670nm发光二极管材料的MOCVD外延生长
mocvd外延生长步骤
MOCVD外延生长步骤简介MOCVD（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）是一种常用的半导体外延生长技术，广泛应用于半导体器件制造中。
本文将详细介绍MOCVD外延生长的步骤和相关原理。
基本原理MOCVD是一种化学气相沉积技术，通过在高温下将金属有机化合物和载气反应，从而在衬底上沉积出所需的材料。
整个过程可以分为以下几个步骤：1.衬底预处理：在进行外延生长之前，需要对衬底进行预处理，以去除表面的杂质和氧化物，并提供一个干净平整的基础。
2.加载衬底：将经过预处理的衬底放置在反应室中，并通过真空系统排除其中的空气和水分。
3.加热：使用加热装置将反应室升温至所需温度。
温度通常在500°C到1200°C之间，具体取决于要生长的材料。
4.载气流入：引入适当的载气（如氢气或氮气）到反应室中，以稀释金属有机化合物的浓度，并提供反应所需的气氛。
5.金属有机化合物进入：将金属有机化合物（如三甲基镓、三乙基铝等）通过气体进料系统引入反应室。
这些化合物会在高温下分解，释放出所需的金属元素。
6.生长反应：金属元素与载气中的氢原子发生反应，形成所需材料的沉积物。
反应过程中需要控制温度、压力和流量等参数，以获得理想的生长速率和材料质量。
7.冷却：在完成生长后，将反应室冷却至室温，停止外延生长过程。
8.取出衬底：将外延生长后的衬底从反应室中取出，并进行后续处理和测试。
过程优化为了获得高质量的外延薄膜，需要对MOCVD过程进行优化。
以下是一些常用的优化方法：1.材料选择：选择适当的金属有机化合物和载气组合，以获得所需材料的最佳生长条件。
2.温度控制：通过精确控制反应室的温度，可以调节外延生长速率和材料品质。
温度过高可能导致材料熔化或不稳定，而温度过低则可能影响生长速率和结晶质量。
3.气氛控制：合理选择和调节载气的流量和压力，以提供适当的反应气氛。
过高的压力可能导致材料堆积过厚或形成颗粒，而过低的压力则可能影响生长速率和均匀性。
mocvd外延生长原理
mocvd外延生长原理MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种常用的外延生长技术，它被广泛应用于半导体材料制备中。
MOCVD外延生长原理是基于气相反应，通过将金属有机化合物和气相反应物输送到晶体表面，使晶体在表面逐层生长。
在MOCVD过程中，首先需要准备金属有机化合物和气相反应物。
金属有机化合物通常是金属元素与有机基团结合形成的化合物，如三甲基镓（TMGa）和三乙基铝（TEAl）。
气相反应物则是提供晶体生长所需的原子或分子，如氨气（NH3）和磷化氢（PH3）。
MOCVD外延生长的关键步骤是将金属有机化合物和气相反应物输送到晶体表面，并在表面发生化学反应。
这一过程需要在特定的反应条件下进行，如温度、压力和反应时间等。
通过控制这些条件，可以实现对外延生长过程的精确控制。
在MOCVD外延生长过程中，金属有机化合物首先被蒸发或气化，形成气态的金属有机分子。
然后，这些气态分子通过惰性气体（如氩气）被输送到反应室中。
同时，气相反应物也被输送到反应室中。
当金属有机分子和气相反应物达到晶体表面时，它们会发生化学反应，生成新的化合物。
这些新的化合物沉积在晶体表面，逐渐形成新的晶体层。
这一过程是一个层层生长的过程，通过控制反应条件和物质输送速率，可以实现对外延生长过程的控制。
MOCVD外延生长技术具有许多优点。
首先，它可以在较低的温度下进行，从而有效降低了能耗和设备成本。
其次，通过调整反应条件和物质输送速率，可以实现对晶体生长过程的精确控制，从而获得高质量的晶体材料。
此外，MOCVD技术还可以实现对晶体结构、组分和形貌的调控，从而满足不同应用的需求。
然而，MOCVD外延生长技术也存在一些挑战。
首先，金属有机化合物和气相反应物的选择对外延生长过程至关重要，需要根据具体材料的要求进行合理选择。
其次，控制反应条件和物质输送速率需要精确的仪器和设备，以确保外延生长过程的稳定性和可重复性。
此外，MOCVD外延生长过程中产生的废气和副产物对环境有一定的影响，需要采取相应的措施进行处理和排放。
MOCVD外延片的生长及参数检测
——及参数检测
LED对外延片的要求
主要有以下四点：
①禁带宽度适合。InGaN-蓝光 ②可获得电导率高的P型和N型材料。 ③可获得完整性好的优质晶体。-Single Crystal ④发光复合几率大。发光复合率相对于非发光复合 率比例越大，光量子效率越高。
外延片制造技术的关键
外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金 属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长III-V族， II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。II、III 族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物。如： Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3， Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固 体。用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸 汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合， 再通入反应室，在加热的衬底-GaN-1000度左右表 面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
