[00118556]硅衬底LED专用MOCVD设备研发

【课题来源与背景】 1. 课题来源：863计划 课题名称：硅衬底LED专用MOCVD设备研发;课题编号：2012AA041002 2. 背景：金属有机化合物气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）,是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。该技术经过多年的发展,已经成为制备LED外延材料最为重要的技术之一。LED外延材料生长所需的设备又是整个产业链的命脉,决定LED产品的性能、成本及整个LED产业的发展和应用的推广。 目前,主流的MOCVD装备在制备蓝光LED方面取得巨大成功,但是在生长高光效高铟组分的氮化镓基黄、绿光LED遇到了技术瓶颈,为促使黄、绿光LED性能领先国际,推动高质量无荧光粉LED的发展,生产出具有自主知识产权的MOCVD设备,实现我国半导体照明技术的快速发展,具有广阔的产业化前景及重大战略价值。 【技术原理及性能指标】 1. 技术原理：金属有机化合物气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）,是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术,已经成为制备LED外延材料最为重要的技术之一。针对硅衬底氮化镓基LED生长,本单位发明了密集同轴套管MOCVD气体输运结构,大幅提升了MO源输运到衬底表面的流速,减少了记忆效应和预反应,使材料生长界面陡峭;同时,显著提升了反应管中氨源的浓度,在生长高性能高铟组份铟镓氮材料方面优势突显。 2. 性能指标 （1） 生产能力：60×2″片/炉,或7×6″片/炉; （2） 基片温度：温度范围：300℃-1200℃,控温精度：±0.5℃,升温速度：＞3℃/s; （3） 载片台旋转速度：10～100转/分（rpm）; （4） 反应器压力控制范围：10～700乇（torr）; （5） 系统气密性：管路系统漏气率≤8.8×10-9 Pa·L/s,反应器漏气率≤4.3×10-8 Pa·L/s; （6） 膜厚均匀性≤3%（片内、片间、炉间）;InGaN：In组分0～0.45可调;AlGaN：Al组分0～0.40可调; （7） 黄光（565nm） LED电光转换效率：26.7% （电流密度20 A/cm2）。 【技术的创造性与先进性】 1．自主知识产权的反应管喷头设计。采用了密集同轴套管MOCVD气体输运结构,在生长高性能高铟组份铟镓氮材料方面优势突显,具有自主知识产权。 2．自主开发的喷头制造技术。突破了近万个小孔的加工技术和毛细管的钎焊技术。克服了多喷淋孔套管喷头的钻孔、焊接、抛光、密封等加工技术,高质量加工完成喷头无堵塞、无泄漏、镜面平整。 3．气体输运及控制技术。设计科学的管道结构,减少气体输送的死空间;系统化管道加热技术,减少管道内壁的沉积和记忆效应;自主开发的主旁路压差控制技术,减少主管道/旁路管道在气体切换时产生气流冲击和气压波动。 4．磁力转轴密封技术。在MOCVD装备领域,创新运用磁力转轴旋转密封替代磁流体密封,不仅满足了高真空度和高洁净度的要求,而且避免了磁流体长时间挥发,造成MOCVD腔体污染和反应管密封泄漏的问题。 5．自主开发的多区电炉和温控技术。反应管采用了多区钨丝电阻加热方式,通过热场的计算机模拟,分段温度PID控制和分区独立设置加热比例,同时结合全金属反射板、陶瓷绝缘技术,突破了加热器均匀性、快速升降温、使用寿命等技术难题。 6．自主开发的电气控制系统。自主开发的计算机控制技术、现场总线通信技术、软件技术,通过严格的操作互锁,实现了装备各单元系统安全、稳定、有序地运行。 7．自主研发的在线监测系统。包括：激光干涉在线膜厚生长监测系统、双波长红外在线测温系统、CCD弯曲度测量系统。 【技术的成熟程度,适用范围和安全性】 该项目发明了新型气体输运和磁力转轴密封等硅基LED材料生长专用MOCVD关键技术,并研制成功生产型装备,在生长高铟组分铟镓氮材料方面优势突出,具有自主知识产权。在硅衬底氮化物半导体专用MOCVD装备及其工艺技术上达到国际领先水平,具有重大推广应用价值。 【应用情况及存在问题】 1. 应用情况：得益于装备与工艺的协同创新,该项目研制的硅基LED材料生长专用MOCVD装备,十分适合生长高光效高铟组分的氮化镓基黄、绿光LED,促使黄、绿光LED性能领先国际,实现我国半导体照明技术的快速发展,为高质量无荧光粉LED照明和高速可见光通信等领域的发展在装备源头提供关键支撑,具有较好的产业化前景及可持续研发价值。 2. 存在问题：建议进一步提升该装备自动化程度。