第二章MOVPE生長系統(tǒng)

1、第二章第二章 MOVPE 生長系統(tǒng)生長系統(tǒng) AP-MOCVD 設備簡單 維修方便MOCVD反應室反應室 LP-MOCVD有助于消除反應室內(nèi)熱驅(qū)動對流抑制有害的寄生反應和氣相成核有利于獲得陡峭結(jié)和改善均勻性可以使用較低生長溫度以及使用較低蒸氣壓的MO源XX用電占總成本比例達71%氣體輸運分系統(tǒng)的功能是向反應室內(nèi)輸運各種氣體輸運分系統(tǒng)的功能是向反應室內(nèi)輸運各種反應物，并精確控制其計量、送入時間和順序反應物，并精確控制其計量、送入時間和順序以及流過反應室的總氣體流速等。以及流過反應室的總氣體流速等。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)

2、MOVPE外延層生長原位監(jiān)測載氣供應子系統(tǒng)載氣供應子系統(tǒng)氫化物供應子系氫化物供應子系統(tǒng)統(tǒng)MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)生長生長/ /放空多路組合閥放空多路組合閥MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測載氣供應子系統(tǒng)載氣供應子系統(tǒng)載氣的作用是把反應劑輸運到反應室。載氣供應子系統(tǒng)包括氫氣和氮氣鋼瓶、壓力調(diào)節(jié)閥、氫氣和氮氣純化器等。氫氣易于提純，并且具有還原性成為最廣泛使用的載氣。對N2還利用它的惰性，在裝卸襯底、更換源瓶、或維修設備時打開系統(tǒng)前，用氮氣置換系統(tǒng)中的氫氣。提純：提純：普遍使用鈀合金擴散純化器，利用

3、在300-400只有氫氣能擴散通過鈀合金的特點。采用高壓氮氣為動力的Verituri氣體真空發(fā)生器抽出鈀合金中的氫，并配合氮氣吹掃來保護鈀合金。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測氫化物供應子系統(tǒng)氫化物供應子系統(tǒng)標準管路摩爾流量(mol/min)：nv=F/VmF為標準狀態(tài)下氫化物的流量，單位sccm雙稀釋管路摩爾流量(mol/min)：F1為氫化物流量，F(xiàn)2為稀釋流量，F(xiàn)3為進入反應室的稀釋混合氣體流量，為鋼瓶種氫化物的稀釋分數(shù)在置換鋼瓶前后需多次“抽空-回充氮氣”操作，防止劇毒氫化物外泄及管路被空

4、氣沾污。真空管路附近有連接氦質(zhì)譜檢測儀的檢漏口，用于檢測系統(tǒng)的氣密性。真空氮氣管路MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)固態(tài)源（TMIn）需要專門設計的固態(tài)源瓶，以避免普通源瓶經(jīng)常出現(xiàn)的氣體流過固態(tài)床路徑縮短的“溝流現(xiàn)象”，造成固態(tài)源輸出劑量不穩(wěn)定，還可以利用超聲波濃度計測量固態(tài)源輸出的濃度MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)單稀釋管路：單稀釋管路：在瓶源

5、出口處注入氫氣，稀釋MO源的蒸汽以加速源的輸送，通常用于通入MO源瓶的載氣量小的情況。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)雙稀釋管路雙稀釋管路：用在注入反應室的摩爾流量特別小而MO源的蒸汽壓又高的摻雜源管路中。進入鼓泡瓶的載氣F1被MO源飽和，流出源瓶后立即與另外一股載氣F2混合。稀釋后的混合氣體只有一部分F3的氣流進入反應室，其余部分則通過EPC經(jīng)放空線放空。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外

6、延層生長原位監(jiān)測MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)固態(tài)源：固態(tài)源：為了避免“溝流效應”造成輸出計量不穩(wěn)定，還可以利用超聲波濃度計測量固態(tài)源輸出濃度，再通過計算機調(diào)整MFC的流量值達到控制MO源計量的目的。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MO源供應子系統(tǒng)源供應子系統(tǒng)通常一種元素只設置一條含有該元素的MO源管路，當生長具有相鄰兩層雖然組成元素相同但組分不同的多層結(jié)構時，為了注入計量能夠快速變化，同一元素設置雙重管路，即設置兩個相同元素的MO源。雙重管路雙重管路當氣體流速過大和液面過低都會造成液態(tài)源的不飽和。

