[发明专利]等离子体辅助的外延生长装置及方法

权利要求书

1.一种基于等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，包括：

真空反应室；

样品台，所述样品台位于真空反应室的底部；

等离子体激发单元，所述等离子体激发单元位于所述真空反应室的顶部；

第一进气口，用于向所述真空反应室通入第一气态反应源；

第二进气口，用于向所述真空反应室通入第二气态反应源；

气流调节兼离子控制装置，位于所述第一进气口和所述样品台之间，用于调节通入所述真空反应室的气态反应源的流场及等离子体分布，包括相互隔离的第一气体通道群和第二气体通道群，所述第一气体通道群用于控制所述第一气态反应源的流场，所述第二气体通道群用于控制所述第二气态反应源的流场，

其中，所述等离子体激发单元用于激发第一气态反应源电离分解，所述样品台可加热将所述第二气态反应源热裂解。

2.根据权利要求1所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述的等离子体激发单元为电感应耦合等离子。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述的气流兼等离子体控制装置，还包括：

依此层叠的上层金属板、中层金属板和下层金属板，其中

所述上层金属板的边缘、所述中层金属板的边缘和所述下层金属板的边缘分别与所述真空反应室的侧壁密闭接触；

所述第一进气口位于所述上层金属板之上，所述第二进气口位于所述上层金属板和所述中层金属板之间；

所述上层金属板和所述下层金属板之间具有多个第一柱状气体通道，所述多个第一柱状气体通道构成所述第一气体通道群；

所述中层金属板和所述下层金属板之间具有多个第二柱状气体通道，所述多个第二柱状气体通道构成所述第二气体通道群。

4.根据权利要求1-3所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，在所述第一气体通道群中加电场。

5.根据权利要求1-5所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述第一气态反应源的化学键强于所述第二气态反应源的化学键，所述等离子体激发单元主要用于激发所述第一气态反应源电离分解，所述样品台可加热主要用于将所述第二气态反应源热分解。

6.根据权利要求1-5所述等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述样品台被构造成在垂直方向可升降、在水平方向可旋转。

7.根据权利要求1-6所述等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述样品台周围安装有高红外反射的金属隔热屏，用于屏蔽样品台的热辐射。

8.根据权利要求1-7所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述气流兼等离子体控制装置还包括：

冷却水入口，位于中层金属板与下层金属板之间；和

冷却水出口，位于上层金属板与中层金属板之间。

9.根据权利要求1-8所述的等离子体辅助的外延生长装置，其特征在于，所述气流兼等离子体控制装置被构造成在垂直方向可升降。

10.一种基于等离子体辅助的外延生长方法，其特征在于，包括：

将衬底置于真空反应腔底部的样品台上；

加热所述衬底到适合外延生长的温度；

向所述真空反应腔连续或交替脉冲通入第一气态反应源和第二气态反应源；

所述第一气态反应源进入所述真空反应腔后，被等离子体激发单元激发产生等离子体，然后所述等离子体通过第一气体通道群扩散到所述衬底表面；

所述第二气态反应源进入所述真空反应腔后，通过第二气体通道群扩散到所述衬底表面热裂解，继而与所述等离子体发生反应以进行外延生长；

将所述衬底从所述真空反应腔取出。

11.根据权利要求10所述等离子体辅助的外延生长方法，其特征在于，所述的外延层为化合物半导体层。

12.根据权利要求10或11所述等离子体辅助的外延生长方法，其特征在于，所述第一气态反应源为NH₃、N₂、H₂O中的一种或多种的组合。