金属有机物化学气相沉积颗粒物污染及在线氯气清洗工艺研究

近耦合喷淋MOCVD在硅衬底GaN基LED外延生长中优势显著。外延中反应室内颗粒物污染直接影响着晶体质量。通过自主设计加工全316L不锈钢近耦合MOCVD喷头,在近耦合喷淋MOCVD上首次实现了在线氯气清洗并完成工艺优化。利用激光尘埃粒子计数器对硅衬底GaN基LED外延过程中,不同工艺、反应室不同位置颗粒物数量随时间变化、粒径分布进行研究。验证了近耦合喷淋MOCVD在线氯气清洗可行且效果良好。发现抹灰工艺会产生大量颗粒物,10min颗粒物难以稳定。颗粒物污染主要来自加热器,且加热器处颗粒物粒径较大。该结果可为外延工艺优化及相关设备开发提供参考。

金属有机物化学气相沉积同质外延GaN薄膜表面形貌的改善

为了获得高质量的GaN薄膜材料,研究了金属有机物气相沉积系统中GaN插入层对GaN衬底同质外延层表面宏观缺陷和晶体质量的影响.研究发现,插入层生长温度是影响GaN同质外延膜表面形貌和晶体质量的关键因素.由于生长模式与插入层生长温度相关,随着插入层生长温度的降低,外延膜生长模式由准台阶流模式转变为层状模式,GaN同质外延膜表面丘壑状宏观缺陷逐渐减少,但微观位错密度逐渐增大.通过对插入层温度和厚度的优化,进一步调控外延层的生长模式,最终有效降低了外延层表面的宏观缺陷,获得了表面原子级光滑平整、位错密度极低的GaN同质外延膜,其X射线衍射摇摆曲线(002),(102)晶面半峰宽分别为125arcsec和85arcsec,表面粗糙度均方根大小为0.23nm.

金属有机化学气相沉积薄膜制备中传热传质的数值模拟

建立水平式Ga As的金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)数学模型,采用求解压力耦合方程的半隐式(SIMPLE)算法对反应气体流动进行二维数值模拟,并基于边界层动量、热量与扩散传质的相关理论分析了薄膜制备过程中化学组分的输运,以及反应前驱物与气相之间的传热过程.计算所得的Ga As生长速率与实验结果吻合较好.同时,数值讨论了反应器进气流量、操作压力以及基底温度对Ga As生长速率的影响.薄膜生长的速率峰值随入口气体速度的升高而有所增大,但薄膜生长逐渐趋于不均匀性.因此,选取气流速度为0.104 m/s.薄膜生长速率随着操作压力的增大而增大,当压力为6 k Pa时,Ga As生长速率较压力为2 k Pa时提高了223%,薄膜具有较好的生长速率和均匀性.基底温度对薄膜生长速率影响显著,在1 050 K时薄膜有良好的生长速率和均匀性,Ga As生长速率比温度为950 K时提高了123%.研究结果为优化MOCVD反应条件及其反应器的结构设计提供了理论依据.

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

4.2 MO源MOCVD法是一种利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法,主要用于化合物半导体气相生长上。在这项技术中,这些可分解的金属有机化合物被用作初始反应物,通常称为MO源。

金属有机源化学气相沉积法生长氧化锌薄膜中氢气的作用及其机理

本文重点探讨了金属有机源化学气相沉积生长ZnO薄膜中氢气的作用与机理.研究表明氢气对ZnO薄膜的结构与性质具有重要的影响.当采用叔丁醇为氧源时,氢气对ZnO薄膜的晶体质量,表面结构和发光性质主要产生负面的影响,同时发现氢气的加入有助于抑制碳的沾污.而当采用笑气为氧源时,测量显示表面变光滑,晶体质量得到提高,发光强度也得到提升.氢气在笑气作为氧源生长ZnO的过程中基本起到了正面的作用.论文最后从氢气降低生长表面能量,提高表面原子迁移能力但存在表面腐蚀作用的方向以上结果给予了较好的解释.研究显示MOCVD生长高质量ZnO薄膜中氢气的优化具有特别重要的意义.

