外延生长工艺原理10

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外延生长

LED制造系列之---外延生长
外延生长的定义与种类
定义：外延生长就是指在某种起始单晶（衬底）上生长具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的过程
1. 液相外延（LPE）
2. 金属有机化学汽相沉积（MOCVD）
3. 分子束外延（MBE）4. 化学分子束外延 NhomakorabeaCBE）
液相外延（LPE）
液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法。生长的单晶薄膜可以与衬底的晶向相同，也可以相对于衬底表面的晶向具有另一种特定的晶格取向。液相外延时，首先在较高温度下把加有溶质的溶剂溶解成溶液，当冷却到较低温度时，溶液就变成过饱和状态。当衬底与这种溶液接触并逐渐降温时，溶质就将从溶剂里析出，在衬底上延伸出新的单晶层，生长层的组分（包括掺杂）由相图来决定。液相外延技术于1963年由内尔逊（Nelson）提出，此后应用该技术已经研制和生产出许多半导体光电子器件，其中主要的是异质结构器件。它包括探测器、发光管、激光器、太阳能电池、半导体光阴极和光电子集成器件。
右图表示GaAs液相和固相的平衡相图。 A代表Ga原子，B代表As原子，TA,TB,TAB分别代表Ga，As和GaAs的熔点，各自为 29.8℃，810℃和1238℃。用Ga做溶剂，在低于GaAs熔点温度下，利用不同温度下 GaAs在Ga中的溶解度可以生长GaAs晶体。如起始Ga溶液内组成为x2，当温度为T3时，若溶液与GaAs衬底接触，这时由于处于液相区，溶液未饱和，所以衬底GaAs将继续被溶入（回熔）Ga溶液中，是溶液中As含量增加。相点C向右移动至D点后，达到该温度下的饱和状态，GaAs停止溶解。如溶液组成为x2的 Ga溶液，在T2温度下正好处于饱和状态，衬底GaAs与其接触，不发生回熔。这时如果降温，溶液呈过饱和状态，如溶液不存在过冷，那么就会有GaAs析出。若温度从T2降到T1，则相当于溶液中x2-x1原子比的GaAs将外延在衬底上。析出GaAs的量和溶液中剩余 GaAs的量可用杠杆定理求得。