7、氣體流速過大氣體流速過大：可將源瓶內(nèi)氣體出口由一個變成多個，使鼓泡更分散從而增大了氣-液接觸面積。液面過低液面過低：利用測量液面位置的液面?zhèn)鞲衅?，實時監(jiān)測不銹鋼源瓶內(nèi)的液面位置。液態(tài)源的不飽和液態(tài)源的不飽和（大量使用于特丁基砷化氫或特丁基磷化氫）特點是不用載氣，只需調(diào)整源溫的蒸汽壓大于反應室工作壓力，MO源直接從源瓶蒸發(fā)出來。直接饋送源技術直接饋送源技術MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測生長生長/ /放空多路組合閥放空多路組合閥生長/放空多路閥是由多個三通閥組成，所有反應劑都先通過該組合閥，在這里選

8、擇進入生長管線或放空管線。RUNVENT管路流有等量的補償載氣流量切出或切入RUN管路，始終保持進入反應腔體的氣體總流量恒定。RUN-VENT管路壓差控制：當RUN管路壓力高于VENT管路，MO源從VENT管路切入RUN 管路時，會有其他雜質(zhì)元素進入RUN管路，影響所生長外延層的質(zhì)量；當RUN管路壓力低于VENT管路，MO源從RUN管路切入VENT管路時,VENT管路尾氣會反灌入MO管路中，可能會導致污染物進入MO源鼓泡瓶中，污染MO源。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應

9、室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送中的部分損耗所造成的外延層不均勻生長反應室包括生長反應室包括放置襯底的基座放置襯底的基座、加熱器加熱器和和溫度傳感器溫度傳感器，有的還配備光學原位測量用的，有的還配備光學原位測量用的光學窗口光學窗口以及以及自動裝卸晶圓片的機械手。自動裝卸晶圓片的機械手。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無

10、渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料沿程耗盡所造成的外延層不均勻熱基座產(chǎn)生的溫度梯度可能引發(fā)熱對流導致的渦流。抑制熱對流的主要方法是降低反應室工作壓力，也可用減小襯底上方的空間高度的方法。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好

11、的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料沿程耗盡所造成的外延層不均勻高速旋轉(zhuǎn)盤式反應室采用的是可調(diào)節(jié)反應劑量分布的特殊噴口行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應室采取襯底自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)水平反應室采用加大總流量，利用”冷指效應”保存一部分反應劑到

12、下游使用,以獲得均勻的外延層。 源和源之間的預反應也會造成源的消耗，可采用雙生長/放空多路閥門分別導入反應劑，還可以在反應管入口設置隔板，使其在到達基座前才混合。降低反應室壓力，消除渦流等措施也可以抑制預反應。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻包覆SiC的高純石墨載

13、盤可以使用到1200，TaC包覆的石墨盤可以工作到1800，也可以使用金屬鉬做基座。反應室器壁通常由高純石英玻璃或用不銹鋼(水冷)制成。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置

14、分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測精確地控制反應室壓力保持反應室內(nèi)氣體無渦流的層流流動是反應室設計的關鍵防止反應室在裝卸片或運行時被空氣沾污防止構成反應室的材料釋放雜質(zhì)對外延層造成沾污良好的襯底溫度均勻性是獲得均勻外延層的前提克服原材料輸送過程中的損耗所造成的外延層不均勻壓力控制由壓力傳感器-節(jié)流閥-真空泵組成的閉環(huán)系統(tǒng)組成，將來自壓力傳感器的信號送入控制電路以調(diào)整下游節(jié)流閥的張開角度來控制泵的抽氣速率，達到恒定壓力的目的。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測生產(chǎn)型反應室生產(chǎn)型反應室 需要考慮反應室容

15、量、原材料的利用率、生長特定結(jié)構材料的周期、影響設備利用率的非生長時間等因素。研究型水平反應室研究型水平反應室小容量的水平或者立式反應室由于結(jié)構簡單、操作方便運行成本低而廣泛應用于大學和科研院所的MOVPE實驗室中。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測AIXTRON公司生產(chǎn)的一種研究型水平反應室公司生產(chǎn)的一種研究型水平反應室其由具有矩形截其由具有矩形截面的石英內(nèi)管和面的石英內(nèi)管和耐壓的圓形石英耐壓的圓形石英保護外管組成，保護外管組成，可以放置一片可以放置一片2 2英寸英寸(50.8 mm)(50.8

16、mm)直徑的襯底。直徑的襯底。 其內(nèi)外管之間亦通入氫氣，以保持外管的清潔透明。 通常V族氫化物的氣流靠近襯底，以抑制襯底的分解。 襯底放置在包裹了SiC薄膜的石墨基座上。l可用高頻感應加熱，也可以用紅外燈輻射加熱。l石英生長室可以方便的配備垂直入射或是以布儒斯特角入射的各種光學探測裝置進行原位監(jiān)測。l末端配備裝卸片用的氮氣手套箱和傳遞襯底時防止空氣污染手套箱的氣閘。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測氣墊旋轉(zhuǎn)技術無需機械傳動，僅需氣墊旋轉(zhuǎn)技術無需機械傳動，僅需從反應管后部用石英管將氫氣送入從反應管后部