金属有机化学气相沉积外延技术生长GaN基半导体发光二极管和激光二极管(Ⅰ)

文章评论性地介绍了金属有机化学气相外延技术(MOCVD)生长氮化物半导体GaN和InGaN以及激子局域化效应、量子束缚斯塔克效应对它们的光学性能的影响,详细比较了这两种效应对GaN基半导体发光二极管和激光二极管特性的影响,特别是量子束缚斯塔克效应以显著不同的方式影响着发光二极管和激光二极管的性能;文章还讨论了在A面蓝宝石衬底上生长GaN的情况.

氢化物气相外延氮化镓衬底的制备研究

目前异质外延技术能够得到较高质量的氮化镓(GaN)薄膜,衬底普遍采用蓝宝石、碳化硅以及硅等。各种技术包括缓冲层、外延横向生长技术、悬挂外延技术等是目前最重要的制备氮化镓技术。氢化物气相外延(HVPE)是制备氮化镓衬底最有希望的方法之一。本文介绍了氮化镓材料的电学、光学性质及重要用途,总结了氮化镓体单晶及薄膜材料制备方法,描述了氢化物气相外延原理,分析了HVPE制备自支撑(FS)GaN衬底方法,综述了HVPE技术国内外研究进展。

Al预沉积层对金属有机物化学气相沉积方法在Si衬底上生长AlN缓冲层和GaN外延层的影响

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在硅(Si)衬底制备铝/氮化铝/氮化镓(Al/AlN/GaN)多层薄膜,使用光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等手段表征AlN和GaN薄膜的微观结构和晶体质量,研究了TMAl流量对AlN薄膜和GaN薄膜的形核和生长机制的影响。结果表明,预沉积Al层能促进AlN的形核和生长,进而提高GaN外延层的薄膜质量。TMAl流量太低则预沉积Al层不充分,AlN缓冲层的质量取决于由形核长大的高结晶度AlN薄膜与在气氛中团聚长大并沉积的低结晶度AlN薄膜之间的竞争,AlN薄膜的质量随着TMAl流量的升高而提高,GaN薄膜的质量也随之提高。TMAl流量太高则预沉积Al层过厚,AlN缓冲层的质量取决于由形核长大的高结晶度AlN薄膜与Al-Si回融蚀刻之间的竞争,AlN薄膜的质量随着TMAl流量的升高而降低,GaN薄膜的质量也随之降低。

GaInP薄膜的金属有机化学气相沉积生长动力学多尺度模拟

Ⅲ-V族化合物GaInP是一种高效发光材料.金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技术能均匀生长多结、多层和大面积的薄膜材料,是一种非常有效的方法.通过分别运用计算流体力学、动力学蒙特卡罗方法与虚拟现实技术相结合,提出了一个研究垂直MOCVD反应器的GaInP薄膜生长过程的流体动力学、热力学和分子动力学多尺度模拟方法.可视化结果不仅准确和直观的显示了MOCVD反应器里的气体热流场分布情况,而且展示了MOCVD反应器中的GaInP薄膜生长过程.因此,该模拟为我们优化GaInP的MOCVD生长提供了一个重要指导.

