无机金属化学气相堆积法MOCVD系统简介 (无机金属化学方程式)

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• 无机金属化学气相堆积法MOCVD系统简介
• GaN 外延成长方法及成长形式

无机金属化学气相堆积法MOCVD系统简介

MOCVD（无机金属化学气相堆积法）是一种宽泛运行于薄膜成长环节中的技术。

当携带流体（理论为氢气，但在特定状况下如InGaN薄膜成长时，氮气也或许被经常使用）经过无机金属反响源的装置时，反响源中的饱和蒸气会被保送到反响室，与其它反响气体混合。

在加热的基板外表，这些气体出现化学反响，构成所需的薄膜层。

基板的选用对薄膜的成长至关关键，经常出现的基板有砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、磷化铟（InP）、硅（Si）、碳化硅（SiC）以及蓝宝石（Al2O3）。

这些基板的选用依据薄膜资料的特定运行需求，如三五族化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、砷化镓铝（AlGaAs）、磷化铝铟镓（AlGaInP）、氮化铟镓（InGaN），它们宽泛运行于光电元件制造，如发光二极管（LED）、激光二极管（Laser diode）以及太阳能电池中。

雷同关键的是，二六族化合物半导体也是一类罕用的资料，它们在微电子畛域表演着关键角色，如异质接面双载子电晶体（HBT）和假晶式高电子迁徙率电晶体（PHEMT）的制造。

MOCVD系统经过准确管理这些反响条件，能够准确地成长出高质量的半导体薄膜，为各种电子和光电器件提供基础。

GaN 外延成长方法及成长形式

01GaN异质衬底外延成长方法GaN外延成长方法关键有氢化物外延成长法（HVPE）、分子束外延（MBE）和金属无机化学气相堆积法（MOCVD）。

其中，MOCVD法在工业化消费中体现突出，能够成功少量消费，但须要在反响后启动退火解决，或许发生裂纹影响产质量量。

MBE规律能在较高温度下成功GaN成长，便于准确管理膜厚，但高温下反响速率较慢，仅实用于大批薄膜的制备。

HVPE法生成的GaN晶体质量较好，但高温反响答设施和老本要求高。

在制备GaN薄膜环节中，Si与薄膜晶格的相配水平是影响质量的关键起因。

为了取得无缺陷的薄膜，需确保晶格失配度尽量小，并使两者线收缩系数相近。

不同方法的优缺陷如下表所示。

表1-1 GaN外延成长方法的优缺陷制备方法外延成长环节好处缺陷氢化物气相外延法在金属镓高端过HCl,构成GaCl蒸汽，当他流到衬底上，与氨气反响，堆积构成GaN。

①成长速度快②可以比拟准确地管理膜厚①高温反响答消费设施、消费老本和技术要求都比拟高。

金属无机物气相堆积法气体或许固体分子在高温下热裂解生成团簇，经过载气分散到基片上，在催化剂的作用下陈列、反响、成长、堆积。

①适宜于工业化消费②GaN晶体质量好①环节比拟复杂②反响速率影响起因多③温度高，原资料消耗大分子束外延法在真地面亿原子束或分子束溅落到衬底上，并在衬底上按必定的结构有序陈列，构成晶体薄膜。

①成长温度低②成长反响环节便捷③实时监控成长外表的结构、成分和膜厚，平均性较好①成长速率慢②不能满足大规模商业化消费的要求③驳回等离子体辅佐方式时，容易形成高能离子关于薄膜的挫伤分子束外延法因成长速率较慢，仅实用于大批薄膜制备，而不实用于大规模商业化消费。

金属无机化学气相堆积法在工业化消费中体现优秀，成为外延成长资料和器件质量最高的方法。

02异质外延成长的基本形式异质外延成长关键有三种形式：Frank-van der Merwe成长形式（层状成长形式）、Volmer-Weber成长形式（岛状成长形式）和Stranski-Krastanow成长形式（先层状成长再岛状成长）。

这三种形式在不同晶格婚配条件下区分实用。

Frank-van der Merwe成长形式在晶格常数婚配度较高时出现，外延层资料与衬底浸润，构成层状成长。

当σsVolmer-Weber成长形式在衬底与外延层间晶格失配较大时出现，外延层首先在衬底外表二维成核，而后裁减成层。

随着堆积启动，应变逐渐积攒，最后经过构成三维岛的方式监禁应力。

Stranski-Krastanow成长形式则在σf与σi之和凑近σS时，外延成长依赖于晶格婚配。

初始阶段，外延层资料与衬底浸润，构成浸润层。

随后，应变积攒造成构成三维岛，监禁应力。

在小岛中，位错较少。

以上内容综合论述了GaN外延成长方法与异质外延成长形式，经过对比剖析，明白了不同方法的特点与实用条件，以及不同成长形式在不同晶格婚配状况下的体现。