MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術。

Metal-organic Chemical Vapor Deposition （金屬有機化合物化學氣相沉淀)。

原理

MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不銹鋼)反應室中進行，襯底溫度為500-1200℃,用射頻感應加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方),H2通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機物到生長區(qū)。

系統(tǒng)概況
組成

因為MOCVD生長使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物質，并且要生長多組分、大面積、薄層和超薄層異質材料。因此在MOCVD系統(tǒng)的設計思想上，通常要考慮系統(tǒng)密封性，流量、溫度控制要精確，組分變換要迅速，系統(tǒng)要緊湊等。不同廠家和研究者所產(chǎn)生或組裝的MOCVD設備是不同的。 一般由 源供給系統(tǒng) 、氣體輸運和流量控制系統(tǒng)、反應室及溫度控制系統(tǒng)、尾氣處理及安全防護報警系統(tǒng)、自動操作及電控系統(tǒng)。

【源供給系統(tǒng)】

包括Ⅲ族金屬有機化合物、V族氫化物及摻雜源的供給。金屬有機化合物裝在特制的不銹剛的鼓泡器中，由通入的高純H2攜帶輸運到反應室。為了保證金屬有機化合物有恒定的蒸汽壓，源瓶置入電子恒溫器中，溫度控制精度可達0.2℃以下。氫化物一般是經(jīng)高純H2稀釋到濃度5%一10%后，裝入鋼瓶中，使用時再用高純H2稀釋到所需濃度后，輸運到反應室。摻雜源有兩類，一類是金屬有機化合物，另一類是氫化物，其輸運方法分別與金屬有機化合物源和氫化物源的輸運相同。

【氣體輸運系統(tǒng)】

氣體的輸運管都是不銹鋼管道。為了防止存儲效應，管內進行了電解拋光。管道的接頭用氫弧焊或VCR及Swagelok方式連接，并進行正壓檢漏及Snoop液體或He泄漏檢測，保證反應系統(tǒng)無泄漏是MOCVD設備組裝的關鍵之一。流量是由不同量程、響應時間快、精度高的質量流量計和電磁閥、氣動閥等來實現(xiàn)。在

真空系統(tǒng)與反應室之間設有過濾器，以防油污或其它顆粒倒吸到反應室中。為了迅速變化反應室內的反應氣體，而且不引起反應室內壓力的變化，設置“run”和“vent，，管道。

【反應室和加熱系統(tǒng)】

反應室是由石英管和石墨基座組成。為了生長組分均勻、超薄層、異質結構的化合物半導體材料，各生產(chǎn)廠家和研究者在反應室結構的設計上下了很大功夫，設計出了不同結構的反應室。石墨基座是由高純石墨制成，并包裹SIC層。加熱多采用高頻感應加熱，少數(shù)是輻射加熱。由熱電偶和溫度控制器來控制溫度，一般溫度控制精度可達到0.2℃或更低。

【尾氣處理系統(tǒng)】

反應氣體經(jīng)反應室后大部分熱分解，但還有部分尚未完全分解，因此尾氣不能直接排放到大氣中，必須先進行處理，處理方法主要有高溫熱解爐再一次熱分解，再用硅油或高錳酸鉀溶液處理;也可以把尾氣直接通入裝有H2SO4+H2O及裝有NaOH溶液的吸濾瓶處理;也有的把尾氣通入固體吸附劑中吸附處理，以及用水淋洗尾氣等。

【安全保護及報警系統(tǒng)】

為了安全，一般的MOCVD系統(tǒng)還備有高純從旁路系統(tǒng)，在斷電或其它原因引起的不能正常工作時，通入純N2保護生長的片子或系統(tǒng)內的清潔。在停止生長期間也有常通高純N2保護系統(tǒng)。

【手動和自動控制系統(tǒng)】

一般MOCVD設備都具有手動和微機自動控制操作兩種功能。在控制系統(tǒng)面板上設有閥門開關、各個管路氣體流量、溫度的設定及數(shù)字顯示，如有問題會自動報警，是操作者能及時了解設備運轉的情況。此外，MOCVD設備一般都設在具有強排風的工作室內。

優(yōu)點

1 適用范圍廣泛，幾乎可以生長所有化合物及合金半導體;

2 非常適合于生長各種異質結構材料;

3 可以生長超薄外延層，并能獲得很陡的界面過渡;

4 生長易于控制;

5 可以生長純度很高的材料;

6 外延層大面積均勻性良好;

7 可以進行大規(guī)模生產(chǎn)。

2012年12月12號，中國首臺具有世界先進水平的大型國產(chǎn)MOCVD設備發(fā)運慶典在張江高新區(qū)核心園舉行。

作為LED芯片生產(chǎn)過程中最為關鍵的設備，MOCVD的核心技術長期被歐美企業(yè)所壟斷，嚴重制約了中國LED產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。中晟光電設備上海有限公司于2012年1月18日成功實現(xiàn)了擁有自主創(chuàng)新知識產(chǎn)權的具有世界先進水平的大型國產(chǎn)MOCVD設備下線，僅用了10個月時間，又完成了工藝的開發(fā)和設備進一步的改進優(yōu)化，完成了設備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)必備條件與設施的建立；在此基礎上又完成了4家客戶的多次實地考察，親臨操作設備和驗證各項工藝。

客戶充分肯定了中晟設備的技術方向和設計上的世界先進性，也對設備用于大規(guī)模生產(chǎn)提出了進一步改進的建設性要求。使該設備同時具有目前世界上最高的系統(tǒng)產(chǎn)能、最低的外延生產(chǎn)成本、良好的波長均勻性、大規(guī)模外延生產(chǎn)所需的各項關鍵性能等4項核心的差異競爭力。這次我國首臺具有世界先進水平的大型國產(chǎn)MOCVD設備成功發(fā)運，不僅標志著在實現(xiàn)中國大型MOCVD設備國產(chǎn)化戰(zhàn)略目標的征途上，中晟邁開了具有里程碑意義的一步，而且充分體現(xiàn)了中國有能力在高端裝備領域實現(xiàn)跨越式的發(fā)展。

國外MOCVD系統(tǒng)發(fā)展

隨著化合物半導體器件(如 GaAs MMIC、 InP MMIC以及GaN藍光LED)市場的不斷擴大，MOCVD系統(tǒng)的需求量不斷增長。國際上實力最為雄厚的MOCVD系統(tǒng)制造商有:德國Aixtron公司、美國的Emcore公司（其MOCVD已被Veeco兼并）、英國的Thomass~(1999年被Aixtron兼并)等。因為MOCVD系統(tǒng)最關鍵的問題就是保證材料生長的均勻性和重復性，因此不同廠家的MOCVD系統(tǒng)最主要的區(qū)別在于反應室結構。Aixtron采用行星反應(Planetary Reactor)，Emcore采用TurboDisc反應室(該業(yè)務己出售給Veeco公司)、Thomas Swan(該公司于2003年2月份被Aixtron兼并)采用 Closed Coupled Showerhead(CCS)反應室。

國內擁有的進口MOCVD系統(tǒng)700臺左右，其中 Aixtron MOCVD系統(tǒng)和Emcore MOCVD系統(tǒng)占絕大多數(shù)，有少量的 Thomas Swan MOCVD系統(tǒng)、法國ASM MOCVD系統(tǒng)和日本RIPPON SANSO MOCVD系統(tǒng)，主要用于GaN LD/LED的研究和制造。