技术起源与发展

  MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）技术是在传统气相外延生长（VPE）基础上发展起来的一种先进外延技术，自1968年提出以来，经过数十年的快速发展，现已成为制备高质量化合物半导体材料的关键手段之一。该工艺通过向反应腔中引入超纯气体，并精确控制其流量，使含有特定化学元素的有机金属化合物与氢化物气体在高温下发生反应，在晶圆上沉积出一层薄而均匀的原子层，从而为晶体的外延生长创造条件，最终形成所需的化合物半导体薄膜。

技术原理

  MOCVD的基本原理是利用含有III族或II族金属有机化合物的气体与V族或VI族元素的氢化物在高温环境下进行化学反应，生成所需的半导体薄膜。这一过程通常包括以下几个步骤：

1. 载气注入：首先，将超纯气体（通常是惰性气体如氮气或氢气）注入到反应器中，作为金属有机化合物的载体。这一步骤确保了反应物能够均匀地分布在基片表面。

2. 热分解反应：随后，含有金属有机化合物的混合气体被加热至高温，在此条件下，金属有机化合物开始分解为原子或分子形式。

   
   

3. 表面反应：分解后的原子或分子在半导体基片表面发生化学反应，形成所需的化合物半导体薄膜。这一过程依赖于基片的温度、反应气体的成分以及压力等多种因素。

4. 化学气相沉积：通过精确控制反应条件，如温度、气体流量、反应时间等，可以调控薄膜的生长速率和质量，从而获得具有特定性能的半导体薄膜。

应用实例

• 氮化镓（GaN）：用于制造高亮度LED、激光器等光电子器件。

2Ga(CH3)3+3NH3→2GaN+6CH4

• 砷化镓（GaAs）：广泛应用于无线通信、卫星通讯等高频应用领域。

2Ga(CH3)3+AsH3→2GaAs+6CH4

• 磷化镓（GaP）：适用于可见光谱范围内的发光器件。

2Ga(CH3)3+PH3→2GaP+6CH4

• 氮化铝（AlN）：因其优良的热导性和电绝缘性，用于制作高温器件。

2Al(CH3)3+3NH3→2AlN+6CH4

• 锑化铟（InSb）：用于红外探测器和其他低温应用。

2In(CH3)3+SbH3→2InSb+6CH4

制程方法

  在MOCVD过程中，典型的反应物包括：

• II族和III族金属有机化合物：如二乙基锌（Zn(C2H5)2）、二甲基铝（Al(CH3)3）、二甲基镓（Ga(CH3)3）等。

• V族和VI族元素的氢化物：如氨气（NH3）、磷化氢（PH3）、砷化氢（AsH3）等。

这些化合物在高温下分解并与基片表面的原子发生反应，形成所需薄膜。通过调整反应物的比例、温度以及其他工艺参数，可以控制薄膜的厚度、均匀性和结晶质量，从而满足不同应用的需求。