MOCVD生长中载气H_2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。

侧向外延法生长的高质量GaN及其外延缺陷的观察(英文)

在有条状SiO2 图形的GaN“模板”上,侧向外延方法生长了高质量的GaN。荧光显微镜的结果表明在SiO2 掩膜区有成核过程发生。原因可能是SiO2 的质量不高,为GaN的生长提供了一些成核中心。在GaN层的厚度达到 4. 5μm后,侧向的融合开始发生。侧向生长的速度与垂直生长速度几乎相同。在所有的SiO2 掩膜上方都形成了空洞。样品在 240℃熔融的KOH中腐蚀 13min。在SiO2 掩膜区生长的GaN,其腐蚀坑密度(相当于穿透位错密度 )减少到几乎为零。而在窗口区生长的GaN,腐蚀坑密度仍然很高,达到 108 cm-2量级。同时,我们发现具有不同窗口尺寸的样品在SiO2掩膜区上侧向生长的GaN的晶体质量基本相同,与窗口区的宽度几乎无关。室温光荧光结果表明侧向外延法生长的GaN中的晶格失配应力已被部分释放。

GaAs/Al_xGa_(1-x)As多量子阱外延结构及其LP-MOCVD生长工艺研究

在低压金属有机化学气相沉积生长工艺中,对用于制作850nm垂直腔面发射激光器件的GaAs/Al_xGa_(1-x)As多量子阱外延结构的生长温度、反应室压力、总载气流量以及生长速度等主要工艺参量进行优化,并进行了完整外延结构的生长.实验结果表明:在700℃条件下,得到多种组分的GaAs/Al_xGa_(1-x)As多量子阱结构,通过光致发光谱对比测试得到的最佳组分x为0.24,同时得到良好的表面形貌,最终确定的最佳生长速度为0.34~0.511nm/s.

LP-MOCVD生长InGaAlP外延层In组分控制的动力学分析

本文分析了低压转盘ＭＯＣＶＤ生长室中气流的流动特征，首次提出了在高温（７００℃左右）下生长ＩｎＧａＡｌＰ外延层时，抑制Ｉｎ组分脱吸附的“动压力模型”．解释了托盘转速和生长压力等生长参数对Ｉｎ组分控制的影响．

氧源的射频离化对ZnO MOCVD材料生长与性质的影响

在不同温度条件下,利用低压金属有机源化学气相沉积(LP-MOCVD)系统制备ZnO薄膜,对在氧源离化和非离化两种状态下生长的ZnO薄膜材料进行了相关的研究比较.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、低温光致发光谱等方法研究了离化参数与生长速率、晶体质量、表面结构以及光学特性之间的相互关系,研究发现射频等离子体离化对薄膜生长速率等参数有明显的影响,通过优化相关离化实验参数可以极大的改进和提高材料的结构和光学性质.

水平式MOCVD反应器分隔进口对化学反应路径和生长均匀性的影响研究

对水平式MOCVD反应器混合进口、分隔进口以及分隔板离衬底不同距离的情况下,反应物浓度分布和生长速率进行数值模拟。在模拟中首先对比混合进口和分隔进口反应器中反应物的浓度分布和生长速率,发现混合进口反应器中,化学反应倾向于加合路径,易于形成纳米颗粒,造成源气体的浪费;而分隔进口反应器中,化学反应倾向于加合物可逆分解的热解路径,减少了气相寄生反应,其生长均匀性优于混合进口式反应器。然后对分隔板长度分别为10cm、6cm和2cm三种不同情况下反应物的浓度分布和生长速率进行模拟,结果发现:当分隔板距离衬底为10cm时,生长均匀性最好,但生长速率较低;而分隔板距离衬底为2cm时,生长速率均匀性略低于前者,但生长速率最大。因此,综合考虑生长速率和生长均匀性,认为分隔板长度为2cm的水平式反应器结构最好。

GaN基侧向外延生长技术与特性研究

为解决目前外延生长技术存在的弊端,总结了新的侧向外延方法以减少GaN中的位错密度,提高晶体质量。主要研究了在蓝宝石图形衬底上侧向外延生长GaN的技术。用MOCVD侧向外延技术的方法获得了很少位错的生长在掩膜层上的GaN薄膜,晶体的质量得到了改善。X射线和TEM测试出掩膜层能够阻挡其下GaN层中的穿透位错继续向上传播,用这种方法能够有效地降低位错密度,但同时也引出了一些新的问题。