一文看懂MOCVD？阶梯教室灯光

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一文看懂MOCVD

2022-03-04    

   作者：蒋思莹  

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　　据麦姆斯咨询报道，美国专利商标局(USPTO)本周二授予了苹果公司(Apple)一项有关压力传感器的专利，未来苹果可能使用Face ID的VCSEL(垂直腔面发射激光器)手艺，改善未来iPhone的3D Touch功效。

　　两年前，苹果手机曾宣布3D人脸识别功效，将VCSEL手艺带入了民众视野。这是继2022年后，第二次苹果将VCSEL手艺推向台前。

　　MOCVD是VCSEL的要害

　　已往，VCSEL主要作为一种低成本运动跟踪和数据传输的光源手艺用于盘算机鼠标、激光打印机和光纤通讯。1996年，VCSEL首次被应用了到光通讯中,尤其在短距离光通讯领域，850 nm VCSEL成为了理想的光源之一。尔后，3D人脸识别泛起，为940 nm VCSEL的生长提供了契机。至此，由以光通讯为主的850 nm逐步转向以应用于消费级装备为主的940 nm。

　　除此之外，人们还发现在AR、VR、汽车智能辅助驾驶和人工智能等应用场景下，VCSEL也有极其优越的显示。其中，具有更高功率要求的激光雷达等汽车应用，需要使用更大的VCSEL阵列。

　　然则，VCSEL的制造工艺异常庞大，尤其依赖于MOCVD(金属有机物气相沉积)工艺。

　　Veeco产物营销总监Mark McKee以为：“生长VCSEL手艺，需要采购更多的金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统，以保证制造产能加速跟上激光雷达系统的需求。现在的问题是若何实现最高的性能和最高的产率以知足市场需求。而这需要基于业界领先的MOCVD手艺。”

　　可见，MOCVD手艺对于VCSEL生长的主要性。那么，MOCVD是什么?

　　什么是MOCVD?

　　MOCVD是1968年由美国洛克威公司的manasevit等人提出制备化台物单晶薄膜的一项新手艺，到80年月初得以适用化。从界说上来看，MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上生长起来的一种新型气相外延生长手艺。

　　在金属有机化学气相沉积(MOCVD)手艺中，反映气体在升高的温度下在反映器中连系以引起化学相互作用，将质料沉积在基板上。在MOCVD中，将超纯气体注入反映器中并细腻计量以将异常薄的原子层沉积到半导体晶片上。含有所需化学元素的有机化合物或金属有机物和氢化物的外面反映为晶体生长缔造条件，形成质料和化合物半导体的外延。差异于传统的硅半导体，这些半导体可以包罗的组合III族和V族，II族和VI族，IV族或第IV族，V和VI族的元素。

　　经由近20年的飞速生长，MOCVD成为了现在半导体化台物质料制备的要害手艺之一。普遍应用于包罗半导体器件、光学器件、气敏元件、超导薄膜质料、铁电/铁磁薄膜、高介电质料等多种薄膜质料的制备。

　　据维基百科资料显示，举行MOCVD的反映器必须遭受高温。反映室由反映器壁，衬管，基座，气体注入单元和温度控制单元组成。通常，反映器壁由不锈钢或石英制成。陶瓷或特殊玻璃，例如石英，通常用作反映器壁和基座之间的反映室中的衬里。为防止过热，冷却水必须流过反映器壁内的通道。基板位于受控温度的基座上。感受器由耐受所用金属有机化合物的质料制成。对于生长氮化物和相关质料，石墨基座上的特殊涂层(通常为氮化硅)是防止氨(NH3)气体侵蚀所必须的。

MOCVD装备

　　据立木信息咨询宣布的《中国MOCVD装备市场调研与投资战略讲述(2022版)》显示：MOCVD装备可用于led、功率器件等多个领域，是LED芯片生产历程中最为要害的装备，其工艺、手艺极为庞大，也是LED芯片制造环节中最为昂贵的装备，占有LED外延芯片险些一半的成本。

