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MOCVD知识大全 目录 一 .MOCVD简介 二 .反应腔介绍 三 .TS 机台的气体运输系统 四 .TS机台运行检查及维护保养 MOCVD是在气相外延生长 (VPE)的基础上发展起来的一 种新型气相外延生长技术。 Metal-organic Chemical Vapor Deposition 金属有机化合物化学气相沉淀 原理 MOCVD是以 族、 族元素的有机化合物和 V、 族元素 的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上 进行气相外延，生长各种 -V族、 - 族化合物半导体以及它 们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常 MOCVD系统中的晶体 生长都是在常压或低压 (10-100Torr)下通 H2的冷壁石英 (不锈钢 ) 反应室中进行，衬底温度为 500-1200 ,用射频感应加热石墨基 座 (衬底基片在石墨基座上方 ),H2通过温度可控的液体源鼓泡携 带金属有机物到生长区。 一 .MOCVD简介 系统组成 因为 MOCVD生长使用的源是易燃、易爆、毒性 很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和 超薄层异质材料。因此在 MOCVD系统的设计思想上， 通常要考虑系统密封性，流量、温度控制要精确， 组分变换要迅速，系统要紧凑等。 一般系统组成： 加热系统，冷却系统，气体运输系统及尾气处理系 统，控制系统。 二 .反应腔介绍 由于反应腔对外延生长非常重要，所以目 前市面上主要的反应腔设计为以下四种： 1.近耦合喷淋设计（ AIXTRON TS系列） 2.三层式气体喷嘴设计（ AIXTRON G系列） 3.旋转式反应腔（ Veeco） 注： 旋转式反应腔 ,是一种带有旋转盘的立式反应腔。衬底 片放置在高速旋转的盘上并被加热到合适的生长温度，反 应物在初始阶段因高速旋转盘的牵引力被竖直向下地泵入 ,然后偏斜形成一个与衬底片托盘平行的流动区域，可以 使反应物获得最佳的反应条件。 4.双气流反应腔（日亚） 因为我们公司主要生产机台为 AIXTRON TS机台和 G5机台，所以针对 TS和 G5由我和王 明军作一个简单的反应腔介绍。 TS 近耦合喷淋反应腔 A Thermocouple B Tungsten heater C Gas inlet D Showerhead E Reactor lid F Optical probe G Showerhead water cooling H Double O-ring seal I Susceptor J Water cooled chamber K Quartz liner L Susceptor support M Exhaust Upper plenum: Feeds the group III elements using metal organics Lower plenum: Feeds the group V elements using hydride gases such as NH3 or AsH3 A Showerhead Cap B Showerhead Body C Upper plenum D Lower plenum E Water cooling Showerhead Tungsten heater Zone A: Center Zone B: Middle Zone C: Outside Temperature control unit A Eurotherm controller B Thermocouple in the center of the heater coils 三 .TS机台气体运输系统 气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要 能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的 时间和前后顺序，从而按设计好的工艺方案生长特定组分和结构的 外延层。气体输运系统包括源供给系统， Run/Vent 主管路，吹扫管 路，检漏管路和尾气处理系统。 Gas symbols diagram S2位 4通换向阀 N2 purifier H2 purifier Hygrometer Gas dosing unit for hydride source Gas dosing unit for MO source MO bubbler Gas supply for hydride sources Gas supply for run lines Hydride run line Hydride vent line Gas supply for auxiliary gas pipes Purging - reactor sight glass MO1 run line MO1 vent line MO run bypass MO2 run line MO2 vent line Gas supply for venting Gas supply for MO2 sources Gas supply for MO1 sources MO vacuum (for changing the MO bubbler NH3 purifier Reactor purges Hydride source SiH4 eg: Growth n(-)GaN Si=12 Source to 80 Dilute to 320 Inject to 60 MO source 主要内容 国内 LED主要应用领域 中国 LED产业概况 奥运后展望我国半导体照明产业 LED产业在国内有良好的发展前景 一、国内 LED主要应用领域 国内 LED产品除了大量用于各种电器及 装置、仪器仪表、设备的显示外，主要 集中在： 1.大、中、小 LED显示 屏：室内外广告牌、 体育场记分牌、信息 显示屏等。 2.