SIC外延生长法的工艺流程

SIC外延生长法的工艺流程SIC外延生长法的工艺流程序号：1SIC外延生长法是一种重要的半导体材料生长技术，被广泛应用于功率电子、射频器件和光电子器件等领域。

它通过在SIC衬底上连续沉积SiC晶体层，实现了对SiC材料的高质量控制和大面积生长。

在本文中，我们将深入探讨SIC外延生长法的工艺流程，以帮助读者更好地理解和学习该技术。

序号：2SIC外延生长法的基本原理是在惰性气体气氛中，通过化学气相沉积（CVD）的方法，将硅和碳源气体分解成SiC气体，然后在SIC衬底上沉积成SIC晶体层。

在整个工艺过程中，需要控制好气氛、温度和气体流量等参数，以保证SIC晶体层的质量和厚度的一致性。

序号：3具体而言，SIC外延生长法的工艺流程可以分为以下几个关键步骤：a. 衬底准备：选择合适的SIC衬底，并进行表面处理，以去除杂质和缺陷。

通常使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法来制备合适的SIC衬底。

b. 热解预处理：将SIC衬底放置在高温炉中，通过热解预处理，去除表面的氧化物和其它杂质。

这一步骤也有助于提高SIC晶体层的生长质量。

c. 生长条件控制：在热解预处理后，将SIC衬底放置在CVD反应室中。

控制好反应温度、压力和气体流量等参数，以实现SiC晶体层的均匀和连续生长。

通常，选择适当的碳源和硅源气体，如甲烷（CH4）和四氯化硅（SiCl4），作为SIC生长的原料气体。

d. 控制生长时间：根据所需的SIC晶体层厚度和生长速率，控制生长时间。

通过调整反应室中的反应气体流量和温度，可以有效控制SIC晶体层的生长速率。

e. 冷却和退火：在SIC晶体层生长完成后，将SIC衬底从反应室中取出，并进行冷却和退火处理。

这一步骤有助于提高晶体层的结晶质量、降低残余应力，并改善界面的质量。

序号：4总结回顾：SIC外延生长法是一种关键的半导体材料生长技术，其工艺流程包括衬底准备、热解预处理、生长条件控制、控制生长时间以及冷却和退火等关键步骤。

第2章外延及CVD工艺

可形成接近突变p—n结
外延分类:气相外延(VPE)－－常用
液相外延(LPE)－－ⅢⅤ
.
固相外延(SPE)－－熔融在结晶
.
分子束外延(MBE)－－超薄
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化学气相淀积(CVD)----低温,非晶 2
材料异同
同质结 Si-Si 异质结GaAs--AlxGa(1-x) As 温度：高温1000℃以上
硅生长---腐蚀速率的各向异型是发生漂移
的根本原因.
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3.参数测量
参数内容
常用测量方法
外延层厚度
磨角染色法层错法
红外椭圆偏振仪法
红外反射干涉法
电阻率
四探针法三探针法
C-V 法扩展电阻法
少子寿命
脉冲 MOS 电容法
杂质分布
C-V 法扩展电阻法微分电导和霍尔效应
放射性元素示踪分析
N2冲洗
10L/min 260L/min
10min 1min 6min
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外延生长程序
(1)N2 预冲洗 (2)H2 预冲洗 (3)升温 1
260L/min 4min
260L/min 5min
850ºC
5min
(4)升温 2
1170ºC
6min
(5)HCl 排空
1.3L/min 1min
衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然后重新返回外延层，称为气相自掺杂。
气源或外延系统中的污染杂质进入外延，称为系统污染。
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同型杂质
异型杂质
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四. 外延层中的缺陷与检测

