用來生長化合物晶體的各組份和摻雜劑都可以以氣態(tài)方式通入反應室中,可以通過控制各種氣體的流量來控制外延層的組分,導電類型,載流子濃度,厚度等特性。
因有抽氣裝置,反應室中氣體流速快,對于異質外延時,反應氣體切換很快,可以得到陡峭的界面。
發(fā)光二極管對外延片的技術主要有以下四條:
①禁帶寬度適合。
②可獲得電導率高的P型和N型材料。
③可獲得完整性好的優(yōu)質晶體。
④發(fā)光復合幾率大。
外延技術與設備是外延片制造技術的關鍵所在,金屬有機物化學氣相淀積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,簡稱MOCVD)技術生長III-V族,II-VI族化合物及合金的薄層單晶的主要方法。II、III族金屬有機化合物通常為甲基或乙基化合物,如:Ga(CH3)3,In(CH3)3,Al(CH3)3,Ga(C2H5)3,Zn(C2H5)3等,它們大多數是高蒸汽壓的液體或固體。用氫氣或氮氣作為載氣,通入液體中攜帶出蒸汽,與V族的氫化物(如NH3,PH3,AsH3)工作原理,技術特點混合,再通入反應室,在加熱的襯底表面發(fā)生反應,外延生長化合物晶體薄膜。
MOCVD具有以下優(yōu)點:
外延發(fā)生在加熱的襯底的表面上,通過監(jiān)控襯底的溫度可以技術特點控制反應過程。
在一定條件下,外延層的生長速度與金屬有機源的工作原理供應量成正比。
MOCVD及相關設備技術發(fā)展現狀:
MOCVD技術自二十世紀六十年代首先提出以來,經過七十至八十年代的發(fā)展,九十年代已經成為砷化鎵、磷化銦等光電子材料外延片制備的核心生長技術。目前工作原理已經在砷化鎵、磷化銦等光電子材料生產中得到廣泛應用。日本科學家Nakamura將MOCVD應用氮化鎵材料制備,利用他自己研制 的MOCVD設備(一種非常工作原理,技術特點特殊的反應室結構),于技術特點1994年首先生產出高亮度藍光和綠光發(fā)光二極管,1998年實現了室溫下連續(xù)激射10,000小時,取得了劃時代的進展。到目前為止,MOCVD是制備氮化鎵發(fā)光二極管和激光器外延片的主流方法,從生長的氮化鎵外延片和器件的性能以及生產成本等主要指標來看,還沒有其它方法能與之相比。
國際上MOCVD設備制造商主要有三家:德國的AIXTRON公司、美國的EMCORE公司(Veeco)、英國的Thomas Swan 公司(目前Thomas Swan公司被AIXTRON公司收購),這三家公司產品的主要區(qū)別在于反應室。
這些公司生產MOCVD設備都有較長的歷史,但技術特點對氮化鎵基材料而言,由于材料本身研究時間不長,對材料生長的一些物理化學過程還有待認識,因此目前對適合工作原理氮化鎵基材料的MOCVD設備還在完善和發(fā)展之中。國際上技術特點這些設備商也只是1994年以后才開始生產適合氮化鎵的MOCVD設備。目前生產氮化鎵中最大MOCVD設備一次生長24片(AIXTRON公司產品)。國際上對氮化鎵研究得最成功的單位是日本日亞公司和豐田合成,恰恰這些公司不出售氮化鎵生產的MOCVD設備。日本酸素公司生產的氮化鎵-MOCVD設備性能優(yōu)良,但該公司的設備只在日本出售。