电学性能检测
MOCVD外延片其核心是PN结，它具有P-N结正向导通，反 向截至，击穿特性。 我们对其击穿，击穿使其露出N层电极，之后的芯片进行电 荧光的检测，接通后，在正向电压下，电子由N区注入P区， 空穴由P区注入N区，进去对方区域的少数载流子一部分与 多数载流子复合发光。 得到工作电压，工作电流，功率，抗电强度，漏电电流等参 数。
MOCVD设备的基本操作
MOCVD设备的基本操作：穿好超净服经过风淋后进入超净 室后，由于电脑控制系统是24小时开机的，首先打开设备的 电源，开启冷却水系统和尾气处理系统后我们打开反应室， 通过手套箱的手套双手伸入反应室，值得注意的是双手不可 碰触反应室，防止手套污染。用镊子开始放入晶片，确保每 一片晶片都放入槽内，检查反射率系统的灯光后便可关闭反 应室。打开主泵和保护气打开各个源的阀，其中的固体源我 们应予以轻微敲击，开启反射率监测系统。因为是电控系统 只需在电脑上选择自动操作程序变可开始外延片的生长。在 生长过程中通过温度监控系统实时监控反应室内及衬底的温 度。在生长过程中最需要注意的是长量子井时的温度。
LED芯片MOCVD外延生长
LED芯片具有高效、节能、环保 、寿命长等优点，广泛应用于照 明、显示、背光等领域。
MOCVD外延生长在LED芯片制造中的重要性
01
02
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实现高效发光
通过MOCVD外延生长技 术，可以在合适的衬底上 生长出高质量的发光层， 实现高效发光。
提高芯片性能
MOCVD外延生长技术可 以精确控制材料组分和厚 度，从而优化LED芯片的 性能。
MOCVD技术具有较低的成本和较高的经济 效益，使得LED芯片更具市场竞争力。
缺点
设备成本高
MOCVD设备成本较高，增加 了LED芯片的生产成本。
外延层质量不稳定
由于各种因素的影响，外延层 的质量有时会出现不稳定的情 况，影响LED芯片的性能和可靠 性。
操作难度大
MOCVD技术的操作难度较大 ，需要专业技术人员进行操作 和维护。
LED芯片MOCVD外延生 长
• MOCVD外延生长技术简介 • LED芯片与MOCVD外延生长的关系 • LED芯片MOCVD外延生长的过程 • LED芯片MOCVD外延生长的优缺点 • LED芯片MOCVD外延生长的未来发展
01
MOCVD外延生长技术简介
MOCVD技术的定义
MOCVD（Metallorganic Chemical Vapor Deposition）即金属有机化合物化学 气相沉积技术，是一种在半导体材料表面上进行外延生长的技术。
MOCVD技术可用于制备高效太阳能电池，如异质结太阳能电池、多结太阳能电池等，提 高光电转换效率。
光电子器件
MOCVD技术还可用于制备光电子器件，如激光器、探测器等，广泛应用于光通信、光传 感等领域。
02
LED芯片与MOCVD外延生长的关系
mocvd外延生产工艺
mocvd外延生产工艺MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种常用的外延生产工艺，广泛应用于半导体产业。
MOCVD工艺通过将金属有机化合物和气态前体物质在高温条件下反应沉积到衬底上，形成所需的薄膜。
MOCVD工艺的基本步骤包括：衬底准备、加热和反应、释放和冷却。
首先，衬底准备可包括清洗、附加活性物种和表面修饰等步骤。
清洗可以去除污染物和氧化物，附加活性物种可以增强表面反应活性，而表面修饰可以优化外延生长过程中的界面性能。
接下来，衬底进入反应室进行加热和反应。
在反应室中，衬底被加热到高温，通常在750°C至1100°C之间，以提供反应所需的能量。
同时，在反应室中导入金属有机化合物和气态前体物质，使其在高温下分解反应生成所需的金属元素和气体。
这些金属元素和气体通过气相传输、扩散和对流等机制被输送到衬底表面。
在衬底表面，金属元素和气体会发生反应并沉积形成薄膜。
反应过程中，金属有机化合物提供金属元素，而气态前体物质提供所需的化学物质。
通过控制反应条件（如温度、压力、流量等），可以控制沉积速率、沉积均匀性和晶格匹配等薄膜性质。
最后，释放和冷却是MOCVD工艺的最后步骤。
在反应完成后，释放表明衬底和生长薄膜已经完成。
然后，冷却过程开始，将衬底和薄膜从高温冷却到室温。
冷却速率和方式的选择可以影响薄膜的结晶质量和残余应力。
MOCVD工艺在半导体产业中有广泛的应用。
例如，用于制备GaN（氮化镓）材料，其具有优异的半导体性能，可用于制造高亮度LED（发光二极管）和激光二极管等器件。
此外，MOCVD工艺还可用于制备其他化合物半导体材料，如InP （磷化铟）、SiC（碳化硅）和GaAs（砷化镓）等。
