一、引言
近年來，隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展以及高速光電信息時代的來臨,，LPE、VPE等技術(shù)在半導(dǎo)體業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越??；MBE與MOCVD技術(shù)相比，由于其設(shè)備復(fù)雜,、價格更昂貴,，生長速度慢，且不適pC-長含有高蒸汽壓元素(如P)的化合物單晶,，不宜于工業(yè)生產(chǎn),。而金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)，1968年由美國洛克威公司的Manasevit等人提出制備化臺物單晶薄膜的一項(xiàng)新技術(shù)；到80年代初得以實(shí)用化,。經(jīng)過近20年的飛速發(fā)展,，成為目前半導(dǎo)體化臺物材料制備的關(guān)鍵技術(shù)之一。廣泛應(yīng)用于包括半導(dǎo)體器件,、光學(xué)器件,、氣敏元件、超導(dǎo)薄膜材料,、鐵電／鐵磁薄膜,、高介電材料等多種薄膜材料的制備。
二,、MOCVD的主要技術(shù)特點(diǎn)
國內(nèi)外所制造的MOCVD設(shè)備,，大多采用氣態(tài)源的輸送方式，進(jìn)行薄膜的制備,。氣態(tài)源MOCVD設(shè)備,，將MO源以氣態(tài)的方式輸送到反應(yīng)室，輸送管道里輸送的是氣體,，對送入反應(yīng)室的MO源流量也以控制氣體流量來進(jìn)行控制,。因此，它對MO源先體提出應(yīng)具備蒸氣壓高,、熱穩(wěn)定性佳的要求,。用氣態(tài)源MOCVD法沉積一些功能金屬氧化物薄膜，要求所選用的金屬有機(jī)物應(yīng)在高的蒸氣壓下具有高的分子穩(wěn)定性,，以避免輸送過程中的分解,。然而，由于一些功能金屬氧化物的組分復(fù)雜,，元素難以合成出氣態(tài)MO源和有較高蒸氣壓的液態(tài)MO源物質(zhì),，而蒸氣壓低、熱穩(wěn)定性差的MO源先體,，不可能通過鼓泡器(bubbler)由載氣氣體輸運(yùn)到反應(yīng)室,。
然而采用液態(tài)源輸送的方法，是目前國內(nèi)外研究的重要方向,。采用將液態(tài)源送入汽化室得到氣態(tài)源物質(zhì),，再經(jīng)過流量控制送入反應(yīng)室，或者直接向反應(yīng)室注入液態(tài)先體,，在反應(yīng)室內(nèi)汽化,、沉積。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡化了源輸送方式,，對源材料的要求降低,，便于實(shí)現(xiàn)多種薄膜的交替沉積以獲得超品格結(jié)構(gòu)等,。
三、MOCVD技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
MOCVD技術(shù)在薄膜晶體生長中具有獨(dú)特優(yōu)勢：
1,、能在較低的溫度下制備高純度的薄膜材料,，減少了材料的熱缺陷和本征雜質(zhì)含量；
2,、能達(dá)到原子級精度控制薄膜的厚度,；
3、采用質(zhì)量流量計(jì)易于控制化合物的組分和摻雜量,；
4,、通過氣源的快速無死區(qū)切換，可靈活改變反應(yīng)物的種類或比例,，達(dá)到薄膜生長界面成份突變,。實(shí)現(xiàn)界面陡峭；
5,、能大面積,、均勻、高重復(fù)性地完成薄膜生長,。適用于工業(yè)化生產(chǎn)；
一,、引言
近年來,，隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展以及高速光電信息時代的來臨，LPE,、VPE等技術(shù)在半導(dǎo)體業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越?。籑BE與MOCVD技術(shù)相比,，由于其設(shè)備復(fù)雜,、價格更昂貴，生長速度慢,，且不適pC-長含有高蒸汽壓元素(如P)的化合物單晶,，不宜于工業(yè)生產(chǎn)。而金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD),，1968年由美國洛克威公司的Manasevit等人提出制備化臺物單晶薄膜的一項(xiàng)新技術(shù),；到80年代初得以實(shí)用化。經(jīng)過近20年的飛速發(fā)展,，成為目前半導(dǎo)體化臺物材料制備的關(guān)鍵技術(shù)之一,。廣泛應(yīng)用于包括半導(dǎo)體器件、光學(xué)器件,、氣敏元件,、超導(dǎo)薄膜材料,、鐵電／鐵磁薄膜、高介電材料等多種薄膜材料的制備,。
