MOCVD精讲

MOCVD和LED基础知识的介绍
一、MOCVD原理
MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）是金属有机化学气相沉积的缩写。

它是一种利用化学气相沉积技术在晶体衬底上制备复合材料（通常为硅、硅化物等复合材料）以形成多功能半导体晶体管结构的原子级技术。

MOCVD可以被用于制造有机-无机材料的复合层，也可以用于制造金属-金属、有机-金属等复合层，甚至可以用于制造复合层间的界面。

它通常采用微观结构技术或界面技术来优化层的性能，涉及材料有半导体、金属、有机化学、液体等，可以进行复合多层，还可以将金属作为金属电极接触层接入到电子器件中。

二、LED基础知识
LED（Light-Emitting Diode），又称发光二极体，是一种特殊的半导体发光体，由一种由n型半导体和p型半导体构成的电子管。

LED发光体的工作原理是当传入电流时，n-型半导体会有多余电子，p-型半导体会有多余的空穴，由于两种半导体的依附相互吸引，当多余的电子和空穴碰撞时，会发生热量和光产生，从而产生发光。

LED的发光效率非常高，大约比普通的白炽灯高20～30倍。

LED发光效率随着发光角度的变化而发生变化，平均发光角度约10°～150°，对于发光角度非常苛刻的场合，应选择合适的LED。

一文看懂MOCVD据麦姆斯咨询报道，美国专利商标局（USPTO）本周二授予了苹果公司（Apple）一项有关压力传感器的专利，未来苹果可能使用Face ID的VCSEL（垂直腔面发射激光器）技术，改进未来iPhone的3D Touch功能。

两年前，苹果手机曾发布3D人脸识别功能，将VCSEL技术带入了公众视野。

这是继2017年后，第二次苹果将VCSEL技术推向台前。

MOCVD是VCSEL的关键过去，VCSEL主要作为一种低成本运动跟踪和数据传输的光源技术用于计算机鼠标、激光打印机和光纤通信。

1996年，VCSEL首次被应用了到光通信中,尤其在短距离光通信领域，850 nm VCSEL成为了理想的光源之一。

而后，3D人脸识别出现，为940 nm VCSEL的发展提供了契机。

至此，由以光通信为主的850 nm慢慢转向以应用于消费级设备为主的940 nm。

除此之外，人们还发现在AR、VR、汽车智能辅助驾驶和人工智能等应用场景下，VCSEL也有极其优越的表现。

其中，具有更高功率要求的激光雷达等汽车应用，需要使用更大的VCSEL阵列。

但是，VCSEL的制造工艺非常复杂，尤其依赖于MOCVD（金属有机物气相沉积）工艺。

Veeco产品营销总监Mark McKee认为：“发展VCSEL技术，需要采购更多的金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统，以保证制造产能加速跟上激光雷达系统的需求。

现在的问题是如何实现最高的性能和最高的产率以满足市场需求。

而这需要基于业界领先的MOCVD技术。

”可见，MOCVD技术对于VCSEL发展的重要性。

那么，MOCVD 是什么？什么是MOCVD？MOCVD是1968年由美国洛克威公司的manasevit等人提出制备化台物单晶薄膜的一项新技术，到80年代初得以实用化。

从定义上来看，MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。

在金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术中，反应气体在升高的温度下在反应器中结合以引起化学相互作用，将材料沉积在基板上。

