光电子材料与器件-2 MOCVD growth
mocvd
MOCVD概述MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种用于薄膜生长的化学气相沉积方法。
该方法利用金属有机化合物在高温下分解，从而在衬底表面沉积出所需的薄膜。
MOCVD在半导体材料、光电子学和纳米科技等领域广泛应用。
工艺流程MOCVD的工艺流程一般包括下述几个步骤：1.准备衬底：选择合适的衬底材料，并进行表面清洗和处理，以确保良好的薄膜生长条件。
2.载气流入：将所需的载气引入反应室，常用的载气有氢气、氩气等。
3.前体供应：将金属有机化合物的气体前体供应到反应室，通常通过气体输送系统控制前体的流量和浓度。
4.反应：在适当的温度和压力条件下，金属有机化合物分解并与衬底表面反应，形成所需的薄膜。
5.生长控制：对反应条件进行控制，如温度、压力、前体浓度等，以控制薄膜的成分、结构和生长速率。
6.结束和冷却：停止前体供应，并冷却样品，以结束薄膜的生长过程。
应用领域半导体材料生长MOCVD广泛应用于半导体材料的生长。
通过控制衬底、前体和反应条件，可以生长多种半导体材料，如GaAs、InP、GaN等。
这些材料在电子器件中具有重要的应用，如光电二极管、激光器、太阳能电池等。
光电子学由于MOCVD可以生长高质量的半导体材料薄膜，它被广泛应用于光电子学领域。
MOCVD生长的薄膜可以用于制备LED（发光二极管）和LD（激光二极管），这些器件在照明和通信等领域有重要应用。
纳米科技随着纳米科技的发展，MOCVD也发展出了纳米级的应用。
通过控制MOCVD的反应条件，可以生长纳米尺寸的量子点和超晶格结构，这些纳米结构在纳米电子学、纳米光学和生物医学等领域具有潜在应用。
优点与挑战优点1.高质量薄膜：MOCVD可以生长高质量、均匀的薄膜，具有较低的缺陷密度和较好的结晶特性。
2.选择性生长：通过调节反应条件和前体选择，可以实现对特定晶面和材料的选择性生长。
3.可扩展性：MOCVD方法可扩展到大面积、高通量的薄膜生长，适用于工业化生产。
MOCVD技术的技术特点与优势介绍及在光电薄膜中的应用
MOCVD技术的技术特点与优势介绍及在光电薄膜中的应用MOCVD技术在半导体材料和器件及薄膜制备方面取得了巨大的成功。
尽管如此，MOCVD仍是一种发展中的半导体超精细加工技术，MOCVD技术的进一步发展将会给微电子技术和光电子技术带来更广阔的前景。
一、引言近年来，随着半导体工业的发展以及高速光电信息时代的来临，LPE、VPE等技术在半导体业生产中的作用越来越小；MBE与MOCVD技术相比，由于其设备复杂、价格更昂贵，生长速度慢，且不适pC-长含有高蒸汽压元素(如P)的化合物单晶，不宜于工业生产。
而金属有机物化学气相淀积(MOCVD)，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。
经过近20年的飞速发展，成为目前半导体化台物材料制备的关键技术之一。
广泛应用于包括半导体器件、光学器件、气敏元件、超导薄膜材料、铁电／铁磁薄膜、高介电材料等多种薄膜材料的制备。
二、MOCVD的主要技术特点国内外所制造的MOCVD设备，大多采用气态源的输送方式，进行薄膜的制备。
气态源MOCVD设备，将MO源以气态的方式输送到反应室，输送管道里输送的是气体，对送入反应室的MO源流量也以控制气体流量来进行控制。
因此，它对MO源先体提出应具备蒸气压高、热稳定性佳的要求。
用气态源MOCVD法沉积一些功能金属氧化物薄膜，要求所选用的金属有机物应在高的蒸气压下具有高的分子稳定性，以避免输送过程中的分解。
然而，由于一些功能金属氧化物的组分复杂，元素难以合成出气态MO源和有较高蒸气压的液态MO源物质，而蒸气压低、热稳定性差的MO源先体，不可能通过鼓泡器(bubbler)由载气气体输运到反应室。
然而采用液态源输送的方法，是目前国内外研究的重要方向。
采用将液态源送入汽化室得到气态源物质，再经过流量控制送入反应室，或者直接向反应室注入液态先体，在反应室内汽化、沉积。
这种方式的优点是简化了源输送方式，对源材料的要求降低，便于实现多。
mocvd的原理及应用
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。
光电子低维结构材料和器件的发展
单电子效应
量子点
n=3
单电子效应 e2 > kT 2C ｰ Vg
