mocvd外延生长步骤
立方相AlxGa1—xN／GaAs(100)的MOCVD外延生长
目前 ， 多数蓝 、 发光二极 管 和激 光器都 是 以 大 绿
蓝 宝石 为衬底 的六 方结 构 ， 且 实现 了商品化 ． 并 而
的 ＮＨ 流量 和相 对 高 的生 长 温度 可 提 高 Ｍ Ｏ Ｎ 外 延层 的结 晶 质 量 ． ａ
关键词 ＭＯＣ ＶＤ；立方相 Ａ Ｇ Ｎ；光致发光 ｝扫描电镜 ｛低 值氧化物 Ｉａ
ＰＡ ＣＣ ： ７２８ Ｅ ； ７８ ０ ５５； ７ ５ ８６
中 围 分类 号 ：Ｔ ０ ． Ｎ３４ ２ ３
国家 自然 科 学 基 金 资 助项 目
层 上面生 长 厚约 ２ ０ ｍ 的 Ａ１ Ｎ 外延 层． ０ｎ Ｇａ 生长 Ａｌ — Ｇａ 外 延 屡 时 ， Ｎ ＮＨ。流 量 分 别 为 ５ 、 ０ 、 ０ 、 ０ １ ０ ２ ０ ５ ０ ｒｉ 其 中 生 长 温 度 为 ８ ０ ＮＨ ０ ｍ１ ａ ｎ， ／ ２ ℃． 流 量 为 ５ ０ ｒｉ 生长温 度 为 ８ ０ ， ０ ｍＩ ａ ｎ， ／ ６ ℃ 其它 条件 相 同． 光致 发 光 （ Ｌ） Ｐ 测试 在 室温 下进 行 ． 激发 光 源是 波 长为 ３ ５ ｍ 的 ＨｅＣ ２ｎ — ｄ激 光器 ． 扫描 电镜 照 片是在 型号 为 Ｊ Ｍ、 Ｓ 加速 电压 １ ｋ 的扫描 电镜上进 行 的， Ｖ ５
力． ａ ｇｅ ａ ．ａ 国际 上 首 次 实 现 立 方 Ｇ Ｎ Ｐ ｎ Ｙ ｎ ｔ １［ 在 ｊ ａ — 结 蓝 光 发 光 二 极 管 ， 实 现 了 Ｇａ ＩＧａ ：Ｚ ／ 又 Ｎ／ｎ Ｎ ｎ Ｇａ 双 异 质 结蓝 、 光 发光 二 极管 ． 目前 的亮 度 Ｎ 绿 但 还远 达不 到 以蓝 宝石 为村底 的六 方 Ｌ Ｄ． 了 实现 Ｅ 为 高亮 度 的发 光 二极 管 特别 是 激 光器 ， 须采 取 异质 必 结 结构 ． Ｎ／ Ｎ 异质 结 是 必 不 可 少 的． Ａ１ Ｇａ Ｇａ 可 是， 立方 Ａ１ Ｎ 的生 长 十分 困难 ， Ｇａ 晶体 质 量 相对 较
MOCVD
（3）质量的传递
如上所述，反应气体或生成物通过边界层，
是以扩散的方式来进行的，而使气体分子
进行扩散的驱动力，则是来自于气体分子 局部的浓度梯度。
CVD技术的分类
CVD技术根据反应类型或者压力可分为
低压CVD(LPCVD)
CVD技术
常压CVD(APCVD) 亚常压CVD(SACVD) 超高真空CVD(UHCVD) 等离子体增强CVD(PECVD) 高密度等离子体CVD(HDPCVD) 快热CVD(RTCVD) 金属有机物CVD(MOCVD)
MOCVD设备
Schematics of a MOCVD system
Carrier gas Material sources Gas handling system
In-situ diagnostics
NO electron beam probes!
Exhaust system
Safety system
x d v 0
2
1/ 2
以 “雷诺数”来表示，可改写为
x Re
2
1/2
式中，x为流体在固体表顺着流动方向移动得距离面。
也就是说，当流体流经一固体表面时，下图的主气流与固
体表面（或基片）之间将有一个流速从零增到ν0的过渡区
域存在，即边界层。
热传导是固体中热传递的主要方式，是将基片置于
经加热的晶座上面，借着能量在热导体间的传导，
来达到基片加热的目的，如图所示。以这种方式进 行的热能传递，可以下式表示。
单位面积的能量传递 T = Ecod kc X
其中：
kc为基片的热传导系数， △T为基片与加热器表面间的温度差， △X则近似于基片的厚度。
MOCVD的外延片技术研究报告和工艺流程!
