【】本课题选用Aixtron生产的MOCVD外延设备，介绍了MOCVD的生长原理，并在外延衬底生长过程中通过大量的实验数据对比,优化了生长时温度、DBR结构、MQW等各方面因素,得到了发光强度强、均匀性好、光电转换效率高的红光发光二极管外延片。并通过X射线双品衍射(X-RD)、光荧光谱(PL)、电致发光EL、电子扫描显微镜(SEM)等测试手段进行表征,证明外延生长质量、掺杂、发光波长、材料生长厚度等都符合设计要求。
目录
一、引言 1
（一）选题研究背景 1
（二）外延片国内外发展现状 1
（三）论文主要研究内容 2
二、MOCVD设备 2
(一)MOCVD优点 2
（二）MOCVD设备构成 3
（三）MOCVD的周期维护 5
三、外延工艺 5
（一）外延生长 5
（二）衬底要求 5
四、外延片测试 7
（一）高倍镜观测 7
（二）PL测试 7
（三）XRD测试 8
五、外延片性能优化 10
（一）DBR反射镜优化 10
（二）MQW结构优化 10
（三）温度优化 12
总结 14
致谢 15
参考文献 16
一、引言
（一）选题研究背景
上世纪50年代，美国杰克基尔比（Jack Kilby）和罗伯特诺伊斯（Robert Noyce）先后发明了当时世界上最为先进的集成电路技术：锗集成和硅集成，这使半导体技术得到飞速的发展，人们的生活也由此产生了天翻地覆的变化。衬底对半导体器件的生产有着十分重要的作用，尤其在最近的十几年，以往的抛光片已经不能满足人们对运行速度的要求，外延片对于半导体芯片设计者而言，提供的机会更多，在性能提高的同时使生产出的产品种类更加繁多。因为外延片有着接近理想的突变结，所以应用外延和隔离扩散技术就可以有效的处理双极型电路隔离问题、器件击穿电压与串联电阻关联的问题。且因为其在重掺的衬底上有着适合的电阻率，又可以处理频率与功率关联的问题及其他。目前生产中最关键的研究课题就是，怎样取得所需求的高质量 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: &351916072& 
外延层。在以下观点中详细说明了，现实的生产过程中气相外延的工艺流程和设备结构,分析影响外延层生长工艺的各种核心参数,并在此基础上处理不利的因素。
（二）外延片国内外发展现状
外延片涵盖原材料、衬底材料及设备，是LED产业链中的高端组成部分。外延片成本在LED生产封装等过程中要占到成品的十分之七。LED原材料中有金属高纯镓等，但是很大一部分是生产工艺相对完善的III—V族化合物半导体单晶，它们其中包含砷化镓单晶、氮化铝单晶等。衬底材料是LED照明和外延生长的基础，衬底材料的不同导致外延生长技术也相应的有所不同，同时对芯片加工以及器件的装封也产生影响。于是，衬底材料的技术路线是各个技术结构中的关键要点，是由于其会对全体产业的技术路线产生作用。因此，在全世界范围内的MOCVD设备中，存在十分苛刻的技术壁垒，上中游外延片和芯片技术的企业，只有少数能够产生厚度只有几微米的化合物半导体外延层，所以外延生长技术是LED产业的重点技术。日本大阳酸素、美国维易科、德国爱思强三家企业占据97%的国际市场占有率。其中德国爱思强占据很大的比重，其次是有五分之二市场占有率的美国维易科。现在，可以本身研究和生产MOCVD设备的日亚公司和丰田合成，是世界上GaN企业中研发和应用最领先的。近年来，由于下游应用市场的迅猛发展，我国外延片市场也迎来发展良机。国内LED外延片产能快速提升，技术水平不断进步，产品已开始进入中高档次。在2011年，由于芯片行业供不应求和有大力支持的政策影响下，LED外延片在我国的产能持续增强。在区域分布上，我国LED外延片企业主要集中在闽三角地区、环渤海湾地区和珠三角地区。国内外延片市场的基本格局是外资企业产品技术占据主导，本土厂商逐步崛起。为进一步完善LED产业链，“十二五”期间各级政府将继续加强对上游外延片领域基础研究的投入，中下游企业也在积极向上游拓展，国内LED外延片市场发展前景乐观。国际LED产业链的兴盛在经济全球化的背景下，由于外延生长是对产品最终性价定位影响最大的关键上游环节，从而影响整个半导体产业，导致逐渐形成技术含量区分明显的国际分工。
（三）论文主要研究内容
本片论文主要分为两部分：一、介绍外延生长环境和设备相关结构，二、就外延片测试过程中亮度不高的等问题做出改善。
二、MOCVD设备
(一)MOCVD优点
MOCVD即有机金属化学气相沉淀积,也称MOVPE, 1968年由美国洛克威尔公司的马纳斯维特等人提出。高纯度MO源材料拥有精确的界面控制能力,简单的组份控制,较强的适应性,而且由于其适用于大规模生产的特性,使MOCVD变成制备化合物半导体微电子和光电子材料的最佳工具,奠定了MOCVD在现代技术中举足轻重的地位。除第一代半导体Si、Ge外,第二代半导体GaAs、InP基和第三代半导体GaN基材料和器件的主要制备手段。MOCVD是最有潜力制备高质量外延材料和超晶格的方法且是适用性最广泛的生长技术。与其他外延生长技术相比,MOCVD技术有着如下优点：
更方便生长薄层和超薄层材料。（用于生长的成分都是以气体进入反应室，可以更精确地控制流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。）
减小记忆效应发生的可能性（反应室气体流速快，可以迅速改变气体掺杂浓度）
批量化生产（晶体生长以热解化学反应的方式进行的,控制好反应源气流和温度分布的均匀性,就可以保证外延材料的均匀性）
使用较灵活。（原则上只要能够选择正确的原材料就可以进行包含该元素的材料的MOCVD生长）
目前德国Aixtron公司和美国Veeco公司生产的MOCVD设备为世界主流LED生产设备,我们使用Aixtron的2600G3设备作为世界主流LED生产设备之一，相比于Veeco设备,Aixtron设备反应腔相对较小,能减少预反应，节省更多的反应物,在相同结构的情况下,Aixtron设备可能比veeco设备少消耗约三分之一左右的Mo源。Aixtron设备生长简图如图3.1所示。

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