静电能量
+
n=2 n=1
单电子晶体管
电子数控制和超低耗电晶体管
存储器件发展情况
1012
电流控制
电子数控制
256G 64G 16G
109
4G 1G 64M 16M 4M 1M
1存储＝100e
200
100
106 1980 1990 2000 Year 2010 2020 2030
双异质结激光器
• 限制载流 子和光波 采用异质 结
单量子阱激光器
• Al0.4Ga0.6As/ Al0.2Ga0.8As/ GaAs分别限 制（SCH） 单量子阱激 光器 • 阱和垒作为 波导层
多量子阱激光器
• 激光器性能 提高：阈值 电流降低， 光增益谱变 窄效率提高， 积分增益增 大，温度性 能提高。
• 改变阱(GaInAs) 和垒(AlInAs)的厚 度，可miniband改 变间隔 • Miniband可承受 更高的电流和功 率 • 750毫瓦，7.6微米， 室温
斜跃迁结构
• 4.3微 米,8.4微米 • 30mW • 线宽 0.3cm-1 • 125K
垂直跃迁结构
• 4.8微米 • 30mW
量子霍尔效应
I,II,III型超晶格
2.5 2.0
AlP AlAs
EC2 EC1
GaAs AlAs 0.5 Wavelength (m)
EV1
type I
AlSb
EV2 EC2
Band Gap Energy (eV)
type I
1.5 1.0 0.5 0.0 0.54
《宽禁带半导体发光材料》3.1MOCVD设备与氮化物材料生长基础
MOCVD通常的性能指标
硬件性能参数
衬底温 度
反应室 压力
衬底转速 范围
稳定性 均匀性 升温速率
范围
控制精度
系统气 密性
管路系统漏气率 反应室漏气率
0-2000转/分钟 100～1200℃
±1℃ ±3℃（在1000℃）
0.5 ℃-3℃/s 20-760Torr
MOCVD技术由于能在纳米尺度上精确控制外延层的厚度、组分 、掺杂及异质结构界面，所以其与分子束外延技术（MBE）一起 成为制备化合物半导体异质结、低维结构材料的重要方法。
MOCVD技术是一种动态非平衡生长技术，外延生长是高度受控 的相转变。因此，热力学完全决定着所有生长过程的驱动力，进 而确定最大生长速率。此外，在许多生长条件下对于外延热力学 的了解，可以确定合金的组分以及固体的化学配比。
Desorption
Diffusion
Pyrolysis
Adsorption
Surface reaction
Substrate
NH3
H
N
Ga(CH3)3
CH3
Ga
MOCVD的优势
高质量外延层
高生长速率 掺杂均一 重复性好
高量产，不需要超高真空（对比MBE）
成本优势 降低生长周期
高灵活性
同一系统可生长多种不同材料体系
陡峭界面适宜生长异质结
MQW，SLs
MOCVD生长的关键过程
化学反应
单相反应─气相中形成内核
源的高温分解及其加合物 复杂的激活反应
多相反应─衬底表面
台阶,结,及其引起的“缺陷”的性质和密度 源及其中间态的吸附和解吸作用 高温分解,包括复杂的激活反应 产品的吸附作用
外延生长技术概述
外延生长技术概述由 LED 工作原理可知,外延材料是LED的核心部分,事实上,LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。
发光二极管对外延片的技术主要有以下四条：①禁带宽度适合。
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。
④发光复合几率大。
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 VaporDeposition,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,在加热的衬底表面发生反应,外延生长化合物晶体薄膜。
MOCVD具有以下优点：用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中,可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分,导电类型,载流子浓度,厚度等特性。
因有抽气装置,反应室中气体流速快,对于异质外延时,反应气体切换很快,可以得到陡峭的界面。
外延发生在加热的衬底的表面上,通过监控衬底的温度可以控制反应过程。