可在形状复杂的基材 衬底 上形成均匀镀膜,结构密致,附着力良好之优点,因此MOCVD已经成为工业界主要的镀膜技术。MOCVD制程依用途不同,制程设备也有相异的构造和型态。整套系统可分为：
a.进料区
进料区可控制反应物浓度。气体反应物可用高压气体钢瓶经MFC精密控制流量,而固态或液态原料则需使用蒸发器使进料蒸发或升华,再以H2、Ar等惰性气体作为carrier而将原反应物带入反应室中。
金属有机物化学气相沉积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD），
如:MOCVD外延图示
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。
b.反应室
反应室控制化学反应的温度与压力。在此反应物吸收系统供给的能量,突破反应活化能的障碍开始进行反应。
7.依照操作压力不同,MOCVD制程可分为:
I常压MOCVDAPCVD
II低压MOCVDLPCWD
III超低压MOCVDSLCVD。
依能量来源区分为热墙式和冷墙式,如分如下:
(I)热墙式 由反应室外围直接加热,以高温为能量来源
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
第二节
一、
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。
MOCVD
MOCVD概述一、MOCVD的基本概述金属有机化合物气相沉积技术(MOCVD):金属有机化学气相沉积(MOCVD)又叫金属有机化学气相外延(MOVPE)，是目前应用十分广泛的气相外延生长技术。
它是马纳斯维特(Manasevit)于1968年提出来的一种制备化合物半导体薄膜单晶的方法。
80年代以来得到了迅速的发展，日益显示出在制备薄层异质材料，特别是生长量子阱和超晶格方面的优越性。
MOCVD采用Ⅲ族，Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族，Ⅵ族元素的氢化物作为源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长Ⅲ－Ⅴ族，Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体及其多元固溶体的薄层单晶。
金属有机化合物大多是具有高蒸汽压的液体。
用氢气，氮气或惰性气体作载气，通过装有该液体的鼓泡器，将其携带与Ⅴ族，Ⅵ族的氢化物（PH3，AsH3，NH3等）混合，通入反应室。
当它们流经加热衬底表面时，就在上面发生热分解反应，并外延生成化合物晶体薄膜。
对于Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的生长，MOCVD扮演了极为重要的角色，可以说MOCVD技术推动了氮化物半导体的产业化发展。
早在1971年，Manasevit 报道了用MOCVD技术在蓝宝石衬底上外延GaN薄膜，由于GaN与蓝宝石衬底的晶格失配和热失配都很大，早期生长的样品表面形貌很差，外延薄膜存在裂纹，n型背底浓度通常在1018cm-3以上。
此后的十几年的时间里，对Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的研究进展不大。
直到1986年，Akasaki首先引入低温AIN作为缓冲层，用MOCVD生长得到了高质量的GaN薄膜单晶。
两步生长法即首先在较低的温度下(500～600℃)生长一层很薄的GaN或AIN作为缓冲层(buffer)，经高温退火后，再将温度升高到1000℃以上生长GaN外延层。
这种方法的实质是在外延薄膜层和大失配的衬底之间插入一层“软”的薄层，以降低界面自由能。
实验结果表明，引入低温缓冲层后，外延薄膜的表面形貌和晶体质量显著提高，材料的n型背底浓度下降两个数量级以上，并且材料的光学性能（PL）也有提高。
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。
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。
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
03
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
LED芯片MOCVD外延生长
2021/10/10
23
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。到目前为 止，MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主 流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本 等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。
2021/10/10
5
Al2O3衬底
▪ 目前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是Al2O3，其优 点是化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制 造技术相对成熟；不足方面虽然很多，但均一一被 克服，如很大的晶格失配被过渡层生长技术所克服， 导电性能差通过同侧P、N电极所克服，机械性能差 不易切割通过激光划片所克服，很大的热失配对外 延层形成压应力因而不会龟裂。但是，差的导热性 在器件小电流工作下没有暴露出明显不足，却在功 率型器件大电流工作下问题十分突出。