17、用石英管將氫氣送入石墨基座即可驅(qū)動放置襯底的石墨石墨基座即可驅(qū)動放置襯底的石墨轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤。組成組成：上面放置的石墨轉(zhuǎn)盤和下面的石墨固定基座。為克服反應物的沿程消耗，側(cè)壁效應，以及熱對流漩渦所引起的襯底生長速度的不均勻性，引入襯底氣墊技術。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測AIXTRON公司的行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應室公司的行星式氣墊旋轉(zhuǎn)水平反應室采用扁平式氣采用扁平式氣墊自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)墊自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)方式，反應室方式，反應室的最大容量已的最大容量已經(jīng)達到每次生經(jīng)達到每次生長長9595片片2in2in外外延片。

18、延片。l 三層流噴口上下兩層走V族氣流，中間層為III族氣流，通過格柵被迫轉(zhuǎn)向大石墨基座和天棚之間的環(huán)形空間呈輻射狀向外緣水平流動。l 消除了側(cè)壁效應，天棚和基座靠的很近，抑制了對流漩渦獲得層流。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測 流過反應室的總氣體流量是調(diào)整外延流過反應室的總氣體流量是調(diào)整外延層生長均勻性的最重要參數(shù)。利用控制上層生長均勻性的最重要參數(shù)。利用控制上層和下層流速比和天棚的溫度也可以細調(diào)層和下層流速比和天棚的溫度也可以細調(diào)襯底均勻性。襯底均勻性。 對于氮化物體系采用高頻感應加熱，對于氮

19、化物體系采用高頻感應加熱，而對于生長溫度較低的材料基座采用紅外而對于生長溫度較低的材料基座采用紅外燈輻射加熱。燈輻射加熱。 此種行星旋轉(zhuǎn)式反應室設計有較高的此種行星旋轉(zhuǎn)式反應室設計有較高的原材料利用率。生長室配備裝卸片氮氣手原材料利用率。生長室配備裝卸片氮氣手套箱，也可配備機械手完成自動化裝卸片套箱，也可配備機械手完成自動化裝卸片操作，提高反應室的利用率。操作，提高反應室的利用率。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測反應室的最大容量已經(jīng)達到每反應室的最大容量已經(jīng)達到每次生長次生長5757片片2in2i

20、n外延片。反應外延片。反應劑由頂部特殊設計的氣流法蘭劑由頂部特殊設計的氣流法蘭盤噴口注入，幾座高速旋轉(zhuǎn)盤噴口注入，幾座高速旋轉(zhuǎn)(700-1500 r/min),(700-1500 r/min),尾氣從下尾氣從下部流出。部流出。此基座的轉(zhuǎn)速成為這此基座的轉(zhuǎn)速成為這類反應室重要的生長參數(shù)之一。類反應室重要的生長參數(shù)之一。Veeco公司的不銹鋼結(jié)構的立式公司的不銹鋼結(jié)構的立式高速旋轉(zhuǎn)盤式反應室高速旋轉(zhuǎn)盤式反應室氣流法蘭盤氣流法蘭盤噴口結(jié)構噴口結(jié)構MO源分為可以獨立調(diào)整源分為可以獨立調(diào)整計量的內(nèi)、中、外計量的內(nèi)、中、外3 3個注個注入?yún)^(qū)進入反應室，以改入?yún)^(qū)進入反應室，以改善生長層的均勻性。善生長層的均

21、勻性。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測Thomas Swan (Aixtron子公司）的子公司）的立式緊耦合噴淋反應室立式緊耦合噴淋反應室反應室的最大容量已經(jīng)達到每次反應室的最大容量已經(jīng)達到每次生長生長3030片片2 2in外延片。其特點是注外延片。其特點是注入反應劑的淋噴頭與襯底之間的入反應劑的淋噴頭與襯底之間的距離小到距離小到10-20mm10-20mm。反應室壁需