总之，MOCVD是一种有效的外延生产工艺，通过控制反应条件和优化衬底及薄膜特性，可实现高质量的薄膜生长。
随着半导体产业的发展和需求的增加，MOCVD工艺将继续发挥重要作用，并不断推动半导体器件的创新与进步。
mocvd外延原理
mocvd外延原理MOCVD外延原理MOCVD外延技术是一种常用于半导体材料生长的方法，它基于化学气相沉积的原理。
MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积的缩写，其中"M"代表金属，"O"代表有机，"CVD"代表化学气相沉积。
该技术被广泛应用于生长III-V族化合物半导体材料，如GaN、InP 和GaAs等。
MOCVD外延技术的原理是通过控制金属有机化合物在高温条件下的热分解来实现材料的生长。
具体来说，外延生长的过程主要包括以下几个步骤：1. 基底准备：在开始外延生长之前，需要对基底进行准备。
通常，基底是由单晶衬底材料制成的，如蓝宝石、硅、石英等。
基底表面的清洁度对外延生长的质量有很大影响，因此在生长之前需要经过一系列的清洗和处理步骤。
2. 反应室设置：MOCVD外延生长通常在反应室中进行。
反应室内有一个加热器，用于提供所需的高温条件。
此外，还需要一个气体供应系统，用于供应金属有机化合物和其他反应气体。
3. 材料供应：在外延生长过程中，金属有机化合物和其他反应气体被输入到反应室中。
金属有机化合物通过喷射、液体蒸发或气体蒸发等方式供应。
这些金属有机化合物在高温下热分解，释放出金属原子和有机基团。
4. 气相反应：在反应室中，金属原子和有机基团与其他反应气体发生气相反应。
这些反应可以是氧化、硫化、氮化等。
通过控制反应气体的流量和温度，可以调节反应的速率和材料的组分。
5. 外延生长：在气相反应的条件下，材料以晶体的形式沉积在基底上。
沉积的速率和形貌可以通过调节反应气体的流量、温度和反应时间来控制。
材料沉积的过程是一个动态平衡的过程，其中材料的沉积速率等于材料的脱附速率。
MOCVD外延技术的主要优点是可以实现高质量、大面积的半导体材料生长。
它具有较高的生长速率、较好的均匀性和较低的缺陷密度。
此外，MOCVD外延技术还具有较好的可控性，可以通过调节反应条件来实现所需的材料组分和结构。
MOCVD外延生长GaN材料的技术进展
张冠英 等 : MOCVD 外延生长 GaN 材料的技术进展
HVPE 这 三 种 技 术 来 制 备 GaN 外 延 层 。其 中 MOCVD 法技术层次高 , 生长的外延层平整性好 、 纯度高 、外延层薄 、量产能力大 , 随着 MOCVD 反 应室的不断改进 , 是后来者居上的外延技术[2] 。
Zhang Guanying , Mei J unping , Xie Xinjian
( Hebei University of Technology , Tianjin 300130 , China)
Abstract : Gallium2nitride2semiconductor offers good potential value for application in a wide range of optical display , optical recording and illumination due to its excellent quality. At present , molecular beam epitaxity ( MBE) , Chloride vapor phase epitaxy ( HVPE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used to prepared GaN. The highest growth rate of GaN can be got by HVPE , and this technique is suitable to prepare GaN substrates , the growth rate is the lowest by MBE , MOCVD is widely used in the growth of GaN because of the its suitable growth rate. The principle theory and development on MOCVD of GaN growth is given. It is essential to develop the fabrication technology of high quantity GaN substrates in large area , buffer layer technology and lateral epitaxy technology. Moreover , the research and development in the international level MOCVD equipment in our country must be speed up , and the monopoly of imported equipment should be gradually broken.