二,、MOCVD的主要技術(shù)特點(diǎn)
國內(nèi)外所制造的MOCVD設(shè)備，大多采用氣態(tài)源的輸送方式,，進(jìn)行薄膜的制備,。氣態(tài)源MOCVD設(shè)備，將MO源以氣態(tài)的方式輸送到反應(yīng)室,，輸送管道里輸送的是氣體,，對送入反應(yīng)室的MO源流量也以控制氣體流量來進(jìn)行控制。因此,，它對MO源先體提出應(yīng)具備蒸氣壓高,、熱穩(wěn)定性佳的要求。用氣態(tài)源MOCVD法沉積一些功能金屬氧化物薄膜,，要求所選用的金屬有機(jī)物應(yīng)在高的蒸氣壓下具有高的分子穩(wěn)定性,，以避免輸送過程中的分解。然而,，由于一些功能金屬氧化物的組分復(fù)雜,，元素難以合成出氣態(tài)MO源和有較高蒸氣壓的液態(tài)MO源物質(zhì)，而蒸氣壓低,、熱穩(wěn)定性差的MO源先體,，不可能通過鼓泡器(bubbler)由載氣氣體輸運(yùn)到反應(yīng)室。
然而采用液態(tài)源輸送的方法,，是目前國內(nèi)外研究的重要方向,。采用將液態(tài)源送入汽化室得到氣態(tài)源物質(zhì)，再經(jīng)過流量控制送入反應(yīng)室,，或者直接向反應(yīng)室注入液態(tài)先體,，在反應(yīng)室內(nèi)汽化、沉積,。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡化了源輸送方式,，對源材料的要求降低，便于實(shí)現(xiàn)多種薄膜的交替沉積以獲得超品格結(jié)構(gòu)等,。
三,、MOCVD技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
MOCVD技術(shù)在薄膜晶體生長中具有獨(dú)特優(yōu)勢：
1、能在較低的溫度下制備高純度的薄膜材料,，減少了材料的熱缺陷和本征雜質(zhì)含量,；
2、能達(dá)到原子級精度控制薄膜的厚度,；
3,、采用質(zhì)量流量計(jì)易于控制化合物的組分和摻雜量,；
4、通過氣源的快速無死區(qū)切換,，可靈活改變反應(yīng)物的種類或比例,，達(dá)到薄膜生長界面成份突變。實(shí)現(xiàn)界面陡峭,；
5,、能大面積、均勻,、高重復(fù)性地完成薄膜生長,。適用于工業(yè)化生產(chǎn)；
正是MOCVD這些優(yōu)勢(與MBE技術(shù)一起),。使化合物單晶薄膜的生長向結(jié)構(gòu)區(qū)域選擇的微細(xì)化,，組分多元化和膜厚的超薄化方向發(fā)展，推進(jìn)著各種異質(zhì)結(jié)材料應(yīng)運(yùn)而生,，實(shí)現(xiàn)了生長出的半導(dǎo)體化合物材料表面平滑,、摻雜均勻、界面陡峭,、晶格完整,、尺寸精確，滿足了新型微波,、毫米波半導(dǎo)體器和先進(jìn)的光電子器的要求,，使微波、毫米波器件和先進(jìn)的光電子器件的設(shè)計(jì)和制造由傳統(tǒng)的“摻雜工程”進(jìn)人到“能帶工程”和“電子特性與光學(xué)特性裁剪”的新時代,。人們已經(jīng)能夠在原子尺度上設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而人為確定材料的能帶結(jié)構(gòu)和波涵數(shù),，制備出量子微結(jié)構(gòu)材料,。
但MOCVD設(shè)備也有自身的缺點(diǎn)，它與MBE設(shè)備一樣價格不菲,，而且由于采用了有機(jī)金屬做為源,，使得在使用MOCVD設(shè)備時不可避免地對人體及環(huán)境產(chǎn)生一定的危害。這些都無形中增加了制備成本,。對于低壓生氏,，系統(tǒng)只需要配置機(jī)械泵和壓力控制器就可控制生長壓力；但是所配置的泵要有較大的氣體流量承載量,。MOCVD生長中,，我們所用的許多反應(yīng)源(例如PH3、AsH3,、H2S以及一些MO源)都是有毒的物品,，進(jìn)行合理的尾氣循環(huán)處理是非常必要的,。因此，在設(shè)計(jì)和使用時要考慮到這些因素,，做好安全防護(hù)措,。對于一些功能金屬氧化物薄膜而言，尋找高蒸氣壓,、熱穩(wěn)定性佳的MO源先體是比較困難的事,。這就使得傳統(tǒng)的MOCVD技術(shù)不能夠制備上述的金屬氧化物薄膜，更不能同時制備不同材料的薄膜,。對源材料要求苛刻,，這在很大程度上制約了金屬氧化物的MOCVD技術(shù)的發(fā)展。