22、用水冷卻。立式緊耦反應室壁需用水冷卻。立式緊耦合噴淋反應室中采用不銹鋼制成合噴淋反應室中采用不銹鋼制成的水冷淋噴頭，內(nèi)徑的水冷淋噴頭，內(nèi)徑0.6mm0.6mm，密，密度度15.515.5個個/cm/cm2 2。噴淋頭的噴孔照片噴淋頭的噴孔照片大孔為光學探測孔大孔為光學探測孔基座的旋轉(zhuǎn)速率通常為基座的旋轉(zhuǎn)速率通常為100-500 100-500 rpm。生長室的總流速生長室的總流速(Q)(Q)、壓力、壓力(P)(P)、噴口與襯底、噴口與襯底距離距離(H)(H)和基座旋轉(zhuǎn)速率和基座旋轉(zhuǎn)速率( () )是影響外延生是影響外延生長速度、均勻性和原材料利用率的主要因素。長速度、均勻性和原材料利用率的主要

23、因素。 提高總載氣流量可以抑制噴口沉積物的提高總載氣流量可以抑制噴口沉積物的沉積。沉積。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測GaAs原子層外延的生長順序原子層外延的生長順序原子層外延生長(Atomic Layer Epitaxy)是一種制備超薄層的技術。ALE生長條件的選擇是要使襯底在交替暴露過程中每次只形成含有一種元素的Langmuir吸附單層，稱為自限制結(jié)構。優(yōu)點：可以在大面積襯底上精確控制厚度和組分，獲得平整無缺陷表面，適于原子層摻雜和選擇外延生長缺點：生長速度低，用MO源時碳污染比較嚴重。MO

24、VPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測1、按一定的時序交替地把反應劑注入到反應室中，并在其間用氫氣吹掃，以避免兩種反應劑之間的擴散。2、III族和V族反應劑在空間上被隔開，并使襯底在其間作交替移動。ALE-MOVPE生長裝置生長裝置MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測一般來講提高生長溫度會使半導體的點缺陷濃度上升，自摻雜加劇，并且由于擴散系數(shù)增大，也不利于獲得陡峭的結(jié)。等離子增強MOVPE技術是采用等離子體來預先分

25、解NH3或PH3等高熱穩(wěn)定性氫化物，因而可以顯著降低生長溫度和增加并入效率。但要注意從等離子體逸出的粒子能量不能太高，否則會生長的晶體中造成晶格損傷。生長生長GaN的等離子體增強的等離子體增強MOVPE裝置裝置在高于在高于300300溫度下生長速率溫度下生長速率01.-01.-0.3m/hMOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MOPVE法生長速率較低，HVPE法生長速度比MOVPE法快得多，適合生長厚GaN層，外延層中的點缺陷濃度低。因此用MOVPE法生長緩沖層，接著用HVPE生長厚GaN層，可以說是一

26、種集中兩者優(yōu)點的互補生長技術。以生長GaN為例：“冷壁反應室”模式下，1000熱處理藍寶石襯底，降低溫度至500，通入TMGa和NH3生長25nm厚的緩沖層；“雙溫區(qū)熱壁反應室”模式下，襯底加熱到1025完成緩沖層的再結(jié)晶后，通入HCl和NH3用HVPE方法生長12微米的GaN外延層。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測尾氣中除了含有有毒氣體及易燃易爆氣體，還有很多顆粒，例如有毒的砷粉末。濕法過濾器由液槽、填料式噴淋塔和循環(huán)液體的泵等組成。小型活性炭過濾器是為了主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時臨時啟用的。另一種尾氣處

27、理裝置是利用吸附劑吸附毒氣的活性炭過濾器。在氮化物生長系統(tǒng)中使用大量過量氨氣，尾氣先經(jīng)過熱解爐分解殘余的MO源，然后進入400熱催化裂解爐將99%以上的氨氣裂解成氮氣和氫氣，最后通過吸附床取出剩余的雜質(zhì)。活性炭過濾器示意圖活性炭過濾器示意圖MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測幾種工業(yè)生產(chǎn)型MOCVD尾氣處理方法壓縮冷凝法MOCVD尾氣回收純化系統(tǒng)MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測（常州氮源光電科技有限公司）

28、常州氮源光電科技有限公司設計的處理MOCVD尾氣裝置有關MOCVD尾氣處理，德國Aixtron和美國Veeco認為MOCVD外延生長晶片時要求爐內(nèi)的氣體組分、壓力、溫度和流量等要嚴格控制，因此不能導出尾氣進行回收處理，會因小失大。所以尾氣處理回收系統(tǒng)關鍵問題是必須在MOCVD生產(chǎn)的機臺數(shù)變化，每個工藝過程中用氣量的變化情況下，能保持穩(wěn)定的負壓來導出尾氣，不能影響機臺的生產(chǎn)，不會Down機。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)主要由上位的工業(yè)控制計算機和下位的多個可編程控制器

29、(PLC)等組成。(1)材料生長程序的生成、運行、分析和統(tǒng)計功能(2)手動控制功能(3)安全功能(4)維修提示(5)輔助生長條件選擇輸入信號包括各類儀表傳感器的流量、壓力、溫度、報警信號等。輸出信號設計電磁閥、接觸器、電機、壓力控制器、流量控制器、加熱器等控制量。上位計算機負責材料生長過程監(jiān)控、控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面運行、數(shù)據(jù)記錄、警報記錄、數(shù)據(jù)趨勢圖以及操作人員的人工控制功能等。下位的PLC負責整個控制系統(tǒng)的運行，包括各種信號采集、數(shù)據(jù)處理以及各種輸出信號控制。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測發(fā)射率

30、校正高溫計發(fā)射率校正高溫計反射率計反射率計反射差分光譜儀反射差分光譜儀分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀表面光吸收儀表面光吸收儀光束撓度計光束撓度計MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)光學高溫計MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測發(fā)射率校正高溫計發(fā)射率校正高溫計熱電偶和輻射高溫計都很難測得真實的襯底溫度。熱電偶因襯底與基座接觸不良而引起測量誤差。輻射高溫計需通過反應室的通光窗口測量襯底表面溫度，但是反射率因生長材料不同而改變，另外當生長外延層時，會發(fā)生Fabry-Perot干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)振蕩峰。最常用的測溫法：熱電偶和輻射高溫計。默認待測物發(fā)

31、射率為1MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測發(fā)射率校正高溫計發(fā)射率校正高溫計Veecos RealTemps200 (RT200) System輻射高溫計和反射率計組合使用：在測量外延片熱輻射的同時，用同樣的波長測量襯底反射率。由反射率計算出發(fā)射率，最后使用Planck公式計算襯底的溫度。Veecos RealTemps200 SystemMOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測反射率計反射率計反射率計由光源、單

32、色儀和探測器等組成。原理是基于外延層-襯底界面和外延層表面產(chǎn)生的Fabry-Perot干涉。最簡單的反射譜是記錄垂直照射到生長層表面的單色光的反射率隨時間的變化。反射率譜的振幅會因生長過程中外延層表面變粗糙(平坦)而逐漸減小(增大)。反射率譜的這些細節(jié)變化已經(jīng)用來優(yōu)化氮化物系材料生長，特別是生長成核層。一個振蕩周期所對應的厚度: MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測反射差分光譜儀反射差分光譜儀反射差分光譜(reflectance difference spectroscopy, RDS)反射非對稱譜(

33、reflectance anisotropy spectroscopy, RAS)原理是測量垂直入射偏振光在立方相半導體晶面兩個主軸方向的反射光的差別。由于立方相半導體的光學特性是各向同性的，觀測到的非對稱性起源于表面重構和弛豫所引起的表面非對稱性。RDS譜所反映的就是最外層表面的各向異性。RAS測量(100)表面沿110軸的復反射系數(shù)r 110和110軸的復反射系數(shù)r 110之差，這樣RAS信號表示為： GaAs(001) 面表面重構RAS圖譜研究表面化學計量、表面重構、表面生長動力學、表面吸附和脫附以及表面形貌MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOV

34、PE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測反射差分光譜儀反射差分光譜儀氙燈（L）發(fā)出的光，經(jīng)起偏棱鏡（P）變成偏振光，近垂直地入射聚焦到襯底表面。反射光經(jīng)過光彈性調(diào)節(jié)器（PEM）、分析棱鏡（A）、再聚集到單色儀（MC）入射狹縫，最后到達探測器（MC）。反射差分分光譜反射差分分光譜RDSRDS裝置示意圖裝置示意圖MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振(spectroscopic ellipsometry,SE)是測量線偏振光在非垂直入射情況下，來自樣品表面的

35、反射光偏振狀態(tài)的變化。與RDS不同，SE可以用于與立方晶體(111)面光學各向同性重構表面或六方晶體(0001)面。SE用于在藍寶石上生長GaN時的核化層研究。由于介電常數(shù)與化學組分有關，SE也可以用來檢測和控制三元或四元固溶體的組分。配備分光部件的橢圓偏振儀的MOVPE反應室示意圖入射角通常接近布儒斯特角，對大多數(shù)半導體而言約為70o。光通過入射窗口，聚焦在襯底表面。MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MOPVE尾氣處理分系統(tǒng)MOVPE生長控制裝置分系統(tǒng)MOVPE外延層生長原位監(jiān)測分光橢圓偏振儀分光橢圓偏振儀反射差分光譜儀（RAS）和分光橢圓偏振儀（SE）同時與MOVPE反應室耦合的剖面圖MOVPE氣體輸運分系統(tǒng)MOVPE生長反應室分系統(tǒng)MO