工艺晶体外延生长技术

工艺晶体外延生长技术工艺晶体外延生长技术是一种关于在晶体中维持一个晶体的生长界面，使得它能够以相同的晶体结构在另一个晶体表面上增长的方法。

这种技术在许多领域中都有广泛的应用，例如半导体材料生长、太阳能电池、发光二极管（LED）等。

工艺晶体外延生长技术的基本原理是利用外延原理，通过在已有的晶体表面上沉积新的晶体材料来实现晶体的生长。

在这个过程中，需要先选择一个基底晶体材料，然后在基底上通过一系列的加热和化学反应来使新的晶体材料生长。

这种技术的主要步骤包括：首先，选择一个合适的基底晶体材料，通常是具有与待生长晶体材料相同或相近晶格结构的材料。

然后，在基底的表面上制备一个“种子层”，这个层往往通过物理气相沉积或化学气相沉积等方法制备。

接下来，在种子层上进行外延生长，一般采用化学气相沉积、分子束外延或金属有机气相外延等方法。

在晶体的生长过程中，需要控制和调节温度、压力、气氛等参数，以实现所需的晶体质量和生长速度。

工艺晶体外延生长技术的优点之一是能够控制晶体的尺寸和形状，可以生长出具有高度均匀性和大面积的晶体。

另外，这种技术还可以在晶体中引入掺杂物，使得晶体具有特殊的电学、光学、磁学性质，进而应用于各种领域。

然而，工艺晶体外延生长技术也存在一些挑战和问题。

例如，晶体生长过程中的杂质和缺陷会对晶体的质量和性能产生不利影响，需要通过优化生长条件和材料选择来解决。

此外，这种技术还需要高精度的仪器和设备来控制生长过程中的各种参数，因此对实验条件和实验操作人员的要求较高。

总之，工艺晶体外延生长技术以其精确控制晶体生长和材料性能的能力，在半导体材料生长、光电子器件等领域具有重要的应用前景。

随着技术的进步和发展，相信这种技术将在更多领域中发挥作用，为科学研究和工业应用提供更多可能性。

工艺晶体外延生长技术在半导体材料生长领域有着重要的应用。

半导体材料是制造集成电路和光电子器件的基础材料，而工艺晶体外延生长技术可以实现高质量、大面积的半导体晶体生长。

外延生长原理概述

外延生长原理概述1. 引言外延生长原理是材料科学与工程领域一个重要的概念，它在材料的生长和形态控制方面起着关键作用。

本文将对外延生长原理进行概述，从基本原理到应用案例，以帮助读者更全面、深刻地理解这个概念。

2. 外延生长原理的基本概念外延生长是指在固体表面上沉积出与基底晶体结构相同的新晶体层的过程。

这种生长方式通常需要在高温条件下进行，通过在基底表面提供适当的气氛和材料源，使新晶体层的原子能够以正确的方式沉积在基底上。

外延生长可以实现单晶材料的制备，并且具有高结晶质量和较低的缺陷密度。

3. 外延生长的关键影响因素外延生长的过程受到多种因素的影响。

其中，温度、气氛、材料源和基底表面的结构是影响外延生长质量和形态控制的关键因素。

适当的温度控制可以提供足够的能量使原子沉积，同时避免过快或过慢的生长。

气氛和材料源的组成和流量可以调节原子的供应和表面反应速率，从而影响沉积速度和杂质控制。

基底表面的结构和取向对晶体生长的方向和取向有重要影响。

4. 外延生长的应用案例外延生长在半导体器件和光电子器件制造中具有广泛的应用。

外延生长被用于制备各种半导体材料如硅、镓化合物和氮化物等的薄膜和异质结构。

通过控制外延生长的条件和参数，可以实现不同的材料和结构，从而满足不同器件的需求。

外延生长还用于制备纳米材料、量子结构和超晶格等功能材料，以及太阳能电池、激光器和传感器等光电子器件。

5. 总结和回顾外延生长是一种重要的材料生长技术，具有广泛的应用前景。

本文概述了外延生长原理的基本概念、关键影响因素和应用案例。

通过深入探讨这些方面，我希望读者能够更全面、深刻地理解外延生长原理，并认识到它在材料科学与工程中的重要性和潜力。

意见和观点：外延生长技术作为一种重要的材料制备技术，在现代科技发展中发挥着关键的作用。

通过外延生长，可以获得高质量和精密控制的薄膜和异质结构，为各种器件的制备和性能提升提供了重要手段。

随着新材料的不断涌现和对功能材料的需求增加，外延生长技术将继续发展壮大，并为科学研究和技术创新提供更广阔的空间。

外延生长工艺原理10

外延技术用于MOS器件集成化可显著提高电路的速外延技术用于MOS器件集成化可显著提高电路的速度
提高电阻率可以提高载流子的迁移率，从而增大了 MOS电路的充放电电流，缩短了充放电时间，提高工作速 MOS电路的充放电电流，缩短了充放电时间，提高工作速度。减小MOS器件的电容效应，高电阻率的外延层使器件的减小MOS器件的电容效应，高电阻率的外延层使器件的寄生电容，扩散电容均减小，缩短了充放电时间。
生长速率与温度的关系在较高高温下，取决于气体源分子转移到生长层表面的快慢质量转移控制。在较底温度时，取决于生长层表面进行的化学反应速率表面反应控制。
外延层中的杂质分布
自掺杂：凡是非反应气体中有意掺入的杂质所引起的对外延层施加的掺杂原因： 1、由于外延生长必须在1000度以上的高温下进行的，、由于外延生长必须在1000度以上的高温下进行的，不可避免的会存在杂质的热扩散和热迁移 2、由于反应产物氯化氢对衬底的腐蚀，其中的杂质就会释放进入外延层
降低自掺杂效应的方法
在衬底上生长一层较薄的外延层，由它盖住衬底，阻止杂质的蒸发外延生长前用氯化氢气相抛光除掉衬底表面的微量污染物。可以经过离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度。
外延层生长缺陷
按位置分类有表面缺陷和体内缺陷在一定的生长速率在一定的生长速率下，晶格缺陷密度随温度的降低而增加生长速率下，晶格缺陷密度随温度的降低而增加
采用RF射频加热的理由：采用RF射频加热的理由： RF射频加热的理由
1、升温速度快，降温速度快 2、温度稳定性好 3、射频感应加热可使反应器腔体壁温度远低于石墨基座保证产物“择温淀积” 保证产物“择温淀积”在硅衬底上。
，
外延生长的工艺环境