為了克服上述技術(shù)或設(shè)備存在的缺點(diǎn),，解決傳統(tǒng)MOCVD設(shè)備存在氣態(tài)源MOCVD不同材料之間蒸氣壓差大難以控制及輸送的障礙的問題,，對源材料要求降低，便于實(shí)現(xiàn)金屬氧化物薄膜中多種薄膜的交替沉積,。國內(nèi)外發(fā)展MOCVD技術(shù)的關(guān)鍵是合適的源材料,，或者采用變通的先體輸運(yùn)技術(shù)。
四,、MOCVD技術(shù)在光電方面新的應(yīng)用
MOCVD技術(shù)經(jīng)過近20多年的飛速發(fā)展,，為滿足微電子、光電子技術(shù)發(fā)展兩個方面的需求,，制備了GaAlAs／GaAs,、InGaAsdGaAs／GaAs、GaInp／GaAs,、GaInAs／AlInAs,、GMnAs／GaInp、InAs／InSb,、InGaN／GaN,、A1GaN／GaN、SiGe,、HgcdTe,、GaInAsp／Inp、A1GaInp／GaAs,、A1GaInAs／GaAs等多種薄膜晶體材料系列,。MOCVD技術(shù)解決了高難的生長技術(shù)與量大面廣所要求的低廉價格之間的尖銳矛盾。
MOCVD技術(shù)的發(fā)展與化合物半導(dǎo)體材料研究和器件制造的需求緊密相關(guān),，反過來又促進(jìn)了新型器件的研制,，目前各種主要類型的化合物半導(dǎo)體器件制作中都用到了MOCVD技術(shù)。用于制作系列高端器件：HEMT,、PHEMT,、HFET,、HBT、量子阱激光器,，垂直腔面激光器,、SEED、紅外級聯(lián)激光器,、微腔,、量子阱光折變器、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管,、高電子遷移率晶體管,、太陽能電池、激光器,、光探測器,、場效應(yīng)晶體管以及發(fā)光二極管(LED)，極大地推動了微電子,、光電子技術(shù)的發(fā)展,，取得了舉世矚目、驚人的成就,。
目前用于軍事電裝備的微波毫米器件,、高溫半導(dǎo)體器特別是先進(jìn)的光電子器件，都采用MOCVD和MBE為主流技術(shù)進(jìn)行薄膜材料生長,，這些高端器件直接影響著軍事裝備的功能,、性能和先進(jìn)性。為了國家的安全和營造經(jīng)濟(jì)建設(shè)的和平環(huán)境,，不斷提高我國軍事力量,，是關(guān)系到國家安危頭等大事。國防建設(shè)迫切需要發(fā)展MOCVD技術(shù),。
五,、MOCVD技術(shù)在光電方面的發(fā)展趨勢
目前的主要發(fā)展趨勢是：
1、向高投片量,、向高產(chǎn)量方向發(fā)展；
2,、基片向大尺寸方向發(fā)展,；
3、薄膜厚度向薄層,、超薄層方向發(fā)展,，超晶格、量子阱,、量子線,、量子點(diǎn)材料和器件研究十分火熱,。量子阱器件、量子點(diǎn)激光器已問世,，其發(fā)展?jié)摿o可估量,，成為向納米電子技術(shù)進(jìn)軍的基地；
4,、薄膜結(jié)構(gòu)區(qū)域向微細(xì)化,，組分向多元化方向發(fā)展。滿足器件多功能,、小尺寸,、低功耗、高功率密度,、便于集成的發(fā)展要求,；
5、多種襯底上異質(zhì)材料的生長同時并進(jìn)開發(fā),，GaAs技術(shù)目前最為成熟,，充分發(fā)揮InP襯底的優(yōu)異性能，挖掘lnP襯底的潛力的研究正在廣泛進(jìn)行,；
6,、寬帶隙的材料研究受到高度重視，特別是以CaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料的研究,，已成為各國業(yè)內(nèi)科學(xué)家研發(fā)的熱點(diǎn),；SiC材料已研制成功許多性能優(yōu)異的器件，如MOSFET,、MESFET,、JFET等。
MOCVD技術(shù)在半導(dǎo)體材料和器件及薄膜制備方面取得了巨大的成功,。盡管如此,，MOCVD仍是一種發(fā)展中的半導(dǎo)體超精細(xì)加工技術(shù)，MOCVD技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將會給微電子技術(shù)和光電子技術(shù)帶來更廣闊的前景,。