MOCVD国内外发展现状.doc

MOCVD资料 定义 　　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。 缩写 　　Metal-organic?Chemical?Vapor?Deposition （金属有机化合物化学气相沉淀。 原理 　　MOCVD是以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。 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。 一般由 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。 　　【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 　　【气体输运系统】 　　气体的输运管都是不锈钢管道。为了防止存储效应，管内进行了电解抛光。管道的接头用氢弧焊或VCR及Swagelok方式连接，并进行正压检漏及Snoop液体或He泄漏检测，保证反应系统无泄漏是MOCVD设备组装的关键之一。流量是由不同量程、响应时间快、精度高的质量流量计和电磁阀、气动阀等来实现。在真空系统与反应室之间设有过滤器，以防油污或其它颗粒倒吸到反应室中。为了迅速变化反应室内的反应气体，而且不引起反应室内压力的变化，设置“run”和“vent(出口、通风孔)，，管道。 　　【反应室和加热系统】 　　反应室是由石英管和石墨基座组成。为了生长组分均匀、超薄层、异质结构的化合物半导体材料，各生产厂家和研究者在反应室结构的设计上下了很大功夫，设计出了不同结构的反应室。石墨基座是由高纯石墨制成，并包裹SIC层。加热多采用高频感应加热，少数是辐射加热。由热电偶和温度控制器来控制温度，一般温度控制精度可达到0.2℃ 　　【尾气处理系统】 　　反应气体经反应室后大部分热分解，但还有部分尚未完全分解，因此尾气不能直接排放到大气中，必须先进行处理，处理方法主要有高温热解炉再一次热分解，再用硅油或高锰酸钾溶液处理;也可以把尾气直接通入装有H2SO4+H2O及装有NaOH溶液的吸滤瓶处理;也有的把尾气通入固体吸附剂中吸附处理，以及用水淋洗尾气等。 　　【安全保护及报警系统】 　　为了安全，一般的MOCVD系统还备有高纯从旁路系统，在断电或其它原因引起的不能正常工作时，通入纯N2保护生长的片子或系统内的清洁。在停止生长期间也有常通高纯N2保护系统。 　　【手动和 自动控制系统】 　　一般MOCVD设备都具有手动和微机自动控制操作两种功能。在控制系统面板上设有阀门开关、各个 管路气体流量、温度的设定及数字显示，如有问题会自动报警，是操作者能及时了解设备运转的情况。此外，MOCVD设备一般都设在具有强排风的工作室内。 优点 　　1?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。 1、生产效率和成本概况 国际上MOCVD技术已经相当成熟，主流设备从2003 年6-8 片机、2004 年12 片机、2005 年15片机、2006 年的21-24 片机，目前已经达到42、45、49 片机(一次可装载49片2英寸的衬底生长外延)。到目前为止，AXITRON最先进的GRIUS II-L，可以生产69X2”蓝绿光LED外延片，VEECO最先进的K465i可以生产54X2” 蓝绿光LED外延片。 外延炉容量的不断扩大让LED 外延片生产商的单位生产成本快速大幅下降。目前，量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。 国产设备目前为6片机，生产效率和生产成本差距甚远。 2、价格及产值概况 生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元【根据机型，6片机70万美元左右，9