MOCVD（有機金属CVD）とは

THEME 02 パターン形成 · 成膜（CVD / ALD / PVD）Metal Organic Chemical Vapor Deposition

← 01THEME 02 パターン形成03 →

MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属CVD）とは、有機金属化合物を前駆体に使うCVDです。 GaNやGaAsのような化合物半導体を、下地の結晶方位を引き継いだ形で成長させるエピタキシャル成長で使われます。

成長は、原料が気相で壊れるか表面で壊れるかの取り合いです。回転数、成長圧力、温度は、その帯を探すつまみになります。

金属は有機分子に結合させ、気体として運ぶ

MOCVDの出発点は、金属原子を気体として運ぶという課題への答えです。GaやAlのような金属は、そのままの形で気体として運びにくいため、有機分子と結合させた有機金属化合物として気化し、反応室へ運びます。基板の上で分解して金属原子を供給し、V族の原料と反応させて化合物半導体の層を作ります。

膜を載せるのではなく、下地の結晶を継ぎ足す

MOCVDが作るのは膜というより、下地の結晶を継ぎ足した層で、ここが通常のCVDとの差です。CVDの一般形は、基板上へ薄膜を堆積させる化学的プロセスです¹。MOCVDではこれに加えて、下地の結晶方位を引き継いだ単結晶として層を成長させます。したがって、下地の結晶品質と格子定数の整合が、そのまま出来上がりの品質を左右します。

装置方式は、ガスの配り方で分かれる

AIXTRONは、MOCVDのPlanetary principle（プラネタリ方式）とShowerhead principle（シャワーヘッド方式）、およびSiC-CVD向けのWarm-wall planet principleを自社の技術として掲げています²。同社は3,000台以上の成膜装置を顧客へ納入したとしています。G10-SiCは150/200mm対応のデュアルウェーハサイズ・バッチリアクタ、G10-GaNは150/200mm対応の高スループットエピタキシ、G10-AsPはGaAs/InP材料の量産向け全自動MOCVDです。

ガスの配り方ごとに、別の方式になります

AIXTRONの技術は、MOCVD向けのプラネタリ方式とシャワーヘッド方式、SiC-CVD向けのWarm-wall planet principleに分かれます。装置方式は、ガスをどう配るかで決まります。

MOCVD ─ 有機金属を運び、結晶を継ぎ足す

III族の有機金属原料とV族の原料を反応室へ導入し、加熱した基板の上で分解して反応させます。出来上がる層は下地の結晶方位を引き継いだ単結晶になるため、下地の結晶品質と格子定数の整合が結果を左右します。

表面まで届いてから分解した原料だけが、結晶になる

III族の有機金属もV族の水素化物も、温度を上げれば気相の途中で分解します。気相で分解した分は互いに反応して重い副生成物になり、膜へ入らずにパーティクルとして落ちるか、排気へ抜けます。表面まで届いてから分解した分だけが、格子の続きへ組み込まれます。したがって成長条件の設計は、気相での分解を抑えつつ表面での分解を進める帯を探す作業になります。

原料のライン構成は、この設計の自由度をそのまま表します。日本酸素のSR4000HT³は有機金属ライン8本と水素化物ライン2本を備え、リアクタは回転付きの水平フロー・フェイスアップ型、ガスノズルは層流の水平3本（トリプルインジェクション）です。ノズルを3系統に切ることで、III族とV族を反応室の入口で混ぜずに基板の手前まで運べます。GaN on Si向けのUR25K⁴の原料はTMGa、TEGa、TMAl、TMIn、NH₃、Cp₂Mg、SiH₄、GaAs/InP向けのBMC301⁵ではTMGa、TEGa、TMAl、TMIn、AsH₃、PH₃、DMZn、SiH₄です。同じMOCVDでも、材料系が変わればV族の特殊ガスとドーパント源の組み合わせが入れ替わります。

回転数を上げると、表面直上の希薄層が薄くなる

ウェーハ面のすぐ上には、原料の濃度が本流より薄い希薄層が生まれます。ニューフレアテクノロジーは、この層をウェーハ面で成膜反応が起きる厚み方向の範囲とし、垂直方向のガスフローと高速ウェーハ回転を組み合わせて極薄かつ均一に作るとしています⁶。薄いこの層は原料ガスを取り込みやすく、遠心力で副生成物のガスを排出しやすいというのが同社の説明です。回転数の増加とともに原料ガス利用効率が向上し、結果としてエピタキシャル膜の成長速度も向上する傾向は、HT2000FDでの同社調べです。