在一定条件下,外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
MOCVD及相关设备技术发展现状：MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来,经过七十至八十年代的发展,九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。
目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。
日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备,利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构),于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管 ,1998年实现了室温下连续激射10,000小时,取得了划时代的进展。
lec砷化镓单晶生长技术
lec砷化镓单晶生长技术
砷化镓（GaAs）单晶生长技术是一项关键的半导体制备技术，
用于制造高性能光电子器件和集成电路。
砷化镓单晶生长技术通常
采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）等方法。
MOCVD是一种常用的砷化镓单晶生长技术，它利用金属有机化
合物和气相的反应来沉积单晶薄膜。
在MOCVD过程中，砷化镓单晶
通常在高温下（约600-700摄氏度）通过热分解金属有机化合物来
实现。
通过控制反应条件和衬底表面的结构，可以实现高质量、均
匀性好的砷化镓单晶生长。
另一种常见的生长技术是分子束外延（MBE），它是一种高真空
技术，通过分子束的热蒸发来沉积单晶薄膜。
在MBE过程中，砷化
镓单晶通常在超高真空环境下通过热蒸发金属源和砷源来实现。
MBE
技术能够实现非常精确的控制，因此在制备复杂结构和多层异质结
的器件时具有优势。
除了MOCVD和MBE，还有其他一些砷化镓单晶生长技术，如气
相外延（VPE）、液相外延（LPE）等。
这些技术各有优缺点，适用
于不同的应用场景和器件制备要求。
总的来说，砷化镓单晶生长技术是一个复杂而关键的领域，需要充分考虑材料的纯度、均匀性、晶格匹配等因素，以实现高质量的砷化镓单晶生长。
随着半导体器件的不断发展和应用需求的不断变化，砷化镓单晶生长技术也在不断创新和进步。
2024年MOCVD设备市场前景分析
2024年MOCVD设备市场前景分析1. 引言金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术是一种重要的半导体材料制备技术，广泛应用于LED、太阳能电池、光电子器件等领域。
本文通过对MOCVD设备市场前景进行分析，旨在为相关企业和投资者提供市场参考。
2. MOCVD设备的定义与发展MOCVD设备是一种用于生长金属有机化合物气相沉积薄膜的设备，通过在高温、高压、气氛控制条件下将金属有机前驱体分解，并以化学反应来沉积材料。
MOCVD 设备的不断发展推动了光电子器件、半导体材料以及相关应用的进步。
3. MOCVD设备市场现状目前，MOCVD设备市场呈现出快速增长的态势。
LED行业的发展带动了MOCVD 设备市场的快速扩张，同时新兴领域如太阳能电池和光电子器件等的发展也对市场需求产生了积极影响。
全球范围内，亚洲地区是MOCVD设备市场规模最大的区域，其中中国是最大的市场。
4. MOCVD设备市场前景4.1 技术创新驱动市场增长MOCVD设备市场的发展主要受到技术创新的推动。
随着新材料的不断涌现以及半导体器件的不断进步，对于高质量、高效率材料的需求也在不断增加。
MOCVD设备作为关键制备工具，需要不断优化和升级以满足市场需求，并提高产能和效率。
4.2 行业竞争格局分析MOCVD设备市场竞争激烈，主要厂商包括美国的Veeco Instruments和Applied Materials，日本的Tokyo Electron等。
由于市场的高度专业性和技术要求，市场份额主要集中在少数几家大型企业。
不过，随着市场的扩大和技术的进步，新的竞争者也有可能进入市场。
4.3 市场机遇与挑战MOCVD设备市场面临着机遇和挑战并存的局面。
市场机遇主要体现在技术创新的推动下，新兴应用领域的不断发展，如显示技术、量子器件等。
