Сравнение между MBE (Molecular Beam Epitaxy) и MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Общие особенности MBE и MOCVD

Рабочая среда:

И MBE иMOCVDработают в чистой комнате.

Применение:

В некоторых материалах, таких как арсениды, оба метода могут производить аналогичные эпитаксиальные эффекты.

Различия между MBE и MOCVD

Принцип работы MBE (Molecular Beam Epitaxy):

MBE использует высокочистые элементарные предшественники, которые нагреваются в испарителе для образования молекулярных пучков для осаждения.Он обычно работает в условиях сверхвысокого вакуума (UHV) для предотвращения загрязнения молекулами воздуха.

Структура оборудования:

MBE состоит из камеры передачи образцов и камеры роста. Камера роста обычно запечатана и открывается только во время технического обслуживания.окруженная жидким азотом охлажденным холодным экраном для улавливания примесей и атомов, которые не улавливаются на поверхности субстрата.

Инструменты мониторинга:

MBE использует инструменты мониторинга на месте, такие как дифракция электронов высокой энергии (RHEED) для мониторинга поверхности роста, лазерное отражение, термография,и химический анализ (массовая спектрометрия)Другие датчики измеряют температуру, давление и скорость роста для корректировки параметров процесса в режиме реального времени.

Уровень роста:

Обычно скорость роста составляет около одной трети монослоя в секунду (0,1 нм, 1 Å).контролируется температурой источника) и температурой субстрата (которая влияет на диффузионные и десорбционные характеристики атомов на субстрате)Скорость роста и подача материала контролируются механическими системами затвора, что позволяет надежно и повторяемо выращивать трех- и четырехслойные сплавы и многослойные конструкции.

Характеристики материала:

• Кремний:Для роста на кремниевых субстратах требуются высокие температуры (> 1000°C), чтобы обеспечить десорбцию оксидов.Несоответствие констант решетки и коэффициентов теплового расширения делает рост III-V материалов на кремнии активной темой исследований.

• Антимон:Для полупроводников III-Sb необходимы низкие температуры подложки, чтобы предотвратить десорбцию с поверхности.В случае, когда один атомный вид предпочтительно испаряется, оставляя материал с нестохиометрическим соотношением.

• Фосфор:Для III-P сплавов фосфор может откладываться внутри камеры, что требует длительного процесса очистки, что может сделать короткие производственные циклы невозможными.

• Напряженные слои:Обычно для уменьшения диффузии атомов на поверхности необходимы более низкие температуры субстрата, что снижает вероятность расслабления слоя.Поскольку уменьшенная атомная подвижность вызывает пустоты в эпитаксиальном слое, которые могут быть инкапсулированы и вызывать отказ.

MOCVD (металло-органический химический осадок паров) Принцип работы:

MOCVD представляет собой химический процесс паров, который использует сверхчистые газообразные источники для осаждения, требуя обработки токсичных газов и их обработки.Металлоорганические прекурсоры (такие как триметилгаллий для элементов группы III и гидриды, такие как арсин и фосфин для элементов группы V) используются для отложения эпитаксиального слоя.

Структура оборудования:

MOCVD имеет реакционную камеру с высокой температурой, охлаждаемую водой, где субстраты размещаются на графитовых основаниях, нагреваемых радиочастотным, резистивным или инфракрасным нагревом.Газы реакции вводятся вертикально в камеру процесса над субстратом..

Инструменты мониторинга:

MOCVD использует термографию с коррекцией эмиссивности для измерения температуры поверхности субстрата in situ; рефлективность используется для анализа шероховатости поверхности и скорости эпитаксиального роста.Лазерное отражение используется для измерения изгиба подложки, и ультразвуковой мониторинг газа помогает отслеживать концентрацию органических металлических прекурсоров для улучшения точности и повторяемости процесса роста.

Условия роста:

Температура роста в первую очередь определяется требованиями терморазложения предшественников и затем оптимизируется для миграции поверхности.Скорость роста регулируется давлением пара III-V металлических органических источников в газовой фазеДля алюминиесодержащих сплавов для роста обычно требуются более высокие температуры (>650°C), в то время как слои на фосфорной основе растут при более низких температурах (<650°C), хотя AlInP может быть исключением.

Характеристики материала:

• Склады высокой напряженности:Благодаря возможности использования арсенидов и фосфидов в обычном режиме, можно достичь балансировки и компенсации напряжения, например, с препятствиями GaAsP и квантовыми скважинами InGaAs (QW).

• Антимониды:Рост MOCVD антимонидных материалов ограничен, поскольку отсутствуют соответствующие источники прекурсоров, что приводит к непреднамеренному (и обычно нежелательному) включению углерода в AlSb,который ограничивает выбор сплавов и препятствует использованию MOCVD для роста антимонидов.

Резюме

Варианты мониторинга:

MBE обычно предлагает больше возможностей мониторинга на месте, чем MOCVD, при этом эпитаксиальный рост регулируется скоростью потока и температурой субстрата.и коррелирующего мониторинга на месте обеспечивают более четкое, более прямое понимание процесса роста.

Применимость материала:

MOCVD является очень универсальным методом. путем изменения химического состава прекурсора, можно отложить широкий спектр материалов, включая соединенные полупроводники, нитриды и оксиды.Время очистки в камерах MOCVD быстрее, чем в MBE.

Преимущества применения:

MBE является предпочтительным методом для роста Sb-материала, в то время как MOCVD обычно предпочтителен для P-материалов.Для более продвинутых структур, таких как квантовые точки и квантовые каскадные лазеры, MBE обычно является предпочтительным методом для эпитаксии основы. MOCVD часто предпочитают для последующего эпитаксиального перерастания из-за его гибкости в офорте и маскировке.

Специальные применения:

MOCVD хорошо подходит для лазеров с распределенной обратной связью (DFB), устройств с погребенной гетероструктурой и повторного роста соединенных волноводов, которые могут включать в себя выемку полупроводников на месте.MOCVD также используется для интеграции InP на одном чипеВ то время как интеграция GaAs на одном чипе все еще находится на ранних стадиях, MOCVD может достичь роста выборочной области, помогая в разделении длин волн эмиссии / поглощения.имеет проблемы в этой области, так как поликристаллические отложения, как правило, образуются на диэлектрических масках.

Соответствующая рекомендация продукта

2' N полупроводниковый субстрат Si Допирующий галлиевый арсенид GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED