MOCVD和LED基础知识介绍

ＬＥＤ结构生长原理以及ＭＯＣＶＤ外延系统的介绍2012-2-22 10:02:33摘要：MOCVD外延技术是国内目前刚起步的技术，本文主要介绍外延的基本原理以及目前世界上主要外延生产系统的设计原理及基本构造。

第一章外延在光电产业角色近十几年来为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。

而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管ＬＥＤ及激光二级管ＬＤ的应用无不说明了Ⅲ－Ⅴ族元素所蕴藏的潜能，表１－１为目前商品化ＬＥＤ之材料及其外延技术，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓ＧａＡｓＰ材料为主。

ＭＯＣＶＤ机台是众多机台中最常被使用来制造ＬＥＤ之机台。

而ＬＥＤ或是ＬＤ亮度及特性的好坏主要是在于其发光层品质及材料的好坏，发光层主要的组成不外乎是单层的ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井ＳｉｎｇｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ或是多层的量子井ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，而尽管制造ＬＥＤ的技术一直在进步但其发光层ＭＱＷ的品质并没有成正比成长，其原是发光层中铟Ｉｎｄｉｕｍ的高挥发性和氨ＮＨ３的热裂解效率低是ＭＯＣＶＤ机台所难于克服的难题，氨气ＮＨ３与铟Ｉｎｄｉｕｍ的裂解须要很高的裂解温度和极佳的方向性才能顺利的沉积在ＩｎＧａＮ的表面。

但要如何来设计适当的ＭＯＣＶＤ机台为一首要的问题而解决此问题须要考虑下列因素：) u9 S- o4 T4 d/ [4 M１要能克服ＧａＮ成长所须的高温２要能避免ＭＯＧａｓ金属有机蒸发源与ＮＨ３在预热区就先进行反应３进料流速与薄膜长成厚度均。

一般来说ＧａＮ的成长须要很高的温度来打断ＮＨ３之Ｎ－Ｈ的键解，另外一方面由动力学仿真也得知ＮＨ３和ＭＯＧａｓ会进行反应产生没有挥发性的副产物。

了解这些问题之后要设计适当的ＭＯＣＶＤ外延机台的最主要前题是要先了解ＧａＮ的成长机构，且又能降低生产成本为一重要发展趋势。

MOCVD的原理及应用1. 简介MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种常用于半导体器件制造的薄膜沉积技术。