然而，市场挑战也不可忽视，包括技术门槛高、成本压力大以及不断变化的市场需求等。
5. 总结MOCVD设备市场前景广阔，受新兴应用领域和技术创新的推动，市场规模不断扩大。
Ⅱ类超晶格红外探测器技术概述(二)
第５１卷 第５期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．５ ２０２１年５月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＭａｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０５ ０５４８ ０６·综述与评论·Ⅱ类超晶格红外探测器技术概述（二）尚林涛，王 静，邢伟荣，刘 铭，申 晨，周 朋，赵建忠（华北光电技术研究所，北京１０００１５）摘 要：简要归纳总结了Ⅱ类超晶格材料的生长、器件制备方法以及最近新型Ⅱ类超晶格材料体系的演化。
Ⅱ类超晶格理论和工艺技术不断取得进步和完善并呈现出材料体系多样化和更高的性能。
虽然目前及今后较长时间内ＨｇＣｄＴｅ技术仍然是市场主流，但是Ⅱ类超晶格技术在整体系统性能和成本上可以挑战ＨｇＣｄＴｅ，Ⅱ类超晶格技术将在红外应用领域全方位替代ＨｇＣｄＴｅ技术的优势已经越来越清晰。
关键词：Ⅱ类超晶格；Ｔｙｐｅ Ⅱ；Ｔ２ＳＬ；ＳＬＳ；生长及制备中图分类号：ＴＮ２１３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０５．００２Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ⅱ）ＳＨＡＮＧＬｉｎ ｔａｏ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＸＩＮＧＷｅｉ ｒｏｎｇ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＳＨＥＮＣｈｅｎ，ＺＨＯＵＰｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎ ｚｈｏｎｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅｒｅｃｅｎｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｎｅｗｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｈｉｇｈｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＡｌｔｈｏｕｇｈＨｇＣｄＴｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｔｉｌｌｔｈｅｍａｒｋｅｔｍａｉｎｓｔｒｅａｍａｔｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅｔｏｃｏｍｅ，ｔｙｐｅ ⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｃｈａｌｌｅｎｇｅＨｇＣｄＴｅｉｎｔｅｒｍｓｏｆｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｓｔ Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｙｐｅ ⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｒｅｐｌａｃｉｎｇＨｇＣｄＴｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｉｎｆｒａｒｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｃｌｅａｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌａｓｓⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ；ｔｙｐｅ Ⅱ；Ｔ２ＳＬ；ＳＬＳ；ｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ作者简介：尚林涛（１９８５－），男，硕士，工程师，研究方向为红外探测器材料分子束外延技术研究。