[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强； [3]化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀； [4]热学性能好，包括导热性好和热失配度小； [5]导电性好，能制成上下结构； [6]光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小； [7]机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等； [8]价格低廉； [9]大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
MOCVD
MOCVDMOCVDMOCVD是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor DePosition)的英文缩写。
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.它以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。
MOCVD技术具有下列优点:(l)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。
MOCVD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，但一般来说,MOCVD设备是由源供给系统、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等组成。
l)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。
mocvd外延生长步骤
mocvd外延生长步骤
金属有机化学气相沉积（MOCVD）是一种常用于外延生长半导体材料的方法，特别是在制备光电子器件和集成电路中。
以下是MOCVD外延生长的一般步骤：
1.底片准备：
在开始MOCVD外延生长之前，需要准备一个基础底片，通常是单晶衬底，以提供一个有序的晶格结构。
2.清洗底片：
底片表面需要彻底清洗，以去除任何可能影响外延生长的杂质或表面污染物。
3.底片预处理：
可能需要进行一些预处理步骤，例如氧化、脱氢或其他表面处理，以提高外延层的质量和附着性。
4.装载底片：
将经过处理的底片放置在MOCVD反应室中，并确保它们被安置在适当的位置以进行生长。
5.反应室抽真空：
在进行外延生长之前，通常需要将反应室抽真空，以减少气体中的杂质，确保生长环境的洁净度。
6.气体进入和预热：
引入金属有机化学气体前体（例如金属有机化合物）和载气气体，然后对系统进行预热，以确保气体混合物的稳定性。
7.外延层生长：
在预定的温度和气体流量条件下，通过化学反应在底片表面逐层生长半导体外延层。
外延层的材料和性质取决于所选择的前体。
8.冷却和清理：
生长完成后，底片需要缓慢冷却，以防止材料的非均匀结晶。
此后可能需要进行清理步骤，以去除任何残留的气体或杂质。
9.取出生长样品：
生长完毕后，取出外延生长的样品，准备进行后续的制备工作，如器件加工或表征分析。
请注意，这只是一般性的MOCVD外延生长步骤，具体的实验条件和步骤可能会因材料系统和实验目的而有所不同。
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。
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精讲
Reactor
Gas handling system
气体处理系统的功能是混合与测量进入反应室的 气体。调节进入反应室气体的速率与成分将决定 外延层的结构。 气路的密封性至关重要，因为氧气的污染会降低 所生长薄膜的性能。 阀门的快速转换对薄膜和突变界面结构的生长很 重要。 流速，压强和温度的精确控制能保证生长薄膜的 稳定性和可重复性。
Re
d v
其中 d 微流体流经的管径， ρ 为流体的密度， ν 为流体的
流速，而μ则为流体的粘度。
两种常见的流体流动形式
基本上，CVD工艺并不希望反应气体以湍流的形式 流动，因为湍流会扬起反应室内的微粒或微尘，使 沉积薄膜的品质受到影响。
假设流体在晶座及基片表面的流速为零，则流体及基片 （或晶座）表面将有一个流速梯度存在在，这个区域便 是边界层。边界层的厚度δ，与反应器的设计及流体的 流速有关，而可以写为：
所谓边界层，就是流体及物体表面因流速、浓度、温度差 距所形成的中间过渡范围。 上图显示一个典型的CVD反应的反应结构分解。首先，参 与反应的反应气体，将从反应器的主气流里，借着反应气 体在主气流及基片表面间的浓度差，以扩散的方式，经过 边界层传递到基片的表面，这些达到基片的表面的反应气 体分子，有一部分将被吸附在基片的表面图（b）。当参与 反应的反应物在表面相会后，借着基片表面所提供的能量， 沉积反应的动作将发生，这包括前面所提及的化学反应， 及产生的生成物在基片表面的运动（及表面迁移），将从 基片的表面上吸解，并进入边界层，最后流入主体气流里， 如图 (d)。这些参与反应的反应物及生成物，将一起被CVD 设备里的抽气装置或真空系统所抽离，如图（e）。
