MOCVD工藝簡介
MOCVD設(shè)備將Ⅱ或Ⅲ族金屬有機(jī)化合物與Ⅳ或Ⅴ族元素的氫化物相混合后通入反應(yīng)腔，混合氣體流經(jīng)加熱的襯底表面時(shí)，在襯底表面發(fā)生熱分解反應(yīng)，并外延生長成化合物單晶薄膜。與其他外延生長技術(shù)相比，MOCVD技術(shù)有著如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）用于生長化合物半導(dǎo)體材料的各組分和摻雜劑都是以氣態(tài)的方式通入反應(yīng)室，因此，可以通過精確控制氣態(tài)源的流量和通斷時(shí)間來控制外延層的組分、摻雜濃度、厚度等�？梢杂糜谏L薄層和超薄層材料。
（2）反應(yīng)室中氣體流速較快。因此，在需要改變多元化合物的組分和摻雜濃度時(shí)，可以迅速進(jìn)行改變，減小記憶效應(yīng)發(fā)生的可能性。這有利于獲得陡峭的界面，適于進(jìn)行異質(zhì)結(jié)構(gòu)和超晶格、量子阱材料的生長。
（3）晶體生長是以熱解化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)行的，是單溫區(qū)外延生長。只要控制好反應(yīng)源氣流和溫度分布的均勻性，就可以保證外延材料的均勻性。因此，適于多片和大片的外延生長，便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
（4）通常情況下，晶體生長速率與Ⅲ族源的流量成正比，因此，生長速率調(diào)節(jié)范圍較廣。較快的生長速率適用于批量生長。
（5）使用較靈活。原則上只要能夠選擇合適的原材料就可以進(jìn)行包含該元素的材料的MOCVD生長。而可供選擇作為反應(yīng)源的金屬有機(jī)化合物種類較多，性質(zhì)也有一定的差別。
（6）由于對真空度的要求較低，反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)較簡單。
（7）隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，可以對MOCVD的生長過程進(jìn)行在位監(jiān)測。
實(shí)際上，對于MOCVD和MBE技術(shù)來說，采用它們所制備的外延結(jié)構(gòu)和器件的性能沒有很大的差別。MOCVD技術(shù)最吸引入的地方在于它的通用性，只要能夠選取到合適的金屬有機(jī)源就可以進(jìn)行外延生長。而且只要保證氣流和溫度的均勻分布就可以獲得大面積的均勻材料，適合進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
MOCVD技術(shù)的主要缺點(diǎn)大部分均與其所采用的反應(yīng)源有關(guān)。首先是所采用的金屬有機(jī)化合物和氫化物源價(jià)格較為昂貴，其次是由于部分源易燃易爆或者有毒，因此有一定的危險(xiǎn)性，并且，反應(yīng)后產(chǎn)物需要進(jìn)行無害化處理，以避免造成環(huán)境污染。另外，由于所采用的源中包含其他元素（如C，H等），需要對反應(yīng)過程進(jìn)行仔細(xì)控制以避免引入非故意摻雜的雜質(zhì)。
通常MOCVD生長的過程可以描述如下：被精確控制流量的反應(yīng)源材料在載氣（通常為H2，也有的系統(tǒng)采用N2）的攜帶下被通入石英或者不銹鋼的反應(yīng)室，在襯底上發(fā)生表面反應(yīng)后生長外延層，襯底是放置在被加熱的基座上的。在反應(yīng)后殘留的尾氣被掃出反應(yīng)室，通過去除微粒和毒性的尾氣處理裝置后被排出系統(tǒng)。MOCVD工作原理如圖所示。
圖 MOCVD的工作流程圖
一臺(tái)MOCVD生長設(shè)備可以簡要地分為以下的4個(gè)部分。
（1）氣體操作系統(tǒng)：
氣體操作系統(tǒng)包括控制Ⅲ族金屬有機(jī)源和V族氫化物源的氣流及其混合物所采用的所有的閥門、泵以及各種設(shè)備和管路。其中，最重要的是對通入反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng)的原材料的量進(jìn)行精確控制的部分。主要包括對流量進(jìn)行控制的質(zhì)量流量控制計(jì)（MFC），對壓力進(jìn)行控制的壓力控制器（PC）和對金屬有機(jī)源實(shí)現(xiàn)溫度控制的水浴恒溫槽（Thor·malBath）。
（2）反應(yīng)室：
反應(yīng)室是MOCVD生長系統(tǒng)的核心組成部分，反應(yīng)室的設(shè)計(jì)對生長的效果有至關(guān)重要的影響。不同的MOCVD設(shè)備的生產(chǎn)廠家對反應(yīng)室的設(shè)計(jì)也有所不同。但是，最終的目的是相同的，即避免在反應(yīng)室中出現(xiàn)離壁射流和湍流的存在，保證只存在層流，從而實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)室內(nèi)的氣流和溫度的均勻分布，有利于大面積均勻生長。
（3）加熱系統(tǒng)：
MOCVD系統(tǒng)中襯底的加熱方式主要有三種：射頻加熱，紅外輻射加熱和
