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MOCVD
MOCVD
⽬录
简介
我国MOCVD发展介绍
概况
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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。[1]
概况
系统组成
因为MOCVD⽣长使⽤的源是易燃、易爆、毒性很⼤的物质，并且要⽣长多组分、⼤⾯积、薄层和超薄层异质材料。因此在MOCVD系统的设计思想上，通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确，组分变换要迅速，系统要紧凑等。不同⼚家和研究者所产⽣或组装的MOCVD设备是不同的。⼀般由源供给系统、⽓体输运和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾⽓处理及安全防护报警系统、⾃动操作及电控系统。
【源供给系统】
包括Ⅲ族⾦属有机化合物、V族氢化物及掺杂源的供给。⾦属有机化合物装在特制的不锈刚的⿎泡器中，由通⼊的⾼纯H2携带输运到反应室。为了保证⾦属有机化合物有恒定的蒸汽压，源瓶置⼊电⼦恒温器中，温度控制精度可达0.2℃以下。氢化物⼀般是经⾼纯H2稀释到浓度5%⼀10%后，装⼊钢瓶中，使⽤时再⽤⾼纯H2稀释到所需浓度后，输运到反应室。掺杂源有两类，⼀类是⾦属有机化合物，另⼀类是氢化物，其输运⽅法分别与⾦属有机化合物源和氢化物源的输运相同。
【⽓体输运系统】
⽓体的输运管都是不锈钢管道。为了防⽌存储效应，管内进⾏了电解抛光。管道的接头⽤氢弧焊或VCR及Swagelok⽅式连接，并进⾏正压检漏及Snoop液体或He泄漏检测，保证反应系统⽆泄漏是MOCVD设备组装的关键之⼀。流量是由不同量程、响应时间快、精度⾼的质量流量计和电磁阀、⽓动阀等来实现。在
真空系统与反应室之间设有过滤器，以防油污或其它颗粒倒吸到反应室中。为了迅速变化反应室内的反应⽓体，⽽且不引起反应室内压⼒的变化，设置“run”和“vent，，管道。
【反应室和加热系统】
反应室是由⽯英管和⽯墨基座组成。为了⽣长组分均匀、超薄层、异质结构的化合物半导体材料，各⽣产⼚家和研究者在反应室结构的设计上下了很⼤功夫，设计出了不同结构的反应室。⽯墨基座是由⾼纯⽯墨制成，并包裹SIC层。加热多采⽤⾼频感应加热，少数是辐射加热。由热电偶和温度控制器来控制温度，⼀般温度控制精度可达到0.2℃或更低。
【尾⽓处理系统】
反应⽓体经反应室后⼤部分热分解，但还有部分尚未完全分解，因此尾⽓不能直接排放到⼤⽓中，必须先进⾏处理，处理⽅法主要有⾼温热解炉再⼀次热分解，再⽤硅油或⾼锰酸钾溶液处理;也可以把尾⽓直接通⼊装有H2SO4+H2O及装有NaOH溶液的吸滤瓶处理;也有的把尾⽓通⼊固体吸附剂中吸附处理，以及⽤⽔淋洗尾⽓等。
【安全保护及报警系统】
为了安全，⼀般的MOCVD系统还备有⾼纯从旁路系统，在断电或其它原因引起的不能正常⼯作时，通⼊纯N2保护⽣长的⽚⼦或系统内的清洁。在停⽌⽣长期间也有常通⾼纯N2保护系统。
【⼿动和⾃动控制系统】
⼀般MOCVD设备都具有⼿动和微机⾃动控制操作两种功能。在控制系统⾯板上设有阀门开关、各个管路⽓体流量、温度的设定及数字显⽰，如有问题会⾃动报警，是操作者能及时了解设备运转的情况。此外，MOCVD设备⼀般都设在具有强排风的⼯作室内。
优点1 适⽤范围⼴泛，⼏乎可以⽣长所有化合物及合⾦半导体;
2 ⾮常适合于⽣长各种异质结构材料;
3 可以⽣长超薄外延层，并能获得很陡的界⾯过渡;
4 ⽣长易于控制;
5 可以⽣长纯度很⾼的材料;
6 外延层⼤⾯积均匀性良好;
7 可以进⾏⼤规模⽣产。
⽬前全球及国内的MOCVD系统
随着化合物半导体器件(如GaAs MMIC、InP MMIC以及GaN蓝光LED)市场的不断扩⼤，MOCVD系统的需求量不断增长。⽬前国际上实⼒最为雄厚的MOCVD系统制造商有:德国Aixtron公司、美国的Emcore公司（其MOCVD已被Veeco兼并）、英国的Thomass~(1999年被Aixtron兼并)等。因为MOCVD系统最关键的问题就是保证材料⽣长
的均匀性和重复性，因此不同⼚家的MOCVD系统最主要的区别在于反应室结构。Aixtron 采⽤⾏星反应(PlanetaryReactor)，Emcore采⽤TurboDisc反应室(该业务⼰出售给Veeco 公司)、Thomas Swan(该公司于2003年2⽉份被Aixtron兼并)采⽤Closed Coupled Showerhead(CCS)反应室。
⽬前国内拥有的进⼝MOCVD系统700台左右，其中Aixtron MOCVD系统和Emcore MOCVD系统占绝⼤多数，有少量的Thomas Swan MOCVD系统、法国ASM MOCVD系统和⽇本RIPPON SANSO MOCVD系统，主要⽤于GaN LD/LED的研究和制造。