gan同质衬底制备及mocvd外延生长
同质衬底制备及MOCVD外延生长1.概述同质衬底是一种在外延生长过程中用于提供晶格匹配的基底材料，对于高品质薄膜的生长具有至关重要的作用。
MOCVD（金属有机化学气相沉积）外延生长技术则是一种常用的材料生长方法，通过MOCVD外延生长可以获得高质量、高晶质度的薄膜材料。
同质衬底制备及MOCVD外延生长技术的研究具有重要的理论和应用价值。
2.同质衬底制备同质衬底制备的关键在于选择合适的基底材料，并进行相应的前处理工艺，以确保获得高质量的衬底。
常见的同质衬底材料包括氧化镁、氧化铝、氧化锆等。
制备同质衬底的工艺包括材料粉末的制备、坯料的烧结、晶体生长等步骤，其中烧结工艺对于提高衬底的结晶质量至关重要。
3. MOCVD外延生长MOCVD外延生长是一种常用的薄膜生长技术，它通过将金属有机化合物和载气输送到衬底表面，利用化学气相反应形成所需材料的薄膜。
MOCVD外延生长技术具有高生长速率、高晶质度、成膜均匀性好等优点，并且适用于多种材料的生长。
在MOCVD外延生长过程中，反应温度、反应压力、外延速率、反应气氛等参数对生长薄膜的质量有着重要的影响。
4. MOCVD外延生长中的同质衬底应用在MOCVD外延生长过程中，同质衬底的选择对于提高薄膜的结晶质量和降低缺陷密度具有重要作用。
合适的同质衬底可以提供良好的晶格匹配，减小晶格失配引起的位错和应变，从而提高外延薄膜的质量。
同质衬底的表面形貌和化学性质对于外延薄膜的成核和生长也有着直接的影响。
5. 结论同质衬底制备及MOCVD外延生长技术是一项重要的研究课题，在新材料的开发和应用中具有广阔的前景。
未来的研究可以进一步探索改进同质衬底制备工艺，提高衬底的结晶质量和生长均匀性，优化MOCVD外延生长的参数和工艺，以满足对高质量薄膜材料的需求。
还可以开展同质衬底在其他生长技术中的应用研究，拓展同质衬底在材料生长中的应用领域。
希望该研究能够为新材料的研发和应用提供有益的参考。
MOCVD外延生长概述
中
小
氮化镓衬底
用于氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶 材料，这样可以大大提高外延膜的晶体质量，降低 位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提 高器件工作电流密度。可是，制备氮化镓体单晶材 料非常困难，到目前为止尚未有行之有效的办法。 有 上研生究 长人 氮员 化通 镓过 厚膜HV，PE然方后法通在过其剥他离衬技底术(如实A现l2O衬3、底S和iC) 氮化镓厚膜的分离，分离后的氮化镓厚膜可作为外 延用的衬底。这样获得的氮化镓厚膜优点非常明显， 即以它为衬底外延的氮化镓薄膜的位错密度，比在 A低l2；O3但、价Si格C上昂外贵延。的因氮而化氮镓化薄镓膜厚的膜位作错为密半度导要体明照显明 的衬底之用受到限制。
MOCVD外延生长概述
Si衬底上生产GaN外延
外延 衬底
MOCVD外延生长概述
MOCVD外延生长概述
MOCVD外延生长概述
衬底材料的选择
衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底 材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封 装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。衬 底材料的选择主要取决于以下九个方面：
[1]结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结 晶性能好、缺陷密度小；
mocvd半导体外延生长流程
mocvd半导体外延生长流程英文回答：Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) Semiconductor Epitaxy Growth Process.Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) is a chemical vapor deposition (CVD) technique used to deposit thin films of semiconductors. In MOCVD, metalorganic precursors are used as the source of the metal atoms, and a carrier gas is used to transport the precursors to the growth substrate. The precursors react with each other on the substrate surface to form the desired semiconductor material.The MOCVD process can be divided into three main steps:1. Precursor delivery: The metalorganic precursors are vaporized and transported to the growth substrate