它通过在高温下分解金属有机化合物来沉积出具有特定性质的材料薄膜，广泛应用于光电子、电子器件、传感器等领域。

2. 工作原理MOCVD的工作原理基于热分解金属有机化合物，并在局部反应过程中生成所需的元素。

主要包括以下步骤：2.1 材料供应•这一步骤中，金属有机化合物被蒸发，以供应原子组分用于沉积薄膜。

2.2 衬底制备•在MOCVD系统中，衬底被清洗和加热，以去除污染物并提供合适的表面条件来接受沉积材料。

2.3 沉积材料生成•衬底被置于反应室中，金属有机化合物分子通过比例阀和气流送入反应室。

•在反应室中，金属有机化合物发生热分解，生成金属和有机残留物。

•金属在表面反应，生成所需材料的薄膜。

2.4 管理反应过程•反应温度、气流速度和金属有机化合物的供应速率等参数需要准确控制，以获得所需薄膜的理想特性。

3. 应用领域MOCVD技术在以下领域得到广泛应用：3.1 光电子器件制造•MOCVD可用于生长具有特定波长、高纯度和优异光电特性的半导体材料。

这些材料常用于光电子器件，如激光器、LED等。

3.2 电子器件制造•在电子器件制造中，MOCVD可用于沉积具有特定性能的绝缘体、传导薄膜和金属氧化物薄膜。

3.3 传感器制造•MOCVD也广泛应用于传感器制造。

通过调整材料组分和沉积条件，可以获得特定性能的材料，用于制造高灵敏度、高稳定性的传感器。

3.4 生物医疗•MOCVD可以用于沉积生物医疗领域的材料，如生物传感器、生物医疗器械等。

3.5 其他应用领域•MOCVD还可用于制造太阳能电池、光伏设备、显示器件等。

4. 优势与挑战4.1 优势•MOCVD可以控制沉积材料的组分和性能，以满足不同应用的要求。

•MOCVD具有高度适应性，可用于不同形状和尺寸的衬底。

•MOCVD可在较低的温度下进行材料沉积，以减少热应力。

《GaN基LED不同功能层的MOCVD生长及其性能研究》一、引言近年来，GaN基LED作为光电器件的重要组成部分，广泛应用于照明、背光以及全息显示等各个领域。

在GaN基LED的生产过程中，各功能层的生长工艺对最终产品的性能具有重要影响。

MOCVD（金属有机化学气相沉积）技术作为GaN基LED生长的主要手段，其生长工艺的优化和性能研究显得尤为重要。

本文将针对GaN基LED的不同功能层进行MOCVD生长及其性能的研究。

二、GaN基LED的MOCVD生长（一）生长原理MOCVD技术是一种利用气态反应物在加热的衬底表面进行化学反应并生成固态材料的技术。

在GaN基LED的生长过程中，通过控制反应物的种类、浓度、流量以及衬底的温度和压力等参数，实现对不同功能层的生长。

（二）不同功能层的生长1. N型GaN层：作为LED的电子注入层，其生长过程中需控制氮气和有机金属源的比例，保证其晶体质量和导电性能。

2. 多量子阱（MQW）层：由交替生长的AlGaN/GaN材料构成，是LED的主要发光层。

通过调整量子阱的层数、宽度以及组分等参数，优化光电器件的光电性能。

3. P型GaN层：作为LED的空穴注入层，其生长过程中需注意与N型GaN层的匹配度，保证良好的电学和光学性能。

三、MOCVD生长后的性能研究（一）晶体质量分析通过X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等手段，对不同功能层的晶体质量进行分析。

XRD可以检测出晶格结构的变化，而AFM则可以提供更直观的表面形貌信息。

这些信息有助于了解MOCVD生长过程中各参数对晶体质量的影响。

（二）光电性能研究通过测试LED的发光效率、光谱半峰宽、电流-电压特性等参数，评估不同功能层的MOCVD生长对LED光电性能的影响。

其中，发光效率是衡量LED性能的重要指标，光谱半峰宽则反映了LED的光色纯度。

四、实验结果与讨论（一）实验结果通过MOCVD生长不同功能层后，我们得到了具有良好晶体质量和光电性能的GaN基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。

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。

半导体照明产业基础知识第一章 LED照明基础知识 (3)1、半导体照明的概念 (3)2、LED基本发光原理 (3)3、LED光源的特点 (4)4、LED的优点 (5)5、LED发展历史 (6)6、LED显示屏常用术语解释 (6)7、LED极限参数的意义 (15)8、LED的分类 (15)9、LED的适用范围和各类应用 (19)10、LED产业链分布 (20)11、LED发展现状 (20)12、LED发展趋势 (21)总结：LED照明设计 (21)第二章 LED衬底材料的基本知识 (22)1、LED衬底的概念和作用 (22)2、LED衬底材料的种类 (23)3、LED衬底选择的原则 (26)4、LED衬底的工艺流程 (26)第三章 LED外延片基础知识 (28)1、LED外延生长的概念和原理 (28)2、LED外延片衬底材料选择特点 (28)3、LED外延片衬底材料种类 (29)4、LED外延片生长工艺 (31)第四章 LED芯片基础知识 (35)1、LED芯片的概念 (35)2、LED芯片的组成元素 (35)3、LED芯片的分类 (35)4、LED芯片特性表（详见下表介绍） (38)5、LED芯片的工艺流程 (38)第五章 LED封装基本知识 (47)1、LED封装的概念 (47)2、LED封装的分类 (48)3、LED封装工艺流程 (51)4、LED封装器件的性能 (55)5、提高LED发光效率的技术 (56)第六章白光LED的基础知识 (59)1、白光LED的概念 (59)2、白光LED发光原理 (59)3、白光LED技术指标 (61)4、白光LED技术难点 (61)5、大功率白光LED的封装技术研究 (62)第七章 LED应用的基础知识 (69)1、信息显示 (69)2、交通信号灯 (73)3、汽车用灯 (74)4、LED背光源 (76)5、半导体照明 (79)第一章 LED照明基础知识1、半导体照明的概念又名LED照明。

LED结构生长原理以及M 0 C V D外延系统的介绍2012-2-22 10:02:33摘要：M0CVD外延技术是国内目前刚起步的技术，本文主要介绍外延的基本原理以及目前世界上主要外延生产系统的设计原理及基本构造。

第-•章外延在光电产业角色近十几年来为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。

而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管L E D及激光二级管L D的应用无不说明了III-V族元素所蕴藏的潜能，衣1 一1为目前商品化L ED之材料及其外延技术，红色及绿色发光二极管之外延技术人多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷础化缘G a A s P材料为主。

MOCV D机台是众多机台中最常被使用来制造L ED之机台。

而L E D或是L D亮度及特性的好坏主要是在于其发光层品质及材料的好坏，发光层主要的组成不外乎是单层的I n G a N/G a N量了井S ingle Quantum Well或是多层的量子井M u 1 t i p 1 e Quantum Well,而尽管制造LED的技术-直在进步但其发光层MQW的品质并没有成正比成长，其原是发光层中钢I n d i urn的高挥发性和氨NH 3的热裂解效率低是M 0 C V D机台所难于克服的难题，氨气NH 3与钢I n d i um的裂解须要很高的裂解温度和极佳的方向性才能顺利的沉积在I n G a N的衣而。

但耍如何来设计适当的M 0 C V D机台为•首要的问题而解决此问题须要考虑下列因素：）u9 S- o4 T4 d/ [4 M 1要能克服G a N成长所须的高温2要能避免M 0 G a s金属有机蒸发源与N H 3在预热区就先进行反应3进料流速与薄膜长成厚度均。

•般来说G a N的成长须要很高的温度来打断NH 3之N — H的键解，另外方血•由动力学仿真也得知NH3和N4O Gas会进行反应产生没有挥发性的副产物。