LP-MOCVD两步生长法制备的InAs0.9Sb0.1／GaAs
有潜力的红外材料体系 ， 它覆盖了两个重要大气
窗 口波段 ３～ ５ 和 ８～１ ｍ。特 别是 在 ３—５ ２
ｍ波段的红外光 电探测器 ， 由于其在污染监测 、 红外热成像 、 雷达 以及光纤通讯等领域具有极其
重要 的应 用 背 景 而 受 到 人们 的高 度 重 视 。而 且 ＩＡＳ 材料 有相 对 高 的稳 定 性 、 高 的 电子 和 空 ｎ ｓｂ 更 穴 迁 移率 、 易于控 制组分 、 于集成 化 以及相对 成 易
源， 以经 过氢气 净化 器 纯 化 的 Ｈ 作 为载 气 ， 用 使 半绝 缘 （０ ） ａ ｓ 衬 底 。Ｔ ｎ和 Ｔ ｂ冷 阱 １０ Ｇ Ａ 为 ＭＩ ＭＳ 源 温分 别 控 制在 １ ｃ和 一２ ｃ。Ｇ Ａ ７ｃ ０ｃ ａ ｓ衬 底通
作者简介 ： 建春 （９ ０ ， ， 谢 １８ 一） 男 江西丰城人 ， 硕士研究生 ， 主要从 事１一 １ Ｖ族半导体材料与器件的研究 。 １
摘要： 利用 Ｌ ． Ｏ Ｖ ＰＭ Ｃ Ｄ技术， 采用两步生长法 ， １ ） ａ ｓ 在（０ ＧＡ 单晶衬底上生长高质量的 Ｉ ｓ ｂ ０ ｎ Ｓ㈦。用扫描 Ａ
电镜 、 ｘ射线 单晶衍射 、 ａ 测量 以及 Ｒ ｍ ｎ光谱等方法对材料进 行 了表征 。分析 了缓 冲层 和外延层 生长温 Ｈｌ ｌ ａａ
种光学声子行为 。
关
键
词 ： 属有机化学气相沉积 ；ＩＡ Ｓ ；两步生 长法 ； ａ ｓ 金 ｎ ｓｂ Ｇ Ａ
Ｐ Ｃ ７ ８ Ｅ ８ １Ｈ Ａ Ｃ： ２ ０ ； １５ 文献标识码 ： Ａ
中图分类号 ： Ｎ ０ ．５ Ｔ ３４ ５
１ 引
言
Ｇ Ａ 衬 底 上生 长 ＩＡ 。Ｓ ／ ａ ｓ 料 的报 道 。 ａｓ ｎ ｓ。ｂ＿ Ｇ Ａ 材 ０ １ 在 生 长高失 配 的半 导 体 材 料 时 ， 了减少 由 晶格 为
MOCVD生长GaN基蓝光LED外延片的研究
LED外延片及知名生产企业介绍外延生长的大体原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（要紧有蓝宝石（Al2O3）和SiC，Si）上，气态物质In,Ga,Al,P有操纵的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。
目前生长技术要紧采纳有机金属化学气相沉积方式。
大体原理Ⅲ-V族氮化合物InN、GaN、AIN及其合金材料，其带隙宽度从至，覆盖了可见光及紫外光光谱的范围。
GaN材料系列是一种理想的短波长发材料，对GaN材料的研究与应用是现今全世界研究的前沿和热点，市场上的及紫光LED都是采纳GaN基材料生产出来的。
GaN是极稳固的化合物和坚硬的高熔点材料，也是直接跃迁的宽带隙半导体料，不仅具有良好的物理和化学性质，而且具有电子饱和速度高、热导率好、禁带宽度大和介电常数小等特点和强的抗辐照能力，可用来制备稳固性能好、寿命长、耐侵蚀和耐高温的大器件，目前普遍应用于子、蓝光LED、紫光探测器、高温大功率器件和高频微波器件等光电器件。
制备高质量的GaN基材料和薄膜材料，是研制和开发发光外延材料及器件性能的前提条件。
目前市场上尚未哪家公司能生产两寸的高质量的GaN单晶衬底，即便有GaN单晶衬底，价钱也相当的昂贵。
此刻大多数公司利用的衬底材料都是兰宝石（Al2O3），尽管它与GaN失配达%，在兰宝石衬底上生长的GaN 薄膜材料会有超级高的位错密度，但本钱低、价钱低廉，工艺也比较成熟，在高温下有良好的稳固性。
工艺金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChcalVaporDeposition，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单品薄膜的新技术。
该设备集周密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、、化学、多学科为一体，是一种程度高、价钱昂贵、技术集成度高的尖端子专用设备，要紧用于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进展前途的专用设备之一。
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。