　　凭证东方财富证券对三安光电的深度研究讲述中显示，停止 2022 年，三安光电公司主要生产装备 MOCVD 预计可达近 400 台(折合 2 英寸 54 片机数目)，产能天下占比近 30%。其中，厦门三安曾于2022年9月26日向德国AIXTRON SE订购50台MOCVD装备，装备总价款为130,000,000美元。

　　平均下来，生产型MOCVD装备的售价高达1000～2000万元。而凭证机型，6片机售价也许在70万美元左右，9片机100万美元左右，加上相关配套装备设施，一条产线LED生产线需要投入4000 多万元。

　　MOCVD装备这么昂贵，都有哪些玩家可以供应这种装备?

　　MOCVD装备厂商有哪些?

　　据立木信息咨询新闻，全球MOCVD市场的复合年平均增进率将在2022年之前增进到14%，市场规模将从2022年的6.148亿美元增添到2022年的11.628亿美元。

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　　现在，美国的Veeco、德国AIXTRON、日本的NIPPON Sanso和Nissin Electric是起步较早的MOCVD装备供应商。但由于日本对MOCVD装备执行出口限制政策，因此，全球MOCVD市场基本被Veeco和AIXTRON垄断。同时，这两家MOCVD装备公司还一致展望，2022年全球将有250台左右量产型机台专学生长VCSEL所需外延片，到达当前全球LED市场所需MOCVD机台数的1/6左右。

　　同时也有新闻称，现阶段台湾外延厂商在手艺上已经具备生产4英寸和6英寸的能力。大陆方面，我国涉足MOCVD装备的企业也在不停增多，其中，中晟光电、广东昭信、中微半导体等企业已经取得了一定功效。

　　Veeco

　　Veeco于1945年由两位曼哈顿设计科学家Frank Raible和Al Nerken合并而成，他们确立了氦气检漏仪。

　　Veeco的新型EPIK 868 MOCVD系统是LED行业生产率最高的MOCVD系统，与前几代相比，每片晶圆的成本降低了约22%。EPIK 868接纳四反映器设置，接纳突破性手艺，包罗专有的IsoFlange和TruHeat手艺，可在整个晶圆载体上提供平均的层流和平均的温度漫衍。这些手艺创新发生波长平均性，以在更慎密的箱中提高产量。EPIK 868系统与EPIK 700系统相比，具有2.3倍的吞吐量优势，由于它具有更大的反映器容量和晶圆载具尺寸。EPIK 868专为批量生产而设计，可容纳124x4“和48x6”晶圆载具尺寸。

　　AIXTRON

　　Aixtron SE是一家总部位于德国的欧洲手艺公司，专门为半导体行业的客户制造金属有机化学气相沉积(MOCVD)装备。2022年10月，中国福建大芯片投资基金LP希望收购Aixtron，但德国经济部撤回了对该收购的批准。

　　AIXTRON与SemiLEDs在2009年5月就互助开发出6寸蓝光LED芯片，在6x6寸AIX 2800G4 HT MOCVD反映炉的结构上，产量增添约30%(相较于传统42x2-inch的架构)，不只平均性较好，也削减了边缘效应。不外就现阶段而言，大多数的难题仍然在于6寸的基板价钱偏高与外延片切割手艺的挑战。

　　AIXTRON公司最先进的怪异的行星转盘手艺应用在大型G4 2800HT 42*2”以及Thomas Swan(1999年被AIXTRON收购) CCS Crius 30*2” MOCVD系统，使得AIXTRON的MOCVD装备被公以为天下上手艺和商业价值最完善的连系。

　　NIPPON Sanso

　　Taiyo Nippon Sanso Corporation ，俗称TNSC，是一家日本跨国工业气体制造商，于1918年确立为Nippon Sanso Corporation。该公司是日本最大的工业气体生产商，也是全球五大工业气体供应商之一。其公司，在电子质料和装备方面，主要可以提供包罗高纯度气体，气体夹杂物，净化妆备和其他硬件和服务，为电子行业提供稳固的氮气和种种质料气体供应。他们还提供小型氮气发生器，MOCVD装备和废气减排系统等装备。

