[发明专利]一种在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备

说明书

本发明提供了一种在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备，其中，所述分子束外延设备包括MBE生长室、设置在所述MBE生长室内的不锈钢托盘，以及固定设置在所述不锈钢托盘底端的非故意掺杂氧化镓衬底，所述不锈钢托盘的上方设置有激光器，所述激光器发出的激光光斑覆盖所述不锈钢托盘的整个顶部。本发明通过所述激光器以激光加热的方法均匀的加热MBE生长室中的不锈钢托盘，进而实现非故意掺杂氧化镓衬底的均匀受热，制备出高质量、厚度均匀的非故意掺杂氧化镓同质外延片。

技术领域

本发明涉及氧化镓薄膜制备技术领域，尤其涉及一种在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备。

技术背景

氧化镓(Ga₂O₃)作为新兴的第三代宽禁带半导体，具有超宽禁带、高击穿场强等优点。它是一种透明的氧化物半导体材料，由于其优异的物理化学特性、良好的导电性以及发光性能，在功率半导体器件、紫外探测器、气体传感器以及光电子器件领域具有广阔的应用前景。氧化镓有5种晶体结构，分别为斜方六面体(α)、单斜晶系(β)、缺陷尖晶石(γ)、立方体(δ)以及正交晶体(ε)。β-Ga₂O₃因为高温下的稳定性，所以逐渐成为近几年来国内外的研究热点，不特殊说明，下面所提到的氧化镓均指的是β-Ga₂O₃。

在氧化镓的外延方法中，分子束外延(MBE)是生长高纯度、高质量氧化镓外延薄膜的主要手段之一，利用超高真空和高纯的源材料，能有效降低非故意掺杂的杂质浓度，并实现原子尺度的精准调控生长。MBE外延生长的氧化镓薄膜具有晶体质量好、表面平整、电子浓度可控的优点，这些是获取高性能氧化镓基电力电子器件和光电转换器件的必要条件。因此，可以MBE利用设备，在非故意掺杂衬底上制备出高质量的氧化镓非故意掺杂同质外延片；在氧化镓非故意掺杂同质外延片上布置差指电极(MSM)，即可用于制备高性能的日盲紫外探测器，满足极端场合对高灵敏度日盲紫外探测器的迫切需求。

针对现有的MBE技术特点，在使用MBE设备制备氧化镓同质外延薄膜的过程中，需要使氧化镓衬底维持在一个适合氧化镓薄膜生长的高温状态。现有技术中实现氧化镓衬底的加热，都是通过布置在衬底后面的加热丝，通过热辐射加热氧化镓衬底。由于加热丝的布置总是存在一定的空间分布，导致衬底的受热是不均匀的，严重影响制备出来的外延片的质量和厚度均匀性，甚至导致外延层的开裂。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备，旨在解决现有技术制备的氧化镓外延片质量及厚度均匀性较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的分子束外延设备，包括MBE生长室、设置在所述MBE生长室内的不锈钢托盘，以及固定设置在所述不锈钢托盘底端的非故意掺杂氧化镓衬底，其中，所述不锈钢托盘的上方设置有激光器，所述激光器发出的激光光斑覆盖所述不锈钢托盘的整个顶部。

所述的分子束外延设备，其中，所述激光器上设置有扩束器。

所述的分子束外延设备，其中，所述激光器发出的激光波长为500-1500nm。

一种基于分子束外延设备在非故意掺杂衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，包括步骤：

预先启动分子泵对MBE生长室进行抽真空处理；

将非故意掺杂氧化镓衬底固定在不锈钢托盘的底端，且所述非故意掺杂氧化镓衬底的生长面朝下；

停止分子泵，向快速进样腔中充入氮气破真空后，将所述固定有非故意掺杂氧化镓衬底的不锈钢托盘放入所述快速进样腔中；