有機金屬外延簡介

對于有機金屬外延(MOCVD)折汞,很多人并不陌生倔幼,但還有不否認并不知道MOCVD究竟用來做什么,有什么具體應用字支,本文作出部分說明凤藏。同時,作者知識面有限堕伪,如有不足之處請幫忙指出揖庄。

生長固體薄膜材料的設備有很多,包括MBE欠雌,LPE蹄梢,PECVD,PVD,MOCVD以及可控制在原子級別生長的ALD等禁炒,目前在晶圓上生長薄膜材料的最常用MOCVD而咆,順便一提,PECVD和PVD也常用幕袱,本文重點討論MOCVD設備暴备。從應用端(發(fā)光二極管、功率器件等)分類說明们豌。

1涯捻,發(fā)光二極管(LED,LD)

得益于國內(nèi)LED的蓬勃發(fā)展望迎,MOCVD機臺數(shù)量在國內(nèi)急速增長障癌,最早打入國內(nèi)市場的是Veeco和Aixtron兩家公司。在LED生長方面辩尊,Veeco機型比Aixtron機型占優(yōu)勢涛浙,特別是GaN藍光LED方面,特點:重復性較高摄欲,產(chǎn)量高轿亮,程序書寫簡便,但缺點也明顯蒿涎,氣體消耗大哀托,源利用率不高。經(jīng)過Veeco的幾代發(fā)展劳秋,從經(jīng)典的K465到K465i仓手,再到C4,受市場需求的刺激玻淑,Veeco將14片(4寸wafer片)機型升級到31片的K700嗽冒,K868機型,但某種程度上也將自己逼到了死路补履,加之國內(nèi)中微機型的MOCVD的崛起添坊,Veeco在GaN LED市場的競爭上壓力倍增。中微在腔室設計等方面和Veeco相似箫锤,但售價卻更便宜贬蛙。

早期,Veeco和Aixtron均在GaN LED上應用谚攒,Aixtron的機型迭代速度無法比肩Veeco阳准,受市場規(guī)律,各大外延廠商發(fā)現(xiàn)Veeco機型在GaN LED上更占優(yōu)勢馏臭,逐漸放棄Aixtron野蝇。基于以上事實,Aixtron已放棄在GaN LED的市場绕沈,Aixtron的至暗時刻到來锐想,在2018年,競爭對手的打壓+市場的不景氣乍狐,Aixtron差點被收購赠摇。峰回路轉(zhuǎn),iphone使用人臉識別所需的VCSEL拯救了Aixtron澜躺,各手機商模仿iphone蝉稳,對VCSEL器件需求增加,可以說iphone是撬動起Aixtron二次崛起的支點掘鄙。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),使用Aixtron機型生產(chǎn)的VCSEL器件在均勻性嗡髓、性能等方面占優(yōu)勢操漠,在2018年末、2019年初饿这,需求市場開始回暖浊伙,Aixtron機型的訂單增加。加之國外在芯片方向(美國貿(mào)易戰(zhàn)长捧,包括通訊激光FP嚣鄙,DFB,VCSEL等)的打壓串结,國內(nèi)大小研究院哑子、公司等加大力度在此方面的研究,國內(nèi)對Aixron機型的需求陡增肌割。

Aixtron機型有CCS卧蜓,G3,G4把敞,G5+等弥奸,CCS采用的是花灑的設計,氣流可均勻的流至wafer表面反應奋早,G3/G4采用 nozzle設計盛霎,分為三層,G5為五層的設計耽装。此外愤炸,載盤也有區(qū)別,G系列和CCS最大的差別在于wafer片除了繞軸公轉(zhuǎn)外剂邮,也會自轉(zhuǎn)(衛(wèi)星式)摇幻。

G5的nozzle設計

G5載盤

其中CCS(花灑設計)和G3/G4(nozle設計)廣泛的用在生長LD,紅黃LED器件上,生長的V/III材料體系有二元(GaAs绰姻,InP枉侧,GaP,AlAs等)狂芋、三元(GaInAs榨馁、AlInAs、GaInP帜矾、AlInP翼虫、GaAsP等)、四元(AlGaInAs屡萤、AlGaInP珍剑,GaInAsP等),材料生長是一個比較復雜的過程死陆,作者會在以后的文章中慢慢介紹招拙。

生長紅黃也有使用Veeco的,但紅黃材料涉及As和P措译,易粘附在腔壁别凤,對后期的保養(yǎng)帶來不便,此外和Aixtron相比领虹,均勻性等性能均不占優(yōu)勢规哪。

和Aixtron相比,Veeco機型在清腔前后性能相差會較大塌衰,主要涉及Mg摻雜诉稍,但在Aixtron機型上清腔前后Mg的影響不大。Aixtron內(nèi)涉及P型摻雜所用的C摻雜猾蒂,使用源為CCl4均唉、CBr4、CClBr3等肚菠,CCl4的腐蝕性較強舔箭,對機臺損傷較大。Veeco和Aixtron都屬于高精密型設備蚊逢,需要花精力去探索研究层扶,此種種種特性等不在此作累贅。

2烙荷,功率器件镜会,射頻

功率器件對均勻性等需求比較高,Veeco的設計在生長時存在圈位厚度偏差终抽,所以生長GaN HEMT等功率器件時戳表,Aixtron的G5+是首選桶至。據(jù)悉,國內(nèi)的英諾賽科就是采用G5+生產(chǎn)GaN器件匾旭。

3镣屹,UV(紫外)

生長UV的設備,一般使用改造的Veeco或者MBE价涝,日本日亞使用臥式反應腔女蜈,一爐只生產(chǎn)一片,但所使用的載氣可以處理循環(huán)使用色瘩,所以折算下來的成本并不高伪窖。除了國內(nèi)早期研究機構使用臥式反應腔,后面已逐步被淘汰居兆。

MOCVD的內(nèi)容較多覆山,不是短短一篇文章可以囊括,后續(xù)有時間慢慢再更新史辙。

PS:veeco設備的一些簡介

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