by a carrier gas. The precursors are typically heated to a hightemperature to ensure that they vaporize completely.2. Surface reaction: The precursors react with eachother on the substrate surface to form the desired semiconductor material. The reaction conditions, such asthe temperature and pressure, are carefully controlled to ensure that the desired material is deposited.3. Film growth: The semiconductor material is deposited on the substrate surface in a thin film. The thickness ofthe film is controlled by the deposition time and the flow rate of the precursors.MOCVD is a versatile technique that can be used to deposit a wide variety of semiconductor materials. The process is well-suited for the deposition of thin filmswith precise control over the film composition and thickness. MOCVD is used in the fabrication of a variety of electronic devices, including LEDs, lasers, and transistors.中文回答：金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 半导体外延生长流程。
【VIP专享】LED结构生长原理以及MOCVD外延系统的介绍
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外延生长技术简介
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。
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。
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。
MOCVD和LED基础知识的介绍
MOCVD设备和外延生长2007．01外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在。
气相外延（VPE）.液相外延（LPE）.分子束外延（MBE）和金属有机化合物气相外延（MOCVD）都是常用的外延技术。
当前.MOCVD工艺已成为制造绝大多数光电子材料的基本技术。
（气相外延-在含有外延生长所需原子的化合物的气相环境中.通过一定方法获取外延生长所需原子.使其按规定要求排列而生成外延层的外延生长过程。
（V apor P hase E pitaxy）液相外延-衬底片的待生长面浸入外延生长的液体环境中生长外延层的外延生长过程。
(L iquid P hase E pitaxy)分子束外延-在高真空中.外延生长所需原子（无中间化学反应过程）由源直接转移到待生长表面上.按规定要求排列生成外延层的外延生长过程。
(M olecular B eam E pitaxy）MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）设备作为化合物半导体材料研究和生产的手段.特别是作为工业化生产的设备.它的高质量、稳定性、重复性及规模化是其它的半导体材料生长设备无法替代的。
它是当今世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段.如激光器、探测器、发光二极管、高效太阳能电池、光电阴极等.是光电子等产业不可缺少的设备。
但我国至今没有生产该设备的专业厂家.各单位都是花费大量外汇从国外购买.使用过程中的维护和零配件的采购都存在很多的不便.且价格昂贵。
全球最大的 MOCVD 设备制造商 AIXTRON, 美国 Veeco 公司.一，MOCVD设备1.发展史：国际上起源于80年代初.我国在80年代中（85年）。
国际上发展特点：专业化分工.我国发展特点：小而全.小作坊式。
技术条件：a.MO源：难合成.操作困难。
b.设备控制精度：流量及压力控制c.反应室设计：Vecco:高速旋转Aixtron:气浮式旋转Tomax Swan :CCS系统（结合前两种设备特点）Nichia:双流式2.MOCVD组成MO源即高纯金属有机化合物是先进的金属有机化学气相沉积（简称MOCVD）、金属有机分子束外延（简称MOMBE）等技术生长半导体微结构材料的支撑材料。