综上所述，GaN基材料和器件已有广泛而重要的应 用。因此，GaN基材料和器件的研究对发展国民经济， 促进科技进步，具有重要的意义。
•4
GaN材料的特性(一) 与传统第一、二代半导体材料的性质差异
1. GaN基材料热导率接近于Si，相比GaAs材料高的多。 2. GaN基材料熔点相比传统半导体材料高很多，此外 GaN基材料具有十分良好的抗腐蚀性能和很高的硬度， 这使得它能适应在高温等恶劣环境下工作。 3. GaN具有很高的电子饱和漂移速度，因此可制作高 频、高速器件。 4. GaN击穿电场比其它半导体材料高，可在更高的偏 置电压下工作，能满足高功率的工作要求。 5. 含In的GaN基材料具有独特的发光特性。
6
究中，目前没
αc=3.17×10- αc=4.2×10-6 有高质量的材
6
料和较准确的
参数。
GaN和AlN有接近的晶格匹配和热膨胀系数，因此采用AlN衬底，
将得到更低缺陷密度的GaN外延。因目前大尺寸高质量的AlN材
料无法制备，因此在做GaN材料时会在衬底上先氮化一薄层类似
AlN的材料。
•13
GaN体材料的生长(一)
因此，在器件设计时要综合考虑掺杂和生长温度等对 电学性能、材料表面形貌和晶体质量的影响。
•16
InGaN/GaN多量子阱的生长
InGaN/GaN量子阱是LED材料的核心结构，在其生长过程 中，因低温生长有利于In的并入和减少In-N分解，而高温生长能获得 高质量的GaN材料，为此InGaN/GaN多量子阱生长采用高低温法。 InGaN/GaN多量子阱生长过程中生长温度、载气成分、上下气流比、 生长中断、生长速率等工艺条件对In组分的并入及材料特性有着重要 的影响。
纤锌矿结构中也存在非极性面，如m(1-100)、a(11-20)都是 GaN材料的非极性面。不过目前非极性GaN基材料的生长仍在研 究阶段，并未大规模应用于生产。

MOCVDMOCVD⽬录简介我国MOCVD发展介绍概况展开简介我国MOCVD发展介绍概况简介定义MOCVD是在⽓相外延⽣长(VPE)的基础上发展起来的⼀种新型⽓相外延⽣长技术。

缩写M etal-o rganic C hemical V apor D eposition （⾦属有机化合物化学⽓相沉淀)。

原理MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体⽣长源材料，以热分解反应⽅式在衬底上进⾏⽓相外延，⽣长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。

通常MOCVD系统中的晶体⽣长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁⽯英(不锈钢)反应室中进⾏，衬底温度为500-1200℃,⽤射频感应加热⽯墨基座(衬底基⽚在⽯墨基座上⽅),H2通过温度可控的液体源⿎泡携带⾦属有机物到⽣长区。

我国MOCVD发展介绍12⽉12号，中国⾸台具有世界先进⽔平的⼤型国产MOCVD设备发运庆典在张江⾼新区核⼼园举⾏。

张江⾼新区管委会副主任侯劲及⼯信部、市经信委、浦东新区、常州等有关领导和5家客户出席了发运庆典仪式。

作为LED芯⽚⽣产过程中最为关键的设备，MOCVD的核⼼技术长期被欧美企业所垄断，严重制约了中国LED产业的健康发展。

中晟光电设备上海有限公司于今年初1⽉18⽇成功实现了拥有⾃主创新知识产权的具有世界先进⽔平的⼤型国产MOCVD 设备下线，仅⽤了10个⽉时间，⼜完成了⼯艺的开发和设备进⼀步的改进优化，完成了设备产业化⽣产必备条件与设施的建⽴；在此基础上⼜完成了4家客户的多次实地考察，亲临操作设备和验证各项⼯艺。

客户充分肯定了中晟设备的技术⽅向和设计上的世界先进性，也对设备⽤于⼤规模⽣产提出了进⼀步改进的建设性要求。

使该设备同时具有⽬前世界上最⾼的系统产能、最低的外延⽣产成本、良好的波长均匀性、⼤规模外延⽣产所需的各项关键性能等4项核⼼的差异竞争⼒。

这次我国⾸台具有世界先进⽔平的⼤型国产MOCVD设备成功发运，不仅标志着在实现中国⼤型MOCVD设备国产化战略⽬标的征途上，中晟迈开了具有⾥程碑意义的⼀步，⽽且充分体现了中国有能⼒在⾼端装备领域实现跨越式的发展。