HT2000FDの装置仕様は、ウェーハサイズ200mmφ、裏面抵抗加熱、プロセス温度800〜1,150℃、ウェーハ回転数300〜900rpm、圧力93（700）〜13.3（100）kPa（Torr）、使用ガスSiHCl₃・SiH₂Cl₂・H₂・HCl、外形1,396mm(W)×2,276mm(D)×2,350mm(H)、装置重量約2,300kgです。この装置はSiエピ向けで、同社はHT2000FDの高速回転技術を発展させて、GaN on SiのEPIREVO G8、SiCのEPIREVO S6とS8を市場投入しました。回転を上げて希薄層を薄くするという設計は、Siエピから化合物系へ持ち込まれた形になります。

回転を上げた代わりに、機械の余裕を差し出します

回転数を上げると表面直上の希薄層が薄くなり、同じ原料流量のままで成長速度が伸びます。代わりにサセプタの振れと発塵の余裕を使うため、回転数は機械側の上限と組み合わせて決めます。

圧力と温度も、得るものと払うものが対になる

成長圧力も同じ形のつまみです。圧力を下げると気相での分解と副生成物の生成が抑えられ、面内の組成分布が素直になります。代わりに原料の分圧が下がって成長速度が落ち、排気側の負荷が増えます。圧力の実帯は材料系で一桁ずれ、GaN向けSR4000HTの成長圧力は10〜100kPa、GaAs/InP向けBMC301は6〜10kPaです。両者の上端どうしを比べると、100kPaを10kPaで割って10倍になります。同じ「MOCVDの圧力を下げる」という指示でも、材料系が変われば動かせる幅が別になります。

温度は結晶性と組成の間の引き換えになります。SR4000HTの加熱系は2ゾーンで最高1350℃です。温度を上げれば有機金属とV族原料の分解が進んで炭素の取り込みが減り、結晶性が上がります。代わりに熱バジェットが増え、In系の層ではInが再蒸発して組成が抜けます。温度を下げればIn組成を保てますが、分解が進まず炭素が残り、成長速度も落ちます。V/III比も同じで、V族を増やせばV族サイトの空孔が減る一方、NH₃やAsH₃の使用量と除害設備の負荷が増えます。

生産性は1リアクタの枚数で決まり、加熱と回転の形も変わる

MOCVDの生産性は、1リアクタに載る枚数で決まります。SR4000HTは2インチ×3枚または4インチ×1枚、UR25Kは4インチ×10枚または6インチ×7枚、BMC301は3インチ×10枚・4インチ×8枚・6インチ×6枚です。枚数の差は加熱と回転の形にも出ます。SR4000HTは2ゾーン加熱の自転付き水平フロー、UR25KとBMC301は6ゾーンの抵抗加熱で自転と公転を組み合わせます。BMC301はフェイスダウン、UR25Kはフェイスアップです。フェイスダウンは基板面を下へ向けるため、気相で生まれた粒子が面へ落ちにくい配置になります。

大口径化は、SiCとGaNで200mmへ進む

大口径化の進み方は材料で違います。ニューフレアテクノロジーの枚葉式SiCエピタキシャル成長装置EPIREVO S8は200mmウェーハに対応し、同社は50µm/h以上の高速成膜と、ロボットによるウェーハ高温搬送による高生産性を実現したとしています。EPIREVO S6は100mm/150mmのSiCウェーハ、枚葉式GaN-on-SiのMOCVD装置EPIREVO G8は150mm/200mmのSiウェーハに対応します。50µm/h以上という成膜速度は、SiCパワーデバイスの耐圧層のように十数µmから数十µmを積む用途で意味を持つ数字です。AIXTRONのG10-SiCとG10-GaNも150/200mm対応で、化合物系の量産は150mmから200mmへ移る途中にあります。

組成と歪みはX線回折、欠陥は断面で追う

エピタキシャル層では、膜厚のほかに組成と歪みも指標に入ります。組成と歪みはX線回折の格子定数から、発光層の組成はフォトルミネッセンスの波長から取ります。表面の荒れは原子間力顕微鏡（AFM）、貫通転位や積層欠陥はTEM（透過電子顕微鏡）の断面で確かめます。格子定数の差が大きい組み合わせでは応力が層に残るため、反りがそのまま後工程の露光と搬送に跳ね返ります。結晶欠陥の面密度は、そのまま素子の歩留まりへ乗ります。

面内の均一性は、膜厚と組成の二本立てで持つのが実務です。膜厚が揃っても組成が中心と周辺でずれれば、LEDでは発光波長の面内ばらつき、パワーMOSFETでは耐圧のばらつきとして出ます。回転数と圧力のつまみは膜厚と組成の両方を動かすため、片方だけを指標にすると、もう片方が悪化した状態を良品として通す形になります。均一性の管理項目は、材料系ごとに分けて持ちます。