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670nm发光二极管材料的MOCV D外延生长刘英斌,林 琳,陈宏泰,袁凤坡,李 云(中国电子科技集团总公司第十三研究所,石家庄 050051)摘要:重点介绍了670nm L ED材料的结构与制备方法,用MOCVD方法生长了较高压应变的670nm多量子阱。
分析比较了670nm量子阱室温光荧光谱线宽度的影响因素,指出室温光荧光主要来源于带-带复合,荧光谱线宽度的减小是应变量子阱轻重空穴能级分离的结果,并不意味着量子阱界面质量的改进。
同时介绍了二乙基锌(DEZn)的掺杂技术和掺杂浓度,通过优化掺杂条件和退火条件,p型AlInP材料获得了019×1018/cm3的空穴密度。
外延材料制作成200μm×200μm尺寸的L ED管芯,在20mA工作电流下亮度为22～24mcd。
器件结果表明,用5个压应变量子阱的有源区并且采用D EZn掺杂可以制作出高亮度的670nm L ED外延材料。
关键词:Al GaInP;发光二极管;压应变;多量子阱;光荧光;界面粗糙度中图分类号:TN304.2;TN3041054;TN364 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2010)02-0085-04MOCV D G row th of670nm L ED MaterialsLiu Y ingbin,Lin Lin,Chen Hongtai,Yuan Fengpo,Li Yun(T he13th Research I nstitute of China Elect ronics Technolog y Group Corporation,S hi j iaz huang050051,China)Abstract:The st ruct ure and t he growt h technique of670nm L EDs were int roduced.The high compress st rain multiple quant um wells(MQWs)were grown by metal2organic chemical vapor deposition(MOCVD).The f ull widt h of half maximum(FW HM)of room temperat ure p hoto2 luminescence(PL)fro m co mpress st rain(CS)MQWs was discussed.The narrow FW HMs from CS MQWs do not indicate t he good interface quality of t he QWs,but are t he result of t he peak split f rom t he light hole and t he heavy hole.The p2type doping of Al Ga InP by D EZn was discussed,t he high concent ration of t he hole was obtained for Al GaInP and GaP materials, which is019×1018/cm3for t he p2type Al InP.The670nm L ED chip s were produced wit h t he size of200μm×200μm.The bright ness was22-24mcd at20mA forward current.The perfor2 mance of t he L ED chip s indicates t hat t he st ruct ures wit h5QWs and t he D EZn doping could be used for p roduction.K ey w ords:Al Ga InP;L ED;compress strain(CS);multiple quant um well(MQW);p hoto2 luminescence(PL);interface roughnessDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2010.02.005 EEACC:2520D;42500 引 言Al GaInP/GaAs发光二极管的波长覆盖了570～690nm的可见光波段,颜色从黄绿到暗红。
从20世纪90年代初至今经过近20年的努力,该材料在外延生长、结构设计[1]和器件加工[2]等方面收稿日期:2009-10-12E2m ail:liuyb863@纳米材料与结构Nanomaterial&St ruct ure的技术均已成熟,在照明、显示等领域得到了广泛应用,已经进入大规模工业生产阶段。
但是,在一些特殊结构和特殊波长的领域,Al GaInP/GaAs L ED材料仍处于研究开发期。
例如用于短距离数据传输的塑料光纤(PO F)系统需要的高速、高功率密度650nm RCL ED,84μm直径的发光区工作电流为20mA时输出功率315mW[3]。