交通信号灯：全国各大、中城市的市内 交通信号灯、高速公路、铁路和机场信 号灯。 3.光色照明：室外景观照明和室内装饰照 明。 4.专用普通照明：便携式照明 (手电筒、头 灯 )、低照度照明 (廊灯、门牌灯、庭用灯 )、 阅读照明 (飞机、火车、汽车的阅读灯 )、 显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯 ； 5.安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全 指标灯 ； 6.特种照明：军用照明灯 (无红外辐射 )、医 用手术灯 (无热辐射 )、医用治疗灯、农作 物和花卉专用照明灯。 二、中国 LED产业概况 1.产业规模 从事 LED产业的人数达 5万多人，研究机 构 20多家，企业 4000多家，其中上游企业 50余家，封装企业 1000余家，下游应用企 业 3000余家。 在“国家半导体照明工程”的推动下，形 成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国 家半导体照明工程产业化基地。长三角、 珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国 LED产业发展的聚集地。 2.生产设备与产品分布 截至 2006年 12月，我国有十余家外延芯 片厂商已经装备 MOCVD，投入生产的总 计数量为 40台。按照各厂商的扩展计划， 2007年预计有 15台 MOCVD陆续安装投入 使用，使国内的 GaN MOCVD设备增加 到 55台。 2006年国内 LED芯片市场分布如下图所示 其中 InGaN芯片市值约占据 43%，四元 InGaAlP芯片市值约占据整个国内 LED芯 片的 15%；其他种类 LED芯片的市值约占 据 42% 3.技术现状 在产业技术发展方面，国内目前已研发 1W的功率 LED 芯片可产业化，其发光效率为 30lm 40lm/W，最高可 达 47.5lm/W，单个器件发射功率为 150mW，最高可达 189mW。南昌大学近年来开展在硅衬底上生长 GaN外 延材料研究，已研发的蓝光芯片发射功率达 7mW 8mW，最好为 9mW 10mW，芯片成品率为 80%，功 率 LED芯片在 350mA下发射功率为 100mW 150mW， 最好可达 150mW。在 500mA、 1000小时通电试验下， 蓝光的光衰小于 5%。该成果取得突破性进展，通过 “ 863”项目验收，并获得多项有自主产权的国际发明 专利。 目前国内外延、芯片主要研究机构有北 大、清华、南昌大学、中科院半导体所、 物理所、中电 13所、华南师大、北京工 大、深圳大学、山东大学、南京大学等， 在技术上主要解决硅衬底上生长 GaN外 延层、 GaN基蓝光波长漂移、提高内量 子效率和出光效率、提高抗光衰能力和 功率芯片的散热水平等等 。 4.主要企业 国内 LED外延、芯片的主要企业有：厦门 三安、大连路美、杭州士蓝明芯、上海 蓝光、深圳方大、上海蓝宝、山东华光、 江西联创、深圳世纪晶源、广州普光、扬 州华夏集成等。 国内主要封装企业有：佛山国星光电、 厦门华联电子、宁波爱米达、江西联创光 电等； 下游显示屏行业主要有：上海三思、西安 青松、北京利亚德。 三、奥运后展望我国半导体照 明产业 1.奥运应用 LED总体情况 此次奥运开创了奥运历史上大规模使 用 LED照明技术的先河。据不完全统计， 北京奥运会 36个比赛场馆中（不包括奥运 村、奥运公园等其他公共照明设施市场） 使用 LED产品的总值已接近 5亿元人民币， 采用的 LED产品包括：景观照明、数字化 交通信息显示、疏导标识、太阳能 LED、 室外全彩显示屏、应急照明灯 2. 2008北京奥运，带动 LED产业亮起来 LED扮靓北京奥运会的同时，也显示了巨大的节能、 环保功效。据水立方业主和设计单位计算，仅水立方 5万 平方米的景观照明工程全部采用 LED，与使用传统荧光灯 相比，全年预计可节电 74.5万度，节能达 70%以上。 据联盟估测，目前国内已使用的 LED照明产品年节电量已 超过 5亿度。仅以交通信号灯（替代白炽灯）为例，每年 可节电 2亿度。国内封装的 1W功率型 LED已经在次干道路 灯上开始示范应用，每盏路灯可节电 30%以上，国产外延 片制作的功率型芯片有望在今年进入道路照明这一重要的 功能性照明领域。另外，半导体照明在农业、医疗、航空、 军用特种照明、超大功率照明等其它领域的应用也在不断 拓展。 3.政策大力支持，推动 LED产业蓬勃发展 而在北京奥运上， LED产业大放异彩 与我国政策逐渐支持 LED产业发展有很 大的关系。半导体照明被 国家中长期 科学和技术发展规划纲要 列为能源领 域工业节能优先主题，还是国家“十一 五” 863计划“半导体照明工程”重大项 目的启动，列入节能减排科技专项行动， 这些都印证了半导体照明光辉的发展前 景和深刻的社会经济影响。 四、 LED产业在国内有良好的发展前景 1、就技术而言， LED具有技术成长瓶颈高， 学习门坎低特性，国内在半导体领域长 期积累的研究资源都可以用得上，具备 较好的研究基础。 2、 LED的投资额比较小，初始投资 1亿就 可建厂，国内企业进入门槛低，容易实 现滚动发展，这与集成电路制造及液晶 面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的 投资而言显得“微不足道”，国内企业 容易进入形成产业集群 。 3、国内市场巨大， LED未来主要市场是通 用照明市场，市场容量大，终端消费市场 比较分散，不易形成垄断，国内企业生存 空间广阔； 4、国内一些企业拥有核心知识产权，如晶 能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路 美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争 力，这些企业在技术发展上容易形成示范 效应，促进国内企业市场健康成长； 5、技术成熟后， LED下游封装和器件生产 属于劳动密集型，大陆具备发展的劳动力 成本优势。 End!