分子束外延生长的原理

分子束外延生长的原理
分子束外延生长（Molecular Beam Epitaxy，简称MBE）是一种用于在晶体表面上逐层生长单晶薄膜的方法。

其原理如下：
1. 分子束发射：首先，通过热蒸发或激光蒸发等方法，将所需材料制成独立的分子束。

这些分子束含有待生长薄膜的原子或分子。

2. 分子束定向：分子束通过使用适当的准直光学系统进行定向，确保其能够以高度定向的方式击中生长基底。

3. 生长基底准备：生长基底（通常是单晶基底）表面需要被清洁和准备好，以确保分子束能够有效地吸附和生长。

4. 吸附和生长：当分子束击中生长基底时，原子或分子会吸附在基底上。

在吸附过程中，吸附物与基底原子相互作用，形成一个层状结构。

分子束在生长过程中控制的参数包括温度、压力和生长速率等。

5. 脱附和富集：一旦层状结构形成并达到所需厚度，可以停止分子束的发射并降低温度，以使薄膜表面的非平衡态物种重新脱附。

这一步骤可以减少杂质和缺陷的存在，提高薄膜质量。

MBE方法能够实现高度控制的单层生长，具有较低的污染和表面缺陷，被广泛应用于半导体器件和纳米结构材料的制备中。

外延生长的基本原理

外延生长的基本原理一、引言外延生长是一种重要的制备薄膜和纳米结构的方法，它在微电子学、光电子学、能源材料等领域得到广泛应用。

本文将介绍外延生长的基本原理。

二、外延生长的定义外延生长是指在晶体表面上沉积一个与衬底同晶向的单晶薄膜或纳米结构。

这个过程可以通过化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）等方法实现。

三、衬底选择衬底是外延生长中非常重要的因素，因为它决定了沉积物的结构和性质。

通常选择衬底与待沉积物具有相同或相似的晶格常数和热膨胀系数，以便保证外延层与衬底之间具有良好的匹配度。

同时，衬底表面应该光滑平整，以便于沉积物在其上均匀生长。

四、晶体表面准备在进行外延生长前，需要对晶体表面进行处理，以去除表面杂质和缺陷，并提高其结晶质量。

这个过程称为表面准备。

表面准备的方法包括机械抛光、化学腐蚀、离子注入等。

五、生长过程在外延生长的过程中，先将衬底放置于反应室中，然后向反应室中送入所需气体，通过加热或辅助电场等手段使气体分解并在衬底表面上沉积出晶体。

沉积物的厚度和形貌可以通过控制反应条件（例如温度、压力、气体流量等）来调节。

六、外延生长的基本原理外延生长的基本原理是晶体生长原理。

当气相中存在足够多的原子或分子时，它们会在晶体表面吸附并形成临界核心。

随着吸附原子或分子数量的增加，临界核心逐渐扩大并形成一个新的晶体层。

这个过程可以持续进行直到达到所需厚度。

七、结论综上所述，外延生长是一种重要的制备薄膜和纳米结构的方法，其基本原理是晶体生长原理。

在进行外延生长前需要选择合适的衬底和进行表面处理。

通过控制反应条件可以调节沉积物的厚度和形貌。

外延工艺简介

4-5
4″35片 5″24片 6″18片 8″ 8片 4″27片 5″19片 6″10片 4″30片 5″24片 6″14片 8″ 5片 4″35片 5″24片 6″15片 4″32片 5″18片 6″15片
双反应室，升温快，中低频加热
双反应室，升温快，中频加热；容易产生滑移线
双反应室，升降温慢，中频加热；容易产生滑移线
在常规的硅外延工艺过程中，为了保证外延层晶格的完整性
得到良好的均匀性，通常在层流状态质量转移控制范围内生长。
在这种情况下，一般滞留层有几个微米厚。在外延生长前预热，尤其气相抛光。将源自量的衬底杂质存在相对静止的滞留层中，
在外延生长时，重新进入外延层，这是造成自掺杂的主要原因。
（见图３）
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d
外延
衬底
图形漂移不改变外延尺寸
Company Confidential
25
如果当两条平行台阶沿相反的方向位移时，则外形尺寸将改变，这叫做图形畸变．
外延生长过程中有时还会发生一个或全部边缘台阶消失的问题，这种现象叫图形消失．
图形漂移、图形畸变和图形消失强烈地取决于衬底的晶向和生长参数。这些生长参数包括生长压力、温度、硅源气体和生长速率。
Company Confidential
9
外延设备及所用的气体：
化学气相外延生长使用的设备装置通常称谓外延生长反应炉。一般主要由气相控制系统、电子控制系统、反应炉主体、排气系统四部分组成。
反应炉炉体它是在高纯石英钟罩中悬挂着一个多边锥状桶式经过特殊处理的高纯石墨基座。基座上放置硅片，利用红外灯快速均匀加热。九段温控、中心轴可以旋转，进行严格双密封的耐热防爆结构。电源系统：独立电源线、3相4线、50Hz、350A 气体控制系统：高精度的质量流量计、传动器气动阀控制，无泄露、耐腐蚀的EP管、氢（H2）检漏、报警系统冷却系统：足够的水冷循环系统和风冷循环系统控制系统：微机程序控制、联锁方法，安全可靠炉体：石英钟罩、石英环、石英吊杆、护套、双密封泵、高纯石墨基座温度控制系统：独特的红外灯辐射加热、9段温控，均匀快速加热，可调