特种波长如660nm和670nm等暗红色L ED,可以用于电影还音、医疗、农作物生长等领域。
本文采用二乙基锌(D EZn)为p型掺杂源,使用5个压应变多量子阱为有源区,用MOCVD 外延设备制作了670nm L ED外延材料。
重点对多量子阱的室温光荧光特性和p型Zn掺杂技术进行了详细的分析,制作出L ED器件以检验材料品质。
1 实 验外延生长实验是在AIXTRON公司生产的MOCVD外延系统上进行的。
使用的Ⅲ族金属有机源(MO源)为TM G a,TMAl和TMIn,Ⅴ族原材料为体积分数100%的AsH3和PH3,n型掺杂源为体积分数2%的Si H4,p型掺杂源为DEZn。
衬底为(100)偏向(111)A15°的n型G aAs衬底。
用X射线双晶衍射方法(XRD)测量外延材料的晶格失配度和材料组分;用光荧光谱测量量子阱的发光波长;用电化学C2V方法测量材料的掺杂浓度。
全结构的外延材料制作成尺寸为200μm×200μm的芯片,并对整个2英寸(50mm)区域进行在片测试,检测正向电压、亮度和发光波长等性能参数。
2 结果与分析211 量子阱结构设计与室温光荧光谱分析根据文献[4]给出的三元合金材料GaInP能带结构数据,假定弯曲系数C为0165,x为Ga元素的组分百分比,则Ga x In1-x P材料的禁带宽度可以表示为E g(Ga x In1-x P)=1.35+0.65x+0.783x2与GaAs晶格匹配的GaInP材料的Ga组分为5115%。
通常生长条件下,MOCVD外延制备出的GaInP多为合金无序材料,禁带宽度比理论计算值1189eV稍高,约119eV(650nm)。
要想获得670nm的量子阱有源区,必须增大In组分,使量子阱的禁带宽度减小,也就是采用压应变量子阱。
压应变量子阱能有效改变材料的能带结构,使价带轻重空穴分离,重空穴处于价带顶。
压应变量子阱具有使空穴有效质量降低、态密度减小的优越性[5],因此能使激光器的阈值电流降低,使发光管的自发复合速率增加。
为此,本文设计了厚度为8nm的压应变GaInP量子阱,阱数为5个。
通过仔细优化多量子阱有源区的生长条件,获得了非常窄的室温光荧光(PL)谱线,670nm的量子阱荧光半宽为811nm(2211meV),如图1(a)。
相应地,非应变Al Ga InP/GaInP量子阱材料的半宽在1016nm(2919meV),如图1(b)。
图中E1e2E hh1为量子阱第一子能级与重空穴间的跃迁,E1e2E lh1为第一子能级与轻空穴间的跃迁。
图1 GaInP量子阱的室温PL光谱Fig11 Room temperature PL of CS MQWs相同外延工艺条件下,图1展示压应变量子阱比无应变量子阱的PL半宽更窄。
众所周知,PL 刘英斌等:670nm发光二极管材料的MOCVD外延生长 谱线半宽可以用来判断量子阱界面的陡峭程度,如文献[6]所阐述,可以通过“激子探针”探测异质结界面上激子尺寸(20～40nm )的能带(材料组分)变化,其原理图如图2。
需要注意的是:只有在低温情况下PL 光谱来自量子阱的激子复合,这是因为激子的束缚能较低(一般低于10meV ),温度过高时激子将分离成单独的自由电子和自由空穴。
文献[7]指出,在160K 以下量子阱的激子复合占主导,200K 以上带-带复合占主导。
根据以上分析可以得出结论:Ga InP 多量子阱室温光荧光是带-带跃迁的复合发光,而不是激子跃迁发光,因此其光谱半宽不是由量子阱界面质量(二维生长界面的组分粗糙程度)决定的。
图2 不同二维平面平整度情况下量子阱中激子感受到界面组分粗糙度Fig 12 Exciton in QW can measure t he different morphology of 2dimensional planar interface为了分析出压应变量子阱比无应变量子阱的PL 半宽更窄的原因,对比研究了量子阱宽度对Al GaAs/GaAs 单量子阱的PL 半宽的影响,如图3。
其室温PL 半宽的变化规律是:阱宽减小,波长变短,光谱半宽变窄。
经过谱峰识别分析出是轻重空穴能级间距决定了室温光荧光的半宽。
量子阱厚度减小,有效质量的差别使量子阱的轻重空穴能级分离变大,PL 半宽主要取决于重空穴;量子阱厚度增加,轻重空穴能级分离变小,PL 光谱是轻重空穴两条谱线的叠加,PL 半宽增加。
对照图1中的Ga InP 量子阱,根据文献[5]知道,压应变使轻重空穴子能级的分离比无应变得更大。
因此在图1中,大的压应变使PL 光谱分离成轻、重空穴两个谱峰。
至此可以得出结论:压应变量子阱的光谱半宽减小源于轻重空穴子能级的分离增大;若想正确分析光谱半宽,必须采用谱线分离技术;若想表征量子阱的界面质量,则必须采用低温PL 测量方法。
图3 Al GaAs/GaAs 量子阱室温PL 光谱Fig 13 Room temperature PL of QW of Al GaAs/GaAs material212 Al G a InP L E D 材料的Z n 掺杂Al GaInP L ED 材料常用的p 型掺杂源为CP 2Mg ,CP 2Mg 的最大缺点是具有较强的记忆效应,会在反应室中形成沾污,影响非掺杂材料的性能。
因此,本文采用D EZn 为p 型掺杂源。
p 型掺杂浓度受到生长温度、Ⅴ/Ⅲ和Zn 掺杂量等因素的影响,其中生长温度是最主要的工艺参数。