一种类分子束外延设备及薄膜制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114855270A(43)申请公布日2022.08.05(21)申请号202210423243.0C30B29/40(2006.01)(22)申请日2022.04.21C23C14/02(2006.01)C23C14/18(2006.01)(71)申请人南昌大学C23C14/32(2006.01)地址330000江西省南昌市红谷滩新区学C23C14/50(2006.01)府大道999号C23C14/54(2006.01)申请人南昌硅基半导体科技有限公司C23C14/58(2006.01)(72)发明人全知觉何丽华曹盛佟金山汤绘华王立(74)专利代理机构南昌金轩知识产权代理有限公司36129专利代理师潘津(51)Int.Cl.C30B25/12(2006.01)C30B25/16(2006.01)C30B25/18(2006.01)权利要求书1页说明书10页附图4页(54)发明名称一种类分子束外延设备及薄膜制备方法(57)摘要本发明为一种类分子束外延设备，包括：反应腔体、束源炉、加热装置、气体离化装置、样品台装置、真空系统；其中，气体离化装置为电容耦合等离子源；气体离化装置包括上极板和下极板，其中一极板与外部射频源连接，另一极板接地；束源炉具有金属蒸发区；上极板和下极板之间具有等离子体产生区；金属蒸发区与等离子体产生区在空间上相分离。CN114855270ACN114855270A权利要求书1/1页1.一种类分子束外延设备，其特征在于，包括：反应腔体、束源炉、加热装置、气体离化装置、样品台装置、真空系统；其中，所述气体离化装置为电容耦合等离子源；所述气体离化装置包括上极板和下极板；其中一极板与外部射频源连接，另一极板接地；所述束源炉具有金属蒸发区；所述上极板和所述下极板之间具有等离子体产生区；所述金属蒸发区与所述等离子体产生区在空间上相分离。2.根据权利要求1所述的类分子束外延设备，其特征在于：所述气体离化装置设有第一屏蔽罩，所述第一屏蔽罩设于所述上极板和所述下极板外围，以减少等离子体向外逸散；所述束源炉外围设有第二屏蔽罩，以减少金属分子向外蒸发。3.根据权利要求1所述的类分子束外延设备，其特征在于：所述样品台装置设有多组的载片架和旋转装置；所述旋转装置与所述载片架适配连接，所述旋转装置在所述样品台装置沿环形轨道公转且带动所述载片架自转。4.根据权利要求3所述的类分子束外延设备，其特征在于：所述样品台装置的旋转系统带动载片架在电容耦合等离子源的上下平行电极板间运动。所述上极板和所述下极板平行设置；所述载片架处于所述上极板和所述下极板之间。5.根据权利要求3所述的类分子束外延设备，其特征在于：所述束源炉位于所述载片架旋转形成的圆弧轨迹的下方，且所述束源炉垂直所述于载片架旋转形成的圆弧轨迹平面竖直放置。6.根据权利要求1所述的类分子束外延设备，其特征在于：所述载片架公转过程中通过电容耦合等离子源极板区域的路径长度与通过所述束源炉蒸发区域的路径长度的比例，可通过对安装电极板尺寸与束源炉屏蔽罩直径控制，实现从1:1至10:1的调控。7.一种薄膜制备方法，其特征在于：采用如权利要求1～6中任意一项所述的类分子束外延设备，包括以下步骤：(1)实验前准备，放置衬底，检查并调整设备工作状态；(2)衬底处理，使用等离子体对衬底在线清洗；(3)材料生长，待衬底温度及束源炉温度到达工艺温度，开启旋转系统；a、气压＜10‑3Pa，打开束源炉挡板蒸发固体源，在衬底沉积约1层金属原子；b、通入氮气，气压≥1Pa，开启离子源产生等离子体进行氮化；以步骤a、b为一周期，进行循环重复操作，在循环周期中进行薄膜生长。(4)后处理，反应完成后，关闭各反应源、加热源、旋转及工艺气体，待样品冷却取出。2CN114855270A说明书1/10页一种类分子束外延设备及薄膜制备方法技术领域[0001]本发明涉及半导体薄膜外延生长技术领域，具体涉及一种类分子束外延设备及薄膜制备方法。背景技术[0002]氮化物材料因其优异的性能被广泛用于半导体发光器件、光探测器、太阳能电池等领域。然而目前常用的薄膜生长方式中：金属有机化学气相沉积法(MOCVD)其源材料氨气须在高温下裂解，然而InN材料热稳定性较低在高温下易分解，导致难以制备高质量的InN及高In组分InGaN材料；溅射沉积法生长速率快，但其溅射出来的粒子能量难以精确控制，导致部分粒子会刻蚀已沉积的薄膜材料，降低材料晶体质量；原子层沉积法(ALD)虽然生长材料的晶体质量较高，但生长速率慢，不能满足工业需求；氢化物气相外延(HVPE)生长速率快，但生长出来的材料背景载流子浓度很高，难以实现P型掺杂，限制其工业应用。[0003]分子束外延(MBE)是目前生长高In组分