纳米薄膜的外延生长

特点
外延生长的纳米薄膜具有晶体质量高、完整性好、界面清晰、晶体取向一致等优点，广泛应用于电子、光学、磁学等领域。
历史与发展
早期发展
当前进展
20世纪60年代，人们开始研究外延生长技术，主要应用于半导体材料的外延生长。
目前，纳米薄膜外延生长技术已经广泛应用于各种材料体系，如半导体材料、氧化物材料、铁电材料等。
光学滤镜和反射镜
通过外延生长不同折射率的薄膜，可以制作出高性能的光学滤镜和反射镜，应用于光学仪器、摄影等领域。
在生物医学中的应用
生物传感器
利用外延生长的纳米薄膜可以制作出高灵敏度和选择性的生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
药物输送
通过外延生长技术将药物分子嵌入纳米薄膜中，可以实现药物的精准输送和治疗。
基底材料的表面粗糙度和清洁度会影响薄膜的附着力和均匀性。
基底材料的导热性能和热膨胀系数对生长温度和薄膜质量有影响。
生长温度的影响
1
生长温度是影响纳米薄膜外延生长的关键因素之一。
2
温度的高低直接影响到原子或分子的运动速度和扩散能力，从而影响薄膜的生长速率和晶体结构。
3
在适宜的温度范围内，提高生长温度可以促进原子或分子的扩散和迁移，有利于薄膜的生长。
探索纳米薄膜在新能源、生物医学、环境治理等新兴领域的应用，开发具有市场潜力的新产品。
跨学科合作
加强与其他学科领域的合作，推动纳米薄膜在交叉学科中的应用研究，拓展应用领域。
国际化合作与交流
加强国际合作与交流，引进先进技术和管理经验，提高纳米薄膜外延生长的国际竞争力。
THANKS FOR WATCHING
成核
在原子吸附的基础上，通过扩散和迁移，原子聚集形成晶核，进而发展成为完整的晶体结构。

外延生长_精品文档

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MOCVD设备 Thomas Swan的设备外型
MBE
分子束外延（MBE）是70年代在真空蒸发的基础上迅速发展起来的制备极薄单晶层和多层单晶层薄膜的新技术。其基本原理是在超高真空系统中（真空度优于10-11Pa，分子平均自由程可达1m）将组成化合物的元素材料分别装入喷射炉内，对面喷射炉相隔一定距离放置衬底（加热到600-700℃）。从喷射炉喷出的热分子或热原子束射到衬底表面并延表面移动，与表面发生反应生长成单晶薄膜。
瞬态法共有：平衡冷却法，分步冷却法，过冷法和两相溶液法四种
1）平衡冷却法当温度达到T1时，溶液刚好饱和，使衬底与溶液接触，即在接触瞬间
两种处于平衡状态。然后以恒定的降温速率，一边冷却，一边生长（本方法对应于过冷度ΔT=0，降温速率α≠0）。 2）分步冷却法
这种工艺首先使溶液在温度T1下饱和，将衬底与溶液接触，并迅速冷却到Tg（不能出现自发结晶），此后保持Tg不变进行生长直至结束。 3）过冷法
LED制造系列之---外延生长
外延生长的定义与种类
定义：外延生长就是指在某种起始单晶（衬底）上生长具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的过程
1. 液相外延（LPE） 2. 金属有机化学汽相沉积（MOCVD） 3. 分子束外延（MBE） 4. 化学分子束外延（CBE）
液相外延（LPE）
液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法。生长的单晶薄膜可以与衬底的晶向相同，也可以相对于衬底表面的晶向具有另一种特定的晶格取向。液相外延时，首先在较高温度下把加有溶质的溶剂溶解成溶液，当冷却到较低温度时，溶液就变成过饱和状态。当衬底与这种溶液接触并逐渐降温时，溶质就将从溶剂里析出，在衬底上延伸出新的单晶层，生长层的组分（包括掺杂）由相图来决定。