　　日本SANSO公司生产的GaN-MOCVD装备性能优良，但仅限日本市场销售。

　　华芯半导体

　　华芯半导体科技有限公司位于泰州市姜堰区现代科技产业园,总投资50亿元,其中一期投资12亿元,占地面积90余亩,修建面积50000平米 公司拥有国际先进的外延金属有机物化学气相沉积(MOCVD)装备、芯片工艺装备和封装装备等,主要从事尖端化合物半导体光电子芯片及其应用产物的研究、开发与生产。 公司主要产物为蓝绿光半导体激光芯片、VCSEL半导体激光芯片、DFB、EML半导体激光芯片及其封装模块。

　　2022年，华芯半导体科技有限公司与北京工业大学激光工程研究院互助，开发出基于完全自主开发外延生长手艺的VCSEL产物并投入量产。在完全自主研制940 nm VCSEL的历程中,发现VCSEL结构的合理设计,通过金属有机化合物气相外延(MOCVD)手艺对质料举行精准生长以及庞大的芯片工艺是能否乐成研制出VCSEL的要害。

　　中微半导体

　　2022年11月，南昌以LED光电产业为焦点的“南昌光谷”招商引资迎来了重大突破：在LED高端焦点装备MOCVD方面，引进了中微半导体装备(上海)有限公司，从而使LED产业告辞了只能从美国入口焦点装备MOCVD的历史。中微半导体装备公司高端装备MOCVD生产项目的落户，为江西LED产业的焦点竞争力注入了新的血液。

　　2022年，中微半导体宣布，其MOCVD装备Prismo A7机型出货量已突破100台，迈向主要里程碑，包罗三安光电和华灿光电等装备可容纳多达4个反映腔，同时加工136片4吋磊芯片，由于连续接到新订单，中微预计2022年底可望出货约120台MOCVD装备。

　　中晟光电

　　自2012年底乐成出厂了中国首台具有天下先进水平的大型国产MOCVD装备后，其已于去年年底确立控股子公司中晟科技(南昌)有限公司，在这里，MOCVD装备、硅基GaN外延芯片都将实现大规模量产。

　　据先容，中晟光电的MOCVD具有4个焦点的差异竞争力：具有目宿天下上最高的系统产能、具有最低的外延生产成本、具有优越的波长平均性、具有大规模外延生产所需的各项要害性能。这些焦点竞争力是着重解决现在大规模LED生产急需解决的要害问题，尤为主要的是，这些焦点差异竞争力都具有自主创新的知识产权。

　　现在，中晟光电MOCVD机台已被包罗三安光电、华灿光电、圆融光电、聚灿光电、华磊、合肥彩虹蓝光、能华等在内的海内芯片厂导入。

　　广东昭信

　　广东昭信团体股份有限公司是有着50多年生长历程的民营企业，是一家以光•电子产业为主体，集研发、生产、销售及收支口商业为一体的现代企业团体，营业漫衍海内以及欧洲、日本、东南亚等国际市场。现在，昭信已获得专利300多项，其中已授权发现专利近50项。昭信自主研发的MOCVD装备通过科技功效判定，到达国际先进水平，被授予“中国LED首创奖”。

　　2010年，昭信团体推出了首台MOCVD装备，并提供应亚威朗和武汉迪源光电试用。2012年，广东昭信团体、昭信半导体装备公司及华中科技大学配合研发的昭信二代量产型MOCVD装备已通过广东省科技厅专家组判定，未来有望推向海内市场，昭信二代MOCVD装备是37片机。该装备比第一代装备在产出率和可靠性等方面都有显著提升，而价钱仅为入口装备的一半，昭信也收获多项焦点手艺专利。

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