mocvd生长gan原理
MOCVD生长GaN原理引言氮化镓（GaN）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景，例如高亮度发光二极管（LED）、高电子迁移率晶体管（HEMT）等。
其中，MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种常用的GaN生长技术。
本文将详细解释MOCVD生长GaN的基本原理，包括反应机理、生长过程和影响因素等内容。
1. 反应机理MOCVD生长GaN的基本反应机理可以分为两个步骤：金属有机前体分解和氮化反应。
1.1 金属有机前体分解MOCVD使用金属有机前体作为源材料，常用的有三甲基镓（TMGa）和氨（NH3）。
在高温下（通常为700-1100°C）和低压（几百帕）的条件下，TMGa分解为镓原子和甲烷（CH4），反应如下：TMGa + CH4 -> Ga + 3CH3这个反应是一个热解反应，通过热能将TMGa分解为金属镓和甲烷。
金属镓可以在衬底表面扩散并形成薄膜。
1.2 氮化反应在金属镓薄膜形成后，需要进行氮化反应将其转化为GaN。
这一步骤通常在高温下进行，使用氨作为氮源。
氨分解为氮原子和氢气，然后与金属镓反应生成GaN，反应如下：GaN + NH3 -> GaN + 3/2H2这个反应是一个气相反应，通过金属镓和氮原子的反应生成GaN。
氮源的供应量和反应温度会影响GaN的生长速率和质量。
2. 生长过程MOCVD生长GaN的过程可以分为几个关键步骤：表面吸附、扩散、反应和脱附。
2.1 表面吸附金属有机前体和氮源在气相中输送到衬底表面后，会先发生吸附。
金属有机前体通过表面吸附在衬底上，形成一个镓原子层。
氮源中的氮原子也会吸附在衬底表面。
2.2 扩散金属有机前体和氮源吸附在衬底表面后，会向表面下方扩散。
金属有机前体中的金属镓原子会在表面扩散并形成一个薄膜。
氮原子也会在表面扩散并与金属镓反应形成GaN晶体。
2.3 反应金属镓和氮原子在表面扩散后会发生反应，生成GaN晶体。
反应速率和质量受到金属有机前体和氮源的供应量、反应温度和压力等因素的影响。
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
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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生长GaN基激光器及其特性研究的开题报告
MOCVD生长GaN基激光器及其特性研究的开题报告1. 研究背景和意义近年来，GaN材料及其衍生物的研究逐渐成为了光电子学领域的热点。
GaN材料具有极佳的电学和物理性质，是高亮度LED、蓝宝石激光器、高功率RF器件等的关键材料。
其中，GaN基激光器对于光通信、图像识别、生物医疗等应用至关重要。
因此，本课题计划通过MOCVD生长GaN基激光器，并对其特性进行研究，旨在探究如何提高GaN基激光器的输出功率、寿命、可靠性等性能，进一步推动GaN材料的应用。
2. 研究内容和方法本课题将通过以下步骤对GaN基激光器进行研究：(1) 确定实验条件：首先需要确定MOCVD生长GaN基激光器的实验条件，包括载气、生长温度、哪些掺杂剂等参数，以确保生长出质量较高的样品。
(2) 样品制备：根据实验条件，利用MOCVD生长技术制备GaN基激光器样品。
制备完成后，利用扫描电镜、X射线衍射仪等对样品进行表征，检测其结构和纯度。
(3) 系数设计：针对特定的样品和器件参数，设计出基于理论模型的系数。
利用这些系数，可以模拟GaN基激光器的性能。
(4) 特性测试：用光学测试仪器对GaN基激光器的波长、光强、温度等特性进行测试，同时还需进行性能寿命测试，以评价其可靠性。
3. 预期结果和意义通过本次研究，预计可以获得以下结果和意义：(1) 研究生长条件对GaN基激光器的影响，优化生长条件，提高样品质量。
(2) 检测样品结构和纯度，为后续测试提供依据。
(3) 利用理论模型的系数，模拟并预测GaN基激光器的性能和输出功率，为器件制造提供参考。
(4) 测试GaN基激光器的性能、寿命、可靠性等特性，为其在光电子学及其他领域的推广应用提供技术支持。
综上所述，本研究对于推动GaN材料应用和促进光电子学领域的发展具有重要意义。
