋼)反應室中進行,襯底溫度為500-1200℃,用射頻感應加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方),H2通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機物到生長區。

MOCVD -技術優點
(l)適用範圍廣泛,幾乎可以生長所有化合物及合金半導體;
(2)非常適合於生長各種異質結構材料;
(3)可以生長超薄外延層,並能獲得很陡的界面過渡;
(4)生長易於控制;
(5)可以生長純度很高的材料;
(6)外延層大面積均勻性良好;
(7)可以進行大規模生產。

MOCVD -MOCVD系統組成
因為MOCVD生長使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物質,並且要生長多組分、大面積、薄層和超薄層異質材料。因此在MOCVD系統的設計思想上,通常要考慮系統密封性,流量、溫度控制要精確,組分變換要迅速,系統要緊湊等。不同廠家和研究者所產生或組裝的MOCVD設備是不同的,但一般來說,MOCVD設備是由源供給系統、氣體輸運和流量控制系統、反應室及溫度控制系統、尾氣處理及安全防護報警系統、自動操作及電控系統等組成。
l)源供給系統
包括Ⅲ族金屬有機化合物、V族氫化物及摻雜源的供給。金屬有機化合物裝在特製的不銹剛的鼓泡器中,由通入的高純H2攜帶輸運到反應室。為了保證金屬有機化合物有恆定的蒸汽壓,源瓶置入電子恆溫器中,溫度控制精度可達0.2℃以下。氫化物一般是經高純H2稀釋到濃度5%一10%后,裝入鋼瓶中,使用時再用高純H2稀釋到所需濃度后,輸運到反應室。摻雜源有兩類,一類是金屬有機化合物,另一類是氫化物,其輸運方法分別與金屬有機化合物源和氫化物源的輸運相同。
2)氣體輸運系統
氣體的輸運管都是不鏽鋼管道。為了防止存儲效應,管內進行了電解拋光。管道的接頭用氫弧焊或VCR及SWAGELOK方式連接,並進行正壓檢漏及Snoop液體或He泄漏檢測,保證反應系統無泄漏是MOCVD設備組裝的關鍵之一。流量是由不同量程、響應時間快、精度高的質量流量計和電磁閥、氣動閥等來實現。在真空系統與反應室之間設有過濾器,以防油污或其它顆粒倒吸到反應室中。為了迅速變化反應室內的反應氣體,而且不引起反應室內壓力的變化,設置「run」和「vent,,管道。
3)反應室和加熱系統
反應室是由石英管和石墨基座組成。為了生長組分均勻、超薄層、異質結構的化合物半導體材料,各生產廠家和研究者在反應室結構的設計上下了很大功夫,設計出了不同結構的反應室。石墨基座是由高純石墨製成,並包裹SIC層。加熱多採用高頻感應加熱,少數是輻射加熱。由熱電偶和溫度控制器來控制溫度,一般溫度控制精度可達到0.2℃或更低。
4)尾氣處理系統
反應氣體經反應室后大部分熱分解,但還有部分尚未完全分解,因此尾氣不能直接排放到大氣中,必須先進行處理,處理方法主要有高溫熱解爐再一次熱分解,再用硅油或高錳酸鉀溶液處理;也可以把尾氣直接通入裝有H2SO4+H2O及裝有NaOH溶液的吸濾瓶處理;也有的把尾氣通入固體吸附劑中吸附處理,以及用水淋洗尾氣等。
5)安全保護及報警系統
為了安全,一般的MOCVD系統還備有高純從旁路系統,在斷電或其它原因引起的不能正常工作時,通入純N2保護生長的片子或系統內的清潔。在停止生長期間也有常通高純N2保護系統。
6)手動和自動控制系統
一般MOCVD設備都具有手動和微機自動控制操作兩種功能。在控制系統面板上設有閥門開關、各個管路氣體流量、溫度的設定及數字顯示,如有問題會自動報警,是操作者能及時了解設備運轉的情況。此外,MOCVD設備一般都設在具有強排風的工作室內。

MOCVD -目前全球及國內的MOCVD系統
隨著化合物半導體器件(如 GaAs MMIC、 InP MMIC以及GaN藍光LED)市場的不斷擴大,MOCVD系統的需求量不斷增長。目前國際上實力最為雄厚的MOCVD系統製造商有:德國Aixtron公司、美國的Emcore公司、英國的Thomass~(1999年被Aixtron兼并)等。因為MOCVD系統最關鍵的問題就是保證材料生長的均勻性和重複性,因此不同廠家的MOCVD系統最主要的區別在於反應室結構。Aixtron採用行星反應(Planetary Reactor),Emcore採用TurboDisc反應室(該業務己出售給Veeeo公司)、Thomas Swan(該公司於2003年2月份被Aixtron兼并)採用 Closed Coupled Showerhead(CCS)反應室。

MOCVD -應用 
目前國內擁有的進口MOCVD系統數十台,其中 Aixtron MOCVD系統和Emcore MOCVD系統占絕大多數,有少量的 Thomas Swan MOCVD系統、法國ASM MOCVD系統和日本RIPPON SANSO MOCVD系統,主要用於GaN LD/LED的研究和製造。
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科學      半導體

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