精选工艺晶体外延生长技术课件

第四单元：薄膜技术
第8章：晶体外延生长技术
第9章：薄膜物理淀积技术
第10章：薄膜化学汽相淀积
第8章：晶体外延生长技术
为什么需要外延？1）双极分离器件（如：大功率器件的串联电阻问题）2）双极IC（隔离与埋层问题）3）化合物半导体器件及超晶格的异质结问题4）MOS集成电路 Chapter 14
配以RHEED、Auger（AES）进行原位监测；是一超高真空（UHV）系统（10-12~ 10-6 Torr）；衬底温度低<500°C精度高，但生长速率低，成本高
可以控制到单原子层
2)MOVPE(Metal-organic vapor phase epitaxy) 金属氧化物分解 (375~380) 如：三甲基铟、镓（ＴＭＩ、ＴＭＧａ）三乙基铟（ＴＥＩ）MR3（金属烷基）+XH3（氢化物）=MX+3RH如：Ga（CH3）3+AsH3=GaAs+3CH4又如：xAlCH3）3+（1-x）Ga（CH3）3+AsH3= GaAs+3CH4特点：低温分解（ <500°C）、生长速率易于控制、杂质易于控制、生产效率远高于MBE
因而，气相外延是由下述步骤组成的多相过程 1）反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层表面 2）反应剂分子在生长层表面吸附； 3）被吸附的反应剂分子在生长层的表面完成化学反应，产生硅原子及其它副产物； 4）副产物分子丛表面解吸； 5）解吸的副产物以扩散的形式转移到气相，随主气流排出反应腔； 6）反应所生成的硅原子定位于晶格点阵，形成单晶外延层；
SiCl4（气）+Si（固）2SiCl2（气）
2）生长速率与外延温度的关系对于SiCl4，Ea~1.9eV SiH4，Ea~ 1.6eV DG0：0.1~1cm2s-1 a：1.75~2

外延生长

外延生长百科名片在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。

目录简介原理外延生长过程外延层质量检测外延工艺进展编辑本段简介外延生长技术发展于50年代末60年代初。

当时，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又外延生长要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。

外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。

外延工艺还广泛用于集成电路中的PN结隔离技术（见隔离技术）和大规模集成电路中改善材料质量方面。

编辑本段原理图一生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺。

图1为硅(Si)气相外延的装置原理图。

氢(H2)气携带四氯化硅(SiCl4)或三氯氢硅(SiHCl3)、硅烷(SiH4)或二氯氢硅(SiH2Cl2)等进入置有硅衬底的反应室，在反应室进行高温化学反应，使含硅反应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。

其主要化学反应式为（图一），硅片外延生长时，常需要控制掺杂，以保证控制电阻率。

N型外延层所用的掺杂剂一般为磷烷(PH3)或三氯化磷(PCl3);P型的为乙硼烷(B2H6)或三氯化硼(BCl3)等。

编辑本段外延生长过程气相外延生长常使用高频感应炉加热，衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英反应器中。

此外，也有采用红外辐照加热的。

为了制备优质的外延层，必须保证原料的纯度。

对于硅外延生长，氢气必须用钯管或分子筛等加以净化,使露点在-7℃以下，还要有严密的系统，因微量水汽或氧的泄漏会产生有害的影响；为获得平整的表面，衬底必须严格抛光并防止表面有颗粒或化学物质的沾污；在外延生长前，反应管内在高温下用干燥氯化氢、溴或溴化氢进行原位抛光，以减少层错缺陷;为减少位错须避免衬底边缘损伤、热应力冲击等;为得到重复均匀的厚度和掺杂浓度分布，还须控制温度分布和选择合适的气流模型。

外延生长的基本原理与应用领域

外延生长的基本原理与应用领域外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和SiC，Si）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。

目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。

MOCVD金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称 MOCVD）， 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。