用途はGaN系のパワーとLED、GaAs系の高周波と光

GaN系のパワー半導体とLED、GaAs系の高周波デバイスと光デバイスが代表的な適用先です。VeecoはLumina MOCVDシステム⁷を製品として公開しています。装置カタログDBでは、AIXTRONのG10-AsPおよびG10-GaN、AMECのPrismo、ニューフレアテクノロジーのEPIREVOなどを製品family単位で引けます。化合物半導体としてはGaNとSiCウェハが量産の主軸で、光側ではVCSELやレーザーダイオードが、MOCVDで作るエピタキシャルウェハの上に載ります。

この用語に対応する装置と製造メーカー

装置カタログDBから、この用語に一致する製品familyを持つメーカー 4社／5family を引いています。各行は各社の公式製品ページを出典とします。 DBからの生成日: 2026-09-03

AIXTRON
- G10-AsP / AIX 2800G4-TMエピタキシャル成長
- G10-GaN / AIX G5+ Cエピタキシャル成長
AMEC
- Prismo MOCVD equipmentエピタキシャル成長
NuFlare Technology
- EPIREVO epitaxial reactorsエピタキシャル成長
Veeco
- Lumina / Propel MOCVD familyエピタキシャル成長

出典は各社の公式製品ページです。装置カタログDB では、同じ製品familyを工程・メーカー横断で検索できます。

よくある質問（FAQ）

MOCVDとは何ですか？

MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属CVD）は、有機金属化合物を前駆体に使うCVDです。GaNやGaAsのような化合物半導体を、下地の結晶方位を引き継いだ形で成長させるエピタキシャル成長で使われます。

MOCVDとふつうのCVDの違いは何ですか？

前駆体と目的が異なります。ふつうのCVDはSiO₂やSiNのような膜を作ります。MOCVDは有機金属を前駆体に使い、下地の結晶構造を引き継いだ単結晶の層を成長させます。膜を載せるというより、結晶を継ぎ足す操作に近くなります。

MOCVDにはどんな方式がありますか？

AIXTRONは、MOCVDのPlanetary principle（プラネタリ方式）とShowerhead principle（シャワーヘッド方式）、SiC-CVD向けのWarm-wall planet principleを自社の技術としています。ガスの供給とウェーハの配置の仕方で方式が別になります。

MOCVDはどこで使われますか？

GaN系のパワー半導体とLED、GaAs系の高周波デバイスと光デバイスが代表的な適用先です。装置にはVeecoのLumina MOCVDシステム、日本酸素のGaN向けSR4000HTシリーズ、GaN on Si向けUR25K、GaAs/InP向けBMC301があります。

MOCVDの成長温度と圧力はどのくらいですか？

装置と材料で違います。日本酸素のGaN向けSR4000HTは加熱系が2ゾーンで最高1350℃、成長圧力が10〜100kPaで、GaAs/InP向けBMC301の成長圧力は6〜10kPaです。同じMOCVDでも、材料系が変われば成長圧力の帯が一桁ずれます。

MOCVDでウェーハを回すのはなぜですか？

ウェーハ面のすぐ上にできる、原料の濃度が本流より薄い層を薄くするためです。ニューフレアテクノロジーは、垂直方向のガスフローと高速ウェーハ回転の組み合わせでこの層を極薄かつ均一に作り、薄いこの層は原料ガスを取り込みやすく遠心力で副生成物のガスを排出しやすいとしています。回転数の増加とともに原料ガス利用効率とエピタキシャル膜の成長速度が向上することも、同社調べのデータで示しています。

MOCVD装置のメーカーはどこですか？

装置カタログDBでは、MOCVDに一致する製品familyを持つメーカーを公式製品ページ単位で引けます。AIXTRON、Veeco、AMEC、ニューフレアテクノロジーなどが該当し、日本酸素もGaN、GaAs/InP、Ga₂O₃向けのMOCVD装置を製品にしています。

比較・違いを学ぶ

CVDとPVDの違い（成膜プロセス比較）── 成膜原理、段差被覆性、成膜温度、代表装置メーカー
酸化・成膜工程の全体像── 成膜工程が前後の工程とどう並ぶか

出典

7件を表示

1
東京エレクトロン：用語集 Chemical Vapor Depositiontel.com ↩
2
AIXTRON：Productsaixtron.com ↩
3
日本酸素：SR4000HTシリーズnsc.jp.nipponsanso.com ↩
4
日本酸素：UR25Knsc.jp.nipponsanso.com ↩
5
日本酸素：BMC301nsc.jp.nipponsanso.com ↩
6
ニューフレアテクノロジー：エピタキシャル成長装置nuflare.co.jp ↩
7
Veeco：Lumina MOCVD Systemsveeco.com ↩