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中科院苏州纳米所研究员、光
达光电设备科技有限公司创始人、CTO
梁秉文 促成材料生长技术飞跃
MOCVD的技术特点是可以精确控制和
生长多种不同的原子层材料，实现了
半导体异质结构单晶薄膜材料生长技
术的飞跃。 MOCVD技术之所以这么
重要并受到如此广泛的关注是因为在
MOCVD问世以前，化合物半导体晶体薄
膜生长主要依靠LPE(liquid phase
epitaxy)和VPE(vapor phase
epitaxy)这两项技术。在1966年和
1967年，这两项技术分别研发成功
，并被成熟地用于生长GaAs和
AlGaAs等材料，制备出具有一定质量
的半导体器件。但是，由于这两项技
术存在着生长温度高、生长速度过快
、生长厚度和均匀性很难控制以及生
长样品尺寸小等缺点，很难生长出亚
微米，甚至纳米尺寸的多层结构。
VPE和LPE的技术难点阻碍了化合物半
导体材料和器件的进步，所以当时化
合物半导体单晶薄膜生长技术亟待突
破。正是在这种情况下，MOCVD和
MBE(molecular beam epitaxy，分子
束外延)应运而生。它们的技术特点是
可以精确控制和生长多种不同的原子
层材料，从而实现了半导体异质结构
单晶薄膜材料生长技术的飞跃，使得
原来无法实现的超晶格和量子阱结构
以及渐变组分的生长成为可能。人们
通过新的材料结构和器件看到了过去
想看但看不到的物理现象，并大大提
高了器件的光电性能。MOCVD早期的研
发工作主要集中在原材料的选取、提
纯，生长工艺条件的试验，本底掺杂
浓度的降低，P型、N型掺杂源的开发
，流量和压力的控制，尾气处理与安
保和MOCVD设备结构的完善等。 如
果按反应气体的进气流向与衬底表面
的取向关系，MOCVD可分为水平式与垂
直式两种。水平式是最传统的MOCVD类
型，早期的MOCVD以水平式为主。目前
商用的垂直式MOCVD反应器依照厂家本
身的定位可分为高速旋转型(turbo-
disc)、衬底面朝下型(face-down)和
近耦合喷淋型(close-coupled
showerhead)。其中高速旋转型的技术
主要来自美国的贝尔实验室(Bell
Labs)，当年的Emcore公司正是基于这
项技术而成立(1982年)，并发展成为
今天Veeco公司的一项主要业务。水平
式MOCVD的主要问题是生长均匀性，德
国的RWTH Aachen University通过气
体驱动技术使得MOCVD生长过程中衬底
既可以公转也可以自转，达到了生长
均匀性的目的。基于此项技术
，1983年德国Aixtron公司成立。该公
司通过十几年的努力，发展壮大起来
，并在1999年兼并了英国的Thomas
Swan和瑞典的Epigress，一举成为在
全球范围内MOCVD设备的主导公司。目
前，Veeco和Aixtron公司主导着整个
MOCVD市场，他们的市场占有率高达
90%以上。 设备国产化道路崎岖
MOCVD国产化不是简单的研发项目
，而是商业项目。项目结束时，不只
是要拿出一台样机，而是要拿出客户
肯花钱买的产品。 中国MOCVD的技
术开发始于20世纪80年代。在时任中
科院学部委员、中科院上海冶金所所
长、著名的材料学家邹元曦的倡导和
推动下，1984年中科院上海冶金所自
主研发出了生长GaAs的水平式MOCVD设
备，并在当时的嘉定分部开展了
GaAs基材料生长动力学、生长工艺及
其材料性能的研究。同时在尾气处理
、TMGa合成和提纯及设备控制改善等
方面做了大量的工作。这些研究成果
获得了中科院1986年科技进步三等奖
。当然，当时的MOCVD是采用手动控制
的。由于巴黎统筹委员会的限制，在
1994年以前MOCVD及其相关关键零部件
是无法正常进入中国的。1986年中科
院上海冶金所又成功组装了国内第一
台微机控制全自动MOCVD设备。其后
，曾有中科院长春物理所、中科大和
中科院北京半导体所、西安光机所等
单位相继进行了MOCVD设备研发与组装
方面的工作。由于中国国内科研对于
MOCVD设备迫切的需求，在1987年
～1994年期间，中科院半导体所、山
东大学、吉林大学和武汉邮电公司等
陆续从瑞典的Epiquip公司(VP-50-
SP)、法国的ASM公司(OMR-