[发明专利]一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法与装备

权利要求书

1.一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法，将由惰性运载气体运载的非氮元素的前驱体蒸汽和活性氮源前驱体气体分别输送到反应腔室内温度为250℃至800℃的衬底材料处，利用波长与活性氮源分子键共振波长相等的激光束作用于活性氮源气体，使激光能量直接耦合至活性氮源分子NH键，加速NH键的断裂，提供充足的活性氮源，从而使非氮元素与活性氮源发生化学反应，沉积第III族氮化物膜层材料，持续作用直到沉积物达到所需厚度。

2.根据权利要求1所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，该方法的具体实现过程为：第1步，将衬底置于反应腔室内；

第2步，将反应腔室抽真空，并将衬底的温度加热到250-800℃的某一温度；

第3步，采用运载气体将非氮元素前驱体的蒸汽，与活性氮源的前驱体混合后输送到反应腔室内衬底材料表面附近，并使工作气压为1至300Torr；

第4步，将波长可调谐激光器的输出波长调谐到与活性氮源分子的一个振动模式相匹配，使激光束和混合气体相互作用，加速NH键的断裂，提供丰富的活性氮源；

第5步，非氮元素前驱体分解出的活性物质与活性氮源发生化学反应，沉积氮化物膜层材料；第6步，持续沉积使得膜层达到所需厚度。

3.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，活性氮源前驱体气体与非氮元素的前驱体蒸汽的体积比为600:1–4000：1。

4.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，激光束沿着衬底表面平行方向入射，光斑中轴至衬底距离为10-50mm。

5.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，所述非氮元素的前驱体为三甲基镓TMGa，三甲基铝TMAl，三甲基铟TMIn和三甲基硼TMB。

6.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，运载气体为氮气，活性氮源前驱体气体为NH₃，非氮元素的前驱体蒸汽与运载气体的体积比大约为1：6-1：50。

7.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，非氮元素的前驱体蒸汽与运载气体的体积比大约为1：6-1：50；反应腔室内活性氮源前驱体气体与非氮元素的前驱体蒸汽的体积比为600:1–4000：1。

8.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石、单晶硅、铝酸锂、镓酸锂、碳化硅或者其它功能材料。

9.根据权利要求1或2所述的激光辅助低温生长氮化物材料的方法，其特征在于，所述温度优选为250-600℃；所述光斑中轴至衬底距离优选为20-30mm，所述工作气压优选为80- 120Torr。

10.一种激光辅助低温生长氮化物材料的装备，包括真空反应腔、气体预混合腔、激光器和移动机构；真空反应腔上设置有激光入射窗口和激光出射窗口；激光器的出光口、光斑调节器、激光入射窗口和激光出射窗口依次位于同一光路上，激光出射窗口处安装有激光功率计；加热器位于真空反应腔内，加热器表面用于放置衬底；气体预混合腔安装在真空反应腔的上面，气体预混合腔的进气端分别与前驱体与运载气体的进气管、氮源进气管连接，出气端与送气管的一端连接，送气管的另一端伸入真空反应腔内的衬底附近；所述移动机构用于激光束与衬底产生相对移动，以使得沉积物能够在大面积衬底表面均匀沉积，并达到所需厚度。

11.根据权利要求10所述的激光辅助低温生长氮化物材料的装备，其特征在于，所述移动机构为位于真空反应腔内的三维移动平台，所述加热器位于三维位移平台的工作台面上；或者所述移动机构由固定反射镜和可移动扫描反射镜构成，所述固定反射镜与光斑调节器的光轴成45度角放置，所述可移动扫描反射镜位于激光入射窗口处，并与固定反射镜平行放置，由所述激光器射的激光束通过光斑调节器后，光斑直径调节到所需要尺寸大小的平行光斑，然后通过固定反射镜，入射到所述可移动扫描反射镜的反射面，然后通过所述激光入射窗口进入真空反应腔。