Some about the name of MOCVD
MOCVD工艺简介
MOCVD工艺简介MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。
与其他外延生长技术相比，MOCVD技术有着如下优点：（1）用于生长化合物半导体材料的各组分和掺杂剂都是以气态的方式通入反应室，因此，可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。
可以用于生长薄层和超薄层材料。
金属有机化学气相淀积法（ＭＯＣＶＤ）是以挥发性金属有机物和气态的非金属氢化物作原材料，用与硅外延淀积相类似的生长装置，进行化合物半导体的外延淀积。
ＭＯＣＶＤ工艺中用作原材料（反应剂）和掺杂剂的特气有砷烷、磷烷、硫化氢、硒化氢、锑化氢、碲化氢、二硼烷、硅烷和锗烷等，用氢和氦作载气。
这些气体的纯度对淀积薄膜的质量有很大影响，是ＭＯＣＶＤ法能否得到广泛应用的关键因素。
必须控制气体中的氧和金属杂质含量。
使用气体，必须严防泄漏。
（2）反应室中气体流速较快。
因此，在需要改变多元化合物的组分和掺杂浓度时，可以迅速进行改变，减小记忆效应发生的可能性。
这有利于获得陡峭的界面，适于进行异质结构和超晶格、量子阱材料的生长。
（3）晶体生长是以热解化学反应的方式进行的，是单温区外延生长。
只要控制好反应源气流和温度分布的均匀性，就可以保证外延材料的均匀性。
因此，适于多片和大片的外延生长，便于工业化大批量生产。
（4）通常情况下，晶体生长速率与Ⅲ族源的流量成正比，因此，生长速率调节范围较广。
较快的生长速率适用于批量生长。
（5）使用较灵活。
原则上只要能够选择合适的原材料就可以进行包含该元素的材料的MOCVD生长。
而可供选择作为反应源的金属有机化合物种类较多，性质也有一定的差别。
（6）由于对真空度的要求较低，反应室的结构较简单。
（7）随着检测技术的发展，可以对MOCVD的生长过程进行在位监测。
实际上，对于MOCVD和MBE技术来说，采用它们所制备的外延结构和器件的性能没有很大的差别。
MOCVD外延片的生长及参数检测
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。
MOCVD的基本构造
MOCVD的基本由：源供给系统，气体运输和流量控制系统， 反应室及温度控制系统，尾气处理及安全防护报警系统，自 动操作机电控系统等构成 。进料区：进料区可控制反应物浓 度。气体反应物可用高压气体钢瓶经ＭＦＣ精密控制流量， 而固态或液态原料则需使用蒸发器使进料蒸发或升华，再以 Ｈ２、Ａｒ等惰性气体作为ｃａｒｒｉｅｒ而将原反应物带 入反应室中。反应室：反应室控制化学反应的温度与压力。 在此反应物吸收系统供给的能量，突破反应活化能的障碍开 始进行反应。废气处理系统：通常以淋洗塔、酸性、碱性、 毒性气体收集装置、集尘装置和排气淡化装置组合成为废气 处理系统，以吸收制程废气，排放工安要求，对人体无害的 气体。
光学性能检测
在将外延片取出后我们将对其进行光荧光的测试 。 与普通光源比较，激光作为荧光检测器光源具有单色性好、 聚光性能好等特点。其中最主要的是激光作为相干光源具有 较高的光子流量photo flux，极大地增强了荧光检测的信噪 比，有利于提高分析检测的灵敏度。 我们通过激光器打出光源，光通过展波器再到光学透镜打到 外延片上，激光诱导发光再进过聚焦透镜，光进入单色仪， 展波器与单色仪相连，只接收1000HZ频率的光，单色仪连 接到锁萧放大器，再到数据采集器最后连接到电脑 得到光强，光通量，波长范围，半峰宽等等参数。
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。
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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。
4.反应时间：根据所需薄膜厚度和生长速率，确定合适的反应时间。
过短的
反应时间可能导致薄膜较薄或不完整，而过长的反应时间则可能导致堆积过
厚或杂质掺入。
5.后处理：在完成外延生长后，可以进行一些后处理步骤，如退火、退磁等，
以进一步改善材料的性能和结构。
应用领域
MOCVD外延生长技术广泛应用于半导体器件制造中。
以下是一些常见的应用领域：1.LED制造：LED（Light Emitting Diode）是一种重要的光电器件，MOCVD
外延生长可以用于制备LED的发光层和其他关键部件。
2.激光器制造：MOCVD外延生长也可以用于制备激光器的活性层和波导结构，
为激光器提供必要的材料基础。
3.太阳能电池：MOCVD外延生长可用于太阳能电池中的薄膜材料的制备，提高
太阳能转换效率。
4.功率器件：MOCVD外延生长还可用于制备功率器件中的材料，如功率
MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等。
结论
MOCVD外延生长是一种重要的半导体材料制备技术，通过控制温度、压力和流量等
参数，可以实现高质量、均匀性好的外延薄膜。
该技术在LED、激光器、太阳能电
池等领域有广泛应用，并不断得到改进和优化。
随着半导体行业的发展，MOCVD外
延生长技术将继续发挥重要作用，并为新型器件和应用提供支持。