2024年MOCVD设备市场规模分析
2024年MOCVD设备市场规模分析1. 引言MOCVD（金属有机化学气相沉积）是一种关键的半导体材料制备技术，广泛应用于LED（发光二极管）、激光器和其他光电子设备的制造过程中。
本文旨在分析MOCVD设备市场的规模，并探讨其发展趋势。
2. MOCVD设备市场概览近年来，随着LED和其他半导体器件的迅速发展，MOCVD设备市场呈现出强劲增长的态势。
该市场的增长主要得益于技术的不断进步和市场需求的持续增加。
MOCVD设备的精准控制和高效生长特性使其成为制造高质量半导体材料的理想选择。
3. 2024年MOCVD设备市场规模分析根据市场研究报告，MOCVD设备市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。
预计到2025年，该市场的价值有望超过XX亿美元。
该增长主要受到以下几个因素的推动：3.1 技术进步和应用扩展随着MOCVD设备技术的不断改进和应用领域的拓宽，市场需求不断增加。
LED和其他光电子设备的广泛应用推动了MOCVD设备市场的增长。
此外，对节能和环保的需求也促进了MOCVD设备在太阳能电池和其他可再生能源领域的应用。
3.2 区域市场需求增长全球范围内，亚太地区是MOCVD设备市场最大的需求来源地。
亚太地区经济的快速发展和不断增长的消费力支撑了该地区对MOCVD设备的需求。
此外，欧美市场也在不断增长，由于对高品质半导体材料的需求日益增加。
3.3 成本和性能优势MOCVD设备相对于其他半导体材料制备技术具有成本和性能优势。
其高效的生长速率、较低的能耗和较长的设备寿命使其成为制造商的首选。
这种优势将进一步推动市场需求的增长。
4. MOCVD设备市场发展趋势未来几年，MOCVD设备市场有望继续保持快速增长。
以下是市场发展的一些趋势：4.1 技术改进和创新MOCVD设备制造商将继续致力于技术改进和创新，以提高设备的生长效率、稳定性和可靠性。
此外，他们还将关注设备的智能化和自动化，以满足市场的不断变化需求。
4.2 新兴应用领域的开拓MOCVD设备在新兴应用领域（如量子点技术和纳米器件）的需求不断增加，将进一步推动市场的发展。
现代光电子学中的外延生长技术研究
现代光电子学中的外延生长技术研究光电子学是一门涉及电子学和光学的交叉学科。
现今，光电子学已经成为了当今世界的重要发展领域，被广泛应用于通信、信息存储、显示技术、医学、环保等众多领域。
光电子学的一个基础是外延生长技术，这种技术已成为制备光电子器件的主要方式。
本文将对现代光电子学中的外延生长技术进行详细研究。
一、外延生长技术基本原理外延生长技术是通过在一种晶体的表面沉积另一种晶体来制备光电子器件。
外延生长技术中的晶体通常指半导体晶体，因为半导体材料具有优良的光电特性，被广泛应用于光电子学中。
外延生长技术的基本原理是利用一个尺寸小于晶体间距的原子层来沉积新晶体，这种原子层叫做外延层。
利用外延生长技术生长的晶体称为外延片。
外延生长技术的过程是将被生长晶体的基片置于一个固态或液态外延片源上，外延片源中的原子或者分子将在龙骨上沉积形成一个外延层，外延层的晶体结构必须与龙骨晶体的结构匹配。
通过熔炼晶体或者提高外延片源的温度，可以使沉积的晶体沉积在沉积层上继续生长。
这样，就可以制备出高质量的单晶片和从多层外延片中切出的晶体。
二、外延生长技术的种类外延生长技术具有非常广泛的应用，其中包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延法（MBE）、气相输运法和液相外延法等等。
这些方法都具有非常重要的应用和潜力。
1、 MOCVDMOCVD是外延生长技术中最常用的方法之一。
MOCVD法具有许多优点，例如高效性、极高的沉积速率、易于控制和适应性等优点。
MOCVD法可以通过结构、组分、大小和缩放等参数控制沉积晶体的生长。
目前，MOCVD法已经广泛应用于制备LED、激光器、太阳能电池等领域。
2、MBEMBE法是通过分子束沉积来实现单原子沉积的技术，具有精度高的优点，可用于在一般化学反应限制条件下进行沉积的某些半导体材料的设备成形。
MBE法的发展已经包括高分辨率光束蒸发（HRMBE）和低能量电离鼓泡电离化（LEMBE）等。
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5
Introduction
Why MOCVD ?
