MBE、MOCVD 與 HVPE 的差異：磊晶成長法的真空度、成長速率、原料、材料、用途比較
MBE、MOCVD 與 HVPE 都是依循基板晶體成長化合物半導體晶體的磊晶成長方法，但原料的輸送方式與成長速度差異很大。MBE 在超高真空中，將加熱蒸發的原料以分子束照射到基板。成長一般約每小時 1 µm，速度慢，但能以原子層為單位控制膜厚。MOCVD 在減壓到大氣壓的流動氣氛中，將有機金屬與氫化物氣體送到加熱的基板，一般以每小時 1 至數 µm 成長。可同時處理多片晶圓，是 LED 與雷射量產的主力。HVPE 使用由鎵與氯化氫產生的氯化鎵與氨，以每小時數十至數百 µm 的速度成長厚 GaN，用於製作自立基板。
| 項目 | MBE | MOCVD | HVPE |
|---|---|---|---|
| 成長環境與壓力 | 超高真空（背景壓力參考值約 10⁻⁸ Pa）。原料原子與分子幾乎不與其他氣體分子碰撞，直接飛到基板 | 流動著氫或氮載氣的氣氛。一般為減壓（數 kPa 左右）至大氣壓 | 一般在大氣壓附近。多為反應爐壁也加熱的熱壁式 |
| 原料 | 以分子束源加熱蒸發固態元素（Ga、Al、In、As 等）。氮化物使用以電漿活化的氮 | III 族為三甲基鎵等有機金屬，V 族為氨、砷化氫、磷化氫等氫化物 | 對加熱的金屬鎵通入氯化氫產生的氯化鎵（GaCl），以及氨 |
| 成長速率的參考 | 一般約每小時 1 µm（GaAs 約每秒 1 原子層） | 一般為每小時 1 至數 µm | 一般為每小時數十至數百 µm，是 MOCVD 的數十倍 |
| 膜厚與界面的控制 | 最精密。以擋板瞬間切換原料，可形成原子層等級的陡峭界面 | 以切換氣體能在數 nm 尺度改變組成，可形成量子井等薄多層結構 | 不擅長。適合快速成長厚膜，而非薄層或陡峭界面 |
| 即時監測 | 以 RHEED（反射高能電子繞射）觀察表面狀態與已成長的層數 | 壓力高，無法使用 RHEED。量測光反射率、基板溫度與翹曲 | 有限 |
| 量產性 | 低。每次處理的晶圓少，以研究開發與特定元件的生產為主 | 高。也有每次可處理數十片晶圓的設備 | 能快速成長厚膜，但可處理的片數不多 |
| 主要材料 | GaAs、AlGaAs、InGaAs 等 III-V 族，以及氮化物、氧化物等 | GaN、InGaN、AlGaN、GaAs、InP 等 III-V 族 | GaN（厚膜、基板）、Ga2O3 等 |
| 處理與課題 | 需要維持超高真空與保養設備。固態的砷等也有毒性 | 處理自燃性的有機金屬與高毒性的氫化物。有來自有機金屬的碳混入，以及摻 Mg 的 GaN 被氫鈍化的問題 | 處理腐蝕性的氯化氫。由於成長很厚，須注意與基板熱膨脹差異造成的翹曲與破裂 |
| 主要用途 | HEMT 等高頻元件、量子井與超晶格的研究、量子元件 | LED、半導體雷射、GaN 的 HEMT 與功率元件、多接面太陽能電池 | GaN 自立基板、厚緩衝層、Ga2O3 磊晶層 |
數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。