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1、华南师范大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaNormalUniversity(NaturalScience)1999(3):99～107文章编号1000-5463(1999)03-0099-09现代MOCVD技术的发展与展望1、2)1)1)1)1)1)文尚胜廖常俊范广涵刘颂豪邓云龙张国东1)华南师范大学量子电子学研究所广州510631;2)华南理工大学应用物理学系广州510641摘要MOCVD是一门制造化合物半导体器件的关键技术.本文综合分析了现代MOCVD技术的基本原理、特点及实现这种技术的设备的现状及其发展.重点讨论了能实现衬底温度、衬底表面反应源流均匀性
2、的立式高速涡轮转盘MOCVD技术.并对MOCVD技术的进一步改进和应用作了展望.关键词MOCVD技术;有机金属化合物;气相外延;衬底中图分类号TN304;TN209文献标识码A1MOCVD技术概要MOCVD(MetalorganicchemicalvaporDeposition)即有机金属化学汽相淀积,它是在1968年[1,2]由美国洛克威尔公司的Manasevit等人提出来的制备化合物半导体薄片单晶的一项新技术.该技术是采用Ⅲ、Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族、Ⅵ族元素的氢化物等作为生长源材料,以热分解反应在衬底上进行气相外延,生长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
3、单层.其反应式一般可表示为:H2R1-M1+R2-M2M1-M2+R1-R2←.650～750℃其中M1=ⅢAM1=ⅡBM1=ⅥAR1=CH3、C2H5M2=ⅤAM2=ⅥAM2=ⅥAR2=H、CH3、C2H5MOCVD技术日益受到人们的广泛重视,主要是由于它具有下列一些显著的特点.(1)可以合成组分按任意比例组成的工人合成材料:形成厚度精确控制到原子级的薄膜,从而又可以制成各种薄膜结构型材料.例如:量子阱、超晶格材料.可以说,MOCVD技术最终解决了人类对无机功能材料或器件结构型材料的需求问题.这是因为,从理论上讲,有机物能同元素周期表上的全部元素,包括金属和非金属元素化合形成有机化
4、合物,且在较低的温度下成为汽态,气体能以最快的速度均匀混合,而反应产物除合成的材料外均为挥发性气体.因此,可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的成分、导电类型、载流子浓度、厚度等特性,可以生长薄到零点几nm到几nm的薄层和多层结构.(2)可制成大面积均匀薄膜,这表明MOCVD技术是典型的容易产业化的技术.因为材料生长的速度是由生长材料表面上反应的分子密度或浓度决定的,在一定温度下气体分子密度是由气体压强唯一地决定.由气体的基本性质知道,生产材料表面的均匀压强及气体中快速的材料输运过程保证了MOCVD技术同其他任何外延技术相比,可制得更大面积、更均匀的薄膜.收稿日期:1999-0
5、1-20(3)纯净的材料生长技术.不使用液体容器(例如坩埚)及低温生长的气相反应,使得污染来源减到了最少,而且有机源特有的提纯技术使得MOCVD技术比其他半导体材料生长技术生长的材料纯度提高了一个数量级.(4)灵活的气体源路控制技术.气体源路的快速切换技术、生长过程编程全自动控制,使得人的随机因素影响减至最小且重复性很好.晶体的生长速率与Ⅲ族源的供给量成正比,因而改变输运量,就可以大幅度地改变外延生长速度(0.05～1μm/min).(5)低气压外延生长是MOCVD技术中很有特色的技术.低气压外延生长提高了生长薄层的控制精度,能减少自掺杂;有希望在重掺Te衬底上进行窄过渡层的外延生长
6、,能减少外延生长过程的存储效应和过渡效应,从而获得衬底一外延层界面杂质分布更陡的外延层;低压下,减少某些气相中的化学反应,便于生长InP、GaInAsP等含In组分的化合物外延层.经过近几年的改进和完善,特别是在源气体的纯化和运输以及生长系统的密封和净化上取得了重大突破后,作为具有生长超薄层、突变结和梯度层能力的MOCVD技术取得了惊人的进展,推动了化合物半导体器件的发展.用这种技术已制出具有陡峭界面的量子阱、异质结、超晶格和选择掺杂等新结构的光电子器件,使它成为现代制备优质外延层的重要手段.2MOCVD技术现状MOCVD技术是半导体物理、物理化学、光学、流体力学、热力学等学科交叉的
7、一门新兴学科技术,但其关键之处还在于金属有机化合物(MO)和MOCVD设备的研制.2.1源材料随着MOCVD技术的迅速发展,金属有机化合物的种类和质量,也在不断的增多和提高.作为MOCVD的MO源,一般有要求:(1)易于合成与提纯;(2)有适当的蒸汽压;(3)在室温下最好是液体;(4)有较低的热分解温度;(5)毒性低与可接受的价格.有机金属化合物,国际表1常用Ⅲ族金属有机源的物理性质源化合物缩写熔点(℃)BA(CH3)3AlTMAl1510.3478213
