国产MOCVD设备的特点、性能和发展趋势.pdf

国产国产MOCVDMOCVD设备的设备的 特点、性能及发展趋势 刘祥林 焦春美 中国科学院半导体研究所 2004年年9月月 提纲提纲提纲提纲 一、前言 二二、MOCVDMOCVD设备的特点设备的特点 三三、、用第用第一代代MOCVDMOCVD设备生长的设备生长的GaNGaN材料材料 四、第二代MOCVD设备的设计要点 五、发展趋势 六、设备生产及相关问题 一、一、前言前言前言前言 MOCVDMOCVD是是GaAsGaAs 、InPInP材料的核心生长技术材料的核心生长技术，特别是特别是GaNGaN － LED和LD的主流方法。 随着随着 《《国家半导体照明工程国家半导体照明工程》》启动启动，，研制国产化研制国产化MOCVDMOCVD设设 备已迫在眉睫。 我我组在在 “863”和北京市科委京市科委的支持支持下，于2003年成功研制年成功研制 出了一次生长3片2英寸衬底并具有自主知识产权的MOCVD 设备样机（第一代MOCVD设备），实现了衬底基座的公转/ 自转可独立调节自转可独立调节、具有低成本的新型原料配送结构等功能具有低成本的新型原料配送结构等功能。 这是国内第一台生产型MOCVD设备，已经进行了400余次 生长实验生长实验，生产出性能优良的氮化镓材料生产出性能优良的氮化镓材料。 针对第一代MOCVD设备的不足，目前正在进行第二代 MOCVDMOCVD设备设备 （（66片片22英寸衬底英寸衬底））的设计和研制的设计和研制。。 二、二、MOCVDMOCVD设备的特点设备的特点 11））用计算流体力学和可视化气流观测相结合用计算流体力学和可视化气流观测相结合，，掌握了材料掌握了材料 生长室设计的关键技术生长室设计的关键技术，，设计并加工了设计并加工了22英寸英寸33片的生长片的生长 室室，，其特点如下：其特点如下： (a)(a) 生长室内无涡流生长室内无涡流，，温度梯度大温度梯度大，，无紊乱无紊乱 (b)(b)(b)(b) 三通道的气源输入口三通道的气源输入口三通道的气源输入口三通道的气源输入口 (c)(c) 衬底旋转衬底旋转，，包括公转和自转包括公转和自转，，提高均匀性提高均匀性 (d)(d) 均匀的加热装置均匀的加热装置，，基座不旋转基座不旋转，，温度偏差温度偏差±±1010°°CC ，，旋旋 转则转则±±33°°CC 反应室内流场模拟反应室内流场模拟 反应室内温场模拟反应室内温场模拟 22 ））柔性三通道的气源输入装置柔性三通道的气源输入装置 MOMO源和氨气分别进入生长室，避免源和氨气分别进入生长室，避免““气相预反应气相预反应”” 上层气流夹在原料和上层气流夹在原料和上层气流夹在原料和上层气流夹在原料和 ““““天棚天棚天棚天棚””””之间之间之间之间，，减少原料在减少原料在减少原料在减少原料在 ““““天天天天 棚棚””上的淀积，同时抑制原料气体热浮力上的淀积，同时抑制原料气体热浮力 生长生长5050次后，次后，““天棚天棚””肉眼看不出有明显的淀积肉眼看不出有明显的淀积 节省原料节省原料节省原料节省原料，，提高外延片的成品率提高外延片的成品率提高外延片的成品率提高外延片的成品率，，减少由于清洗造成减少由于清洗造成减少由于清洗造成减少由于清洗造成 的停机时间，提高了设备利用率的停机时间，提高了设备利用率 三层流喷气口结构示意图 MO和氨分别进入反应室，避 免“预反应”。上层气体减少原 料在“天棚”上的淀积，抑制热 浮力，中间的导流器则可以起到 抑制反应室中产生涡流的作用。 33 ））采用纯机械式公转和自转机座采用纯机械式公转和自转机座，，提高均匀性提高均匀性 研制出研制出3 X 23 X 2英寸英寸((公转和自转公转和自转))设备设备 机械机械式式式式公转和自转，省原料，提高均匀性，可控性好，公转和自转，省原料，提高均匀性，可控性好， 石墨基座成本低廉石墨基座成本低廉 此结构可以很方便地扩展到六片或更多片系统此结构可以很方便地扩展到六片或更多片系统 公转和自转机构示意图 公转和自转可独立控制， 石英