有机金属化学气相沉积法

有机金属化学气相沉积法(MOCVD, Metal-organic Chemical Vapor Deposition)，是在基板上成长半导体薄膜的一种方法。
其他类似的名称如：MOVPE (Metal-organic Vapor-Phase Epitaxy)、OMVPE (Organometallic Vapor-Phase Epitaxy)及OMCVD (Organometallic Chemical Vapor Deposition)等等，其中的前两个字母 "MO" 或是 "OM"，指的是半导体薄膜成长过程中所采用的反应源(precusor)为金属化合物 "Metal-organic" 或是有机金属化合物。而后面三个字母 "CVD" 或是 "VPE"，指的是所成长的半导体薄膜的特性是属于非晶形薄膜或是具有晶形的薄膜。一般而言，"CVD" 所指的是非晶形薄膜的成长，这种成长方式归类于 "沉积"(Deposition)；而"VPE"所指的是具有晶形的薄膜成长方式，这种方式归类于"磊晶"(Epitaxy)。

简介

MOCVD成长薄膜时，主要将载流气体(Carrier gas)通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。一般而言，载流气体通常是氢气，但是也有些特殊情况下采用氮气（例如：成长氮化铟镓（InGaN）薄膜时）。常用的基板为砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、磷化铟（InP）、硅（Si）、碳化硅（SiC）及蓝宝石（Al₂O₃）等等。而通常所成长的薄膜材料主要为三五族化合物半导体（例如：砷化镓（GaAs）、砷化镓铝（AlGaAs）、磷化铝铟镓（AlGaInP）、氮化铟镓（InGaN））或是二六族化合物半导体，这些半导体薄膜则是应用在光电元件（例如：发光二极管、激光二极管及太阳能电池）及微电子元件（例如：异质结双极性晶体管）及假晶式高电子迁移率晶体管（PHEMT））的制作。

MOCVD组件介绍

MOCVD系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、反应源及废气处理系统。

1. 反应腔（Reactor Chamber）：

反应腔(Reactor Chamber)主要是所有气体混合及发生反应的地方，腔体通常是由不锈钢或是石英所打造而成，而腔体的内壁通常具有由石英或是高温陶瓷所构成的内衬。在腔体中会有一个乘载盘用来乘载基板，这个乘载盘必须能够有效率地吸收从加热器所提供的能量而达到薄膜成长时所需要的温度，而且还不能与反应气体发生反应，所以多半是用石墨所制造而成，也有用碳化硅。加热器的设置，依照设计的不同，有的设置在反应腔体之内，也有设置在腔体之外的，而加热器的种类则有以红外线灯管、热阻丝及微波等加热方式。在反应腔体内部通常有许多可以让冷却水流通的通道，可以让冷却水来避免腔体本身在薄膜成长时发生过热的状况。

2. 气体控制及混合系统(Gas handling & mixing system)：

载流气体从系统的最上游供应端流入系统，经由流量控制器（MFC, Mass flow controller）的调节来控制各个管路中的气体流入反应腔的流量。当这些气体流入反应腔之前，必须先经过一组气体切换路由器(Run/Vent Switch)来决定该管路中的气体该流入反应腔（Run）亦或是直接排至反应腔尾端的废气管路（Vent）。流入反应腔体的气体则可以参与反应而成长薄膜，而直接排入反应腔尾端的废气管路的气体则是不参与薄膜成长反应的。

3. 反应源（Precursor）：

反应源可以分成两种，第一种是有机金属反应源，第二种是氢化物气体反应源。有机金属反应源储藏在一个具有两个联外管路的密封不锈钢罐（cylinder bubbler）内，在使用此金属反应源时，则是将这两个联外管路各与MOCVD机台的管路以VCR接头紧密接合，载流气体可以从其中一端流入，并从另外一端流出时将反应源的饱和蒸气带出，进而能够流至反应腔。氢化物气体则是储存在气密钢瓶内，经由压力调节器（Regulator）及流量控制器来控制流入反应腔体的气体流量。不论是有机金属反应源或是氢化物气体，都是属于具有毒性的物质，有机金属在接触空气之后会发生自然氧化，所以毒性较低，而氢化物气体则是毒性相当高的物质，所以在使用时务必要特别注意安全。常用的有机金属反应源有：TMGa（Trimethylgallium）、TMAl（Trimethylaluminum）、TMIn（Trimethylindium）、Cp2Mg（Bis(cyclopentadienyl)magnesium）、DIPTe（Diisopropyltelluride）等等。常用的氢化物气体则有砷化氢（AsH₃）、磷化氢（PH₃）、氮化氢（NH₃）及硅乙烷 (Si₂H₆)等等。

4. 废气处理系统（Scrubber）：

废气系统是位于系统的最末端，负责吸附及处理所有通过系统的有毒气体，以减少对环境的污染。常用的废气处理系统可分为干式、湿式及燃烧式等种类。

深入阅读

1. G. B. Stringfellow. Organometallic Vapor-Phase Epitaxy: Theory and Practice, 2nd ed. Academic Press (1999). (ISBN 0-12-673842-4)