[发明专利]金属有机化合物气相沉积薄膜晶体生长装置

说明书

本发明属于晶体生长领域，涉及自气化物的单晶薄膜生长，特别是一种有关反应室改进的金属有机化合物气相沉积薄膜晶体生长装置。

有机化合物气相沉积技术(Metal Organic Chemical VaporDeposition)，简称MOCVD，也称MOVPE。所谓MOCVD，就是在室温下，将金属有机化合物等源物质用载气输运至反应室内，并在反应室中被加热的衬底上发生化学反应，从而在衬底上进行化学外延的过程。一般来说，常规的MOCVD设备主要有如下几部分组成〖参见文献M·J·Ludowise，″metalorganic chemical vapor deposition of III-Vsemiconductors″，J·Appl·Phys·58(8)R31-R55〗：

(1)气体供给部分，包括源、载气、气体流量计、管路、阀门等；

(2)反应室，即生长腔体，包括源物质混合，导流管，加热体，衬底等等，其加热部分，有电阻丝加热，红外加热，高频感应加热等方式；

(3)尾气处理部分；

(4)控制部分，包括有机源温度控制，衬底温度的控制，反应时间的控制，源的切换及流量控制；

(5)安全报警部分；

半导体材料领域是MOCVD技术最主要的应用领域，在此领域里MOCVD技术已被广泛应用于III-V族及II-VI族化合物半导体及其固溶体的外延薄膜材料的制备，用MOCVD技术制备的半导体材料已经用于制作各种微电子器件和光电器件，并导致了这些器件的巨大发展。MOCVD技术由于其具有独特的优越性，与其他外延技术相比，不但已满足高质量、高纯度、高均匀性，组分和厚度严格控制等各项要求，而且已实现突变异质结，调制掺杂及多层量子阱和超晶格材料的生长，特别是这种具有成本低，批量大，操作方便，易于实现自动控制等特点，目前已进入了大规模生产阶段。

但是，到目前为止，在一般的MOCVD装置中，都只具有一个反应室，即只具备一个生长腔体，在这个生长腔体需要维修，保养，清洁，以及在两次长晶的间隙期间，整个装置就得停顿工作，从而降低了系统的工作效率。

本发明的目的是要提供一种改进的具有多个生长腔体的金属有机化合物气相沉积薄膜晶体生长装置。

本发明的目的通过如下技术方案达到：在金属有机化合物气相沉积薄膜晶体生长装置中，采用同一套源气体供给系统，尾气处理系统与安全报警系统，而其反应室，即生长腔体为多个可切换的生长腔体，其生长腔体的加热方式可根据要求独立设置。长晶时将金属有机化合物等源物质用载气输运至被切换到的生长腔体内，在加热衬底上实现延薄膜晶体的生长。

本发明具有如下有益效果：

(1).由于装置具有易于可切换的多个生长腔体，可各自交替作业或同时作业，利于提高效率，适应工业生产的需求，充分发挥装置的潜力。

(2).便于各生长腔体交替清洁检修。

(3).便于开展各类工艺条件，腔体结构与加热方式的实验。

本发明附图说明如下：

图1为本发明MOCVD装置方框图。

图2为本发明MