MOCVD基礎(chǔ)知識課件

MOCVD技術(shù)基礎(chǔ)21精選課件MOCVD（MetalorganicChemicalVaporDeposition）

MOCVD是一個將特定的源材料通過一系列嚴(yán)格控制,傳輸?shù)郊訜嵘L區(qū)，在此生長區(qū)，源材料熱分解后的元素化合形成具有一定光、電性能的晶體材料。2精選課件主要內(nèi)容1.基本原理2.生長的材料體系3精選課件基本原理（1）使用的原材料（2）組分控制（3）熱力學(xué)分析4精選課件使用的原材料ARn+BHn

→AB+nRHA、B是組成外延材料的元素，

R是有機(jī)基團(tuán)。常用的A組分有Ga,In,Al,Mg,Zn,一般為：TMGa,TEGa,TMIn,TEIn,TMAl,TEAl,Cp2Mg(C2H5)2Mg,DMZn,DEZn.常用的B組分通常采用其氫化物，例如AsH3,PH3,NH3,SiH4,SeH2等。

5精選課件一些常用源的分子結(jié)構(gòu)示意圖DMZnTMGaAsH3DMTeTBPTDMAAs6精選課件基本原理（1）使用的原材料（2）組分控制（3）熱力學(xué)分析7精選課件組分控制精確控制材料組份的關(guān)鍵--MO源的蒸汽壓和輸入量MO源瓶中的壓力是兩種分壓的總和，即PH2和PMOP=PMO+PH2

8精選課件9精選課件TMIn的問題液態(tài)的金屬有機(jī)源（TMGa,TEGa,DMZn,TMAl）10精選課件TMIn常溫下是固體（熔點88.4度）降低源瓶的壓力，設(shè)定TMIn的壓力為200mbar。使用Epison系統(tǒng)保證其穩(wěn)定。原理：混合氣體中的聲速和氣體的濃度有線性的關(guān)系11精選課件基本原理（1）使用的原材料（2）組分控制（3）熱力學(xué)分析12精選課件熱力學(xué)分析1.低溫下生長速率由MO源分子的熱分解速率控制，生長速度強(qiáng)烈依賴溫度，溫度的微小變化可較大程度地影響晶體生長的均勻性和重復(fù)性。13精選課件熱力學(xué)分析2.在較高溫度范圍內(nèi)，由于所有的MO源分子在晶體表面全部分解或分解速率不受溫度的影響，此時，晶體生長速度主要受質(zhì)量傳輸控制，溫度對其影響較小。雖然晶體生長速率不隨溫度變化，但材料的性質(zhì)、摻雜特性等參數(shù)受溫度影響較大。14精選課件熱力學(xué)分析3.在更高的溫度范圍內(nèi)，晶體的生長速度隨溫度的升高而降低，這是由于在此溫度下，熱力學(xué)控制起主導(dǎo)作用。例如，生長基元的揮發(fā)、均相反應(yīng)等。15精選課件生長溫度的其他要求高溫能增加表面遷移率，低溫降低表面遷移率。低溫能降低SiGe的摻雜，高溫能降低OS的摻雜。要求生長溫度小于或等于晶體的熔點的一半。帶隙大的晶體熔點高，生長溫度高；帶隙小的晶體熔點低，生長溫度低。16精選課件V/III

850℃時

PH3只有50%能夠分解600℃時

AsH3只有50%能夠分解低的V/III下，III族原子容易形成小的金屬液滴，不利于材料均勻生長。砷化物的V/III一般為幾十，磷化物的V/III一般為幾百。17精選課件V/III的計算18精選課件常壓MOCVD（AP-MOCVD）

設(shè)備條件要求低。擴(kuò)散邊界層和溫度邊界層較厚增加了前反應(yīng)和均相反應(yīng)的幾率，降低了材料質(zhì)量和均勻性。19精選課件低壓MOCVD（LP-MOCVD）要求設(shè)備密封性要高。1.由于氣體流速快，使表面的擴(kuò)散邊界層和溫度邊界層厚度減小，降低了前反應(yīng)和均相反應(yīng)幾率。2.反應(yīng)副產(chǎn)品短時間內(nèi)會離開生長區(qū)，提高了材料質(zhì)量。20精選課件3.壓力太低的情況下，生長室中分子濃度過低，分子間相互作用減小，使生長速度下降，降低了材料利用率。4.同時由于表面吸收基元與H自由基相互作用變小，形成的氣體副產(chǎn)品無法與氫自由基結(jié)合形成穩(wěn)定的氣態(tài)分子離開表面，使材料的碳摻雜過高，影響材料質(zhì)量。21精選課件另外，影響材料生長速度、均勻性和光電性能的參數(shù)還有：反應(yīng)室的形狀、加熱方式、襯底轉(zhuǎn)速、載氣流量等因素源材料的種類和質(zhì)量。22精選課件生長過程

23精選課件2.生長的材料體系

（1）AlxGa1-xAs/GaAs體系

AlxGa1-xAs/GaAs體系是研究最多、最成熟的Ⅲ-Ⅴ族化合物體系。其主要原因是AlGaAs在全組份范圍內(nèi)晶格與GaAs匹配，具有很大的ΔEg，可以制成各種異質(zhì)結(jié)、量子阱和超晶格結(jié)構(gòu)。

24精選課件（2）GaxIn1-xAs/GaAs體系

GaInAs/GaAs應(yīng)變量子阱材料，用于大于900nm激光器和發(fā)光管器件。另外，應(yīng)用GaInAs/GaAs多量子材料與AlGaAs/GaAs、GaInP/GaAs材料配合制成多結(jié)太陽能電池，可極大地提高紅外光譜的吸收，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

25精選課件（3）AlGaInP/GaAsAlGaInP材料具有寬的能帶，發(fā)光范圍可覆蓋紅、橙、黃、黃綠波段，因而在可見發(fā)光二極管、紅光激光器方面有著廣泛的應(yīng)用價值。調(diào)節(jié)In、Al和Ga的組份，可與高質(zhì)量、低價格的GaAs晶格匹配。

26精選課件4）GaInAsP/GaAs體系通過調(diào)節(jié)Ga、In、As、P比例使GaInAsP與GaAs襯底匹配，用于制備無Al激光器。通常AlGaAs/GaAs激光器由于有源區(qū)含Al，特別是大功率器件中，Al的氧化會降低器件的壽命和穩(wěn)定性。因此，近幾年有源區(qū)無Al和全無Al激光器倍受關(guān)注。

27精選課件5）GaInAsP/InP體系調(diào)節(jié)Ga、In、As、P比例同樣可使GaInAsP與InP匹配。用于制備1.3-1.5μm的紅外激光器。此類激光器是現(xiàn)代光通訊的主要光源。

28精選課件（6）GaInN/GaN體系GaInN/GaN體系的發(fā)展和在藍(lán)、綠光方面的廣泛應(yīng)用，是MOCVD的又一大奇跡。GaN基材料是帶隙最寬的Ⅲ-Ⅴ化合物半導(dǎo)體材料。藍(lán)、綠光發(fā)光二極管的出現(xiàn)，

使全色顯示成為現(xiàn)實?；谒{(lán)光LED的白光LED為下一代照明開創(chuàng)了新的途徑。而藍(lán)光LD可將光存儲密度提高二十倍。

另外，GaN基材料屬于高溫半導(dǎo)體，制成的高溫器件有光明的應(yīng)用前景。

29精選課件（7）含Sb化合物含Sb化合物半導(dǎo)體材料是能隙最小的Ⅲ-Ⅴ族材料。主要應(yīng)用于2-4

m波長的激光器、探測器制備。

30精選課件（8）Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料ZnSe、CdTe、HgCdTe、ZnTe、CdZnTe、CdSeTe、ZnS、MgSe、MgSSe等，這些材料在發(fā)光器件和探測器方面有廣泛應(yīng)用，31精選課件（9）氧化物材料體系MOCVD氧化物薄膜材料方面的應(yīng)用表明了MOCVD具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。