❖ Very high quality of grown layers (high growth rate and doping uniformity/reproducibility)
❖ High throughput and no ultra high vacuum needed (-compared to MBE) (Economically advantageous, high system up-time)
❖ Highest flexibility (Different materials can be grown in the same system)
❖ Growth of sharp interfaces possible very suitable for heterostructures, (e.g., multi quantum wells (MQW))
Some of the sources like AsH3 are very toxic.
4
Introduction
Some about the name of MOCVD
In the reference, MOCVD also have some other names. Different people prefer different name. All the names refer to the same growth method.
3
Introduction
Compare of epitaxial methods
Growth method
LPE (Liquid phase epitaxy)
VPE (Vapor phase epitaxy MBE (Molecular Beam Epitaxy) MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)
Reactor-1
11
The MOCVD technique and growth system
Reactor-2
12
The MOCVD technique and growth system
15 -52.5 -15.8 -82.5
88 -32 -28 175
Log[p(torr)]=B-A/T
7
Metalorganic compounds
MO compounds supply system
8
The MOCVD technique and growth system
Components of a MOCVD System
No Al contained compound, thick layer
1958 Deposit epilayer at 1967 ultrahigh vacuum
Hard to grow materials with high vapor pressure
1968 Use metalorganic compounds as the sources
Physics Department, Nanjing University
2-Dec-10
2
Outline
1. Introduction 2. Metalorganic compounds 3. The MOCVD technique and growth system 4. Epitaxial growth basic 5. Example: MOCVD growth of GaN 6. Materials Characterizations
gas handling system
reactor with heated susceptor
control unit
vacuum system
scrubbing system
9
The MOCVD technique and growth system
10
The MOCVD technique and growth system
The AIX 2800G4 HT in the 42x2 inch configuration
1
MOCVD technology and epitaxial growth
Chen Peng
Institute of Optoelectronics，Nanjing University & Yangzhou
P at 298 K (torr) 14.2 0.041 238 4.79 1.75 0.31 8.53 0.05 NhomakorabeaA
2780 3625 1825 2530 2830 2815 2190 3556
B
10.48 10.78 8.50 9.19 9.74 8.94 8.28 10.56
Melt point (oC)
6
Metalorganic compounds
MO compounds
Compound
(Al(CH3)3)2 Al(C2H5)3 Ga(CH3)3 Ga(C2H5)3 In(CH3)3 In(C2H5)3 Zn(C2H5)2 Mg(C5H5)2
TMAl TEAl TMGa TEGa TMIn TEIn DEZn Cp2Mg
time features
limit
1963 1958
Growth form supersaturated solution onto substrate
Use metal halide as transport agents to grow
Limited substrate areas and poor control over the growth of very thin layers
• MOCVD • OMCVD • MOVPE • OMVPE
(Metalorganic chemical vapor deposition) (Organometallic CVD) (MO vapor phase epitaxy)
• AP-MOCVD (Atmosphere MOCVD) • LP-MOCVD (Low pressure MOCVD)