半导体材料外延生长资料

MOVPE的特点
(3) 晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长， 需要控制的参数少，设备简单。便于多片和大片外延生长， 有利于批量生长。 (4) 晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因 此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长速度。 (5) 源及反应产物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物， 因此生长设备和衬底不被腐蚀，自掺杂比较低。
金属有机物化学气相沉积
金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)自20世 纪60年代首次提出以来，经过70年代至80年代的 发展，90年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子 材料外延片制备的核心生长技术，特别是制备氮 化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法。 到目前为止，从生长的氮化镓外延片和器件的性 能以及生产成本等主要指标来看还没有其它方法 能与之相比。
MOVPE技术
MOVPE (Metal organic Vapor Phase Epitaxy)技术是 生长化合物半导体薄层晶体的方法，最早称为MOCVD 。 近年来从外延生长角度出发，称这一技术为MOVPE。 它是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V族、Ⅵ族元素 的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解方式在衬底 上进行外延生长Ⅲ一V族，Ⅱ一Ⅵ族化合物半导体以及它 们的多元化合物的薄层单晶。
MOVPE的特点
MOVPE具有下列的特点： (1)可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的 性质 用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反 应器。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 以生长薄到零点几纳米，纳米级的薄层和多层结构。 (2) 反应器中气体流速快，可以迅速改变多元化合物组 分和杂质浓度 反应器中气体流速快，因此，在需要改变多元化合物组 分和杂质浓度时，反应器中的气体改变是迅速的，从而可 以使杂质分布陡峭一些，过渡层薄一些，这对于生长异质 和多层结构无疑是很重要的。
卤化物法外延生பைடு நூலகம்GaAs
Ga/AsCl3/H2体系气相外延原理及操作 高纯H2经过AsCl3鼓泡器，把AsCl3蒸气携带入反应室中，它们在 300~500℃的低温就发生还原反应，
4AsCl3 + 6H2 = As4 + 12 HCl
生成的As4和HCI被H2带入高温区(850℃)的Ga源(也称源区)处，As4 便溶入Ga中形成GaAs的Ga溶液，直到Ga饱和以前，As4不流向后 方。
4Ga + xAs4 = 4GaAsx
2Ga + 2 HCl = 2 GaCl + H2
( x<1 )
而HCI在高温下同Ga或GaAs反应生成镓的氯化物，它的主反应为
GaAs + HCl = GaCl + ¼ As4 + ½ H2
卤化物法外延生长GaAs
GaCI被H2运载到低温区，如此时Ga舟已被As饱和，则 As4也能进入低温区， GaCI在750℃下发生歧化反应，生 成GaAs，生长在放在此低温区的衬底上(这个低温区亦称 沉积区)， 6GaCl + As4 = 4 GaAs + 2 GaCl3 有H2存在时还可发生以下反应
半导体材料
III-V族化合物半导体的外延生长
第七章 III-V族化合物半导体的外延生长
内容提要：
气相外延生长VPE 卤化物法 氢化物法 金属有机物气相外延生长MOVPE 液相外延生长LPE 分子束外延生长MBE
气相外延生长
气相外延生长(vapor phase epitaxy, VPE) 发展较早，主要有以下三种方法： 卤化物法 (Ga/AsCl3/H2体系) 氢化物法 (Ga/HCl/AsH3/H2体系) 金属有机外延法
4GaCl + As4 + 2H2 = 4 GaAs + HCl
反应生成的GaCl3被输运到反应管尾部，以无色针状物析 出，未反应的As4以黄褐色产物析出。
氢化物法外延生长GaAs
氢化物法是采用Ga／HCI／AsH3／H2体系，其生长机理 为 Ga (l) + HCl (g) = GaCl (g) + ½ H2(g) AsH3 (g) = ¼ As4(g) + 3/2 H2(g) GaCl (g) + ¼ As4(g) + ½ H2(g) = GaAs (s) + HCl (g) 这种方法，Ga(GaCI)和As4(AsH3)的输入量可以分别控 制，并且As4的输入可以在Ga源的下游，因此不存在镓源 饱和的问题，所以Ga源比较稳定。 卤化物和氢化物法生长GaAs除了水平生长系统外，还 有垂直生长系统，这种系统的基座大都是可以旋转的，因 此其均匀性比较好。
此外，MOVPE可以进行低压外延生长(LP-MOVPE. Low Pressure MOVPE)，比上述常压MOVPE的特点更 加显著。
MOVPE设备
MOVPE设备分为卧式和立式两种，有常压和低压，高频感应加热 和辐射加热，反应室有冷壁和热壁的。 因为MOVPE生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且 常常用来生长大面积、多组分超薄异质外延层。因此，设备要求考虑 系统气密性好，流量、温度控制精确，组分变换要迅速，整个系统要 紧凑等等。 不同厂家和研究者所生产或组装的MOVPE设备往往是不同的，但 一般来说，都由以下几部分组成： (1) 源供给系统、 (2)气体输运和流量控制系统， (3)反应室加热及温度控制系统，(4)尾气处理， (5)安全防护报警系统，(6)自动操作及电控系统。
Ⅱ族金属有机化合物一般使用它们的烷基化合物，如Ga、 Al、In、Zn、Cd等的甲基或乙基化合物：Ga(CH3)3、 Ga(C2H5)3等，
金属有机化合物的名称及其英文缩写
三甲基镓 三甲基铟 三甲基铝 三乙基镓 三乙基铟 二甲基锌 二乙基锌 二甲基镉 二乙基镉 Tri-methyl-gallium Tri-methyl-indium Tri-methyl-alumium Tri-ethyl-gallium Tri-ethyl-indium Di-methyl-zinc Di-ethyl-zinc Di-methyl-cadmium Di-ethyl-cadmium TMG．TMGa TMI．TMIn TMAI TEG．TEGa TEI．TEIn DMZn DEZn DMCA DECA