该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。

日亚化工（株）日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位。

在蓝色、白色LED市场遥遥领先于其他同类企业。

它以蓝色LED的开发而闻名于全球，与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。

它的荧光粉生产在日本国内市场占据70％的比例，在全球则占据36％的市场份额。

荧光粉除了灯具专用的以外，还有CRT 专用、PDP专用、X光专用等类型，这成为日亚化工扩大LED事业的坚实基础。

除此以外，日亚化工还生产磁性材料、电池材料以及薄膜材料等精细化工制品，广泛地涉足于光的各个领域。

在该公司LED的生产当中，70％是白色LED，主要有单色芯片型和RGB三色型两大类型。

此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝色LED和紫外线LED两种产品的厂商。

以此为基础，日亚化工不断开发出新产品，特别是在SMD（表面封装）型的高能LED方面，新品层出不穷。

2004年10月，日亚化工开发出了发光效率为50lm/W的高能白色LED。

该产品成功地将之前量产产品约20lm/W的发光效率提高了2.5倍。

碳化硅外延生长法制备石墨烯的原理

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外延工艺介绍

• 什么叫外延生长？ • 硅外延的基本原理 • 外延设备及所用的气体 • 在外延中应注意的问题 • 外延层中的晶体缺陷 • 外延的质量表征因子 • 外延层测试设备 • 目前国内外延的动态 • 从事外延工作人员应具备的基本素质：敬业精神、
一丝不苟的工作态度、质量意识和安全意识。
什么叫外延？
外延Epitaxy这个词来源于希腊字epi,意思是“…之上”。这样选定的词对外延提供了一个恰当的描写。一个含有硅原子的气体以适当的方式通过衬底，自反应剂分子释放出的原子在衬底上运动直到它们到达适当的位置，并成为生长源的一部分，在适当的条件下就得到单一的晶向。所得到的外延层精确地为单晶衬底的延续。
硅外延生长其意义是在具有一定晶向的硅单晶衬底上生长一层具有和衬底相同晶向的电阻率与厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。
半导体分立元器件和集成电路制造工艺需要外延生长技术，因半导体其中所含的杂质有N型和P型，通过不同类型的组合，使半导体器件和集成电路具有各种各样的功能，应用外延生长技术就能容易地实现。
况更为复杂。杂质的掺入效率不但依赖于生长温度,同时每种掺杂剂都有其自身的特征。一般情况下,硅的生长速率相对稳定。硼的掺入量随生长温度上升而增加，而磷和砷却随生长温度的生长温度的上升而下降(见图1)。
掺杂浓度(原子/cm3)
掺杂浓度
1018 1017
B2H6 PH3 AsH3
1016
1100 1200
氯硅烷还原法的特点在于它是一个吸热过程,该反应需要在高温下才能发生。这些反应是可逆的，其可逆的程度随氯硅烷中氯(Cl) 的含量的增加而增加。同时，氯的含量决定了外延生长温度范围。外延生长温度随硅源中氯（Cl)含量的增加而增加。
同时我们应知道，硅片表面是硅单晶体的一个断面，有一层或多层原子的键被打开，这些不饱和键处于不稳定状态，极易吸附周围环境中的原子和分子，此现象称为“吸附”。吸附在硅片表面的杂质粒子在其平衡位置附近不停地做热运动，有的杂质离子获得了较大的动能，脱离硅片表面，重新回到周围环境中，此现象称为“解吸”。而同时介质中的另一些粒子又被重新吸附，即硅片表面层吸附的杂质粒子处于动平衡状态。

外延工艺

1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型，量子阱，N型三个部分构成。

现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石，硅，碳化硅三种，量子阱一般为5个，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。

这是LED产业的核心部分，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。

2.外延片的检测一般分为两大类:一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。

二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。

3.需要指出的是，并没有白光LED芯片，只有白光LED灯珠/管，即需要进行封装才能获得白光小LED灯，也叫灯珠，管子。

白光LED一般通过两种途径获得：一是通过配光，将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.二是通过荧光粉转换蓝光LED，从而获得白光LED.芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（WaferFabrication）、晶圆针测工序（WaferProbe）、构装工序（Packaging）、测试工序（InitialTestandFinalTest）等几个步骤。

其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（FrontEnd）工序，而构装工序、测试工序为后段（BackEnd）工序。

1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。

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外延片工艺流程衬底——结构设计——缓冲层生长——N 型 GaN 层生长——多量子阱发光层生长——P 型 GaN 层生长——退火——检测（光荧光、X 射线）——外延片
外延片——设计、加工掩模版——光刻——离子刻蚀——N 型电极（镀膜、退火、刻蚀） ——P 型电极（镀膜、退火、刻蚀）——划片——芯片分检、分级
MOCVD 外延生长技术简介
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。
外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和 SiC 两种）上，气态物质 In,Ga,Al,P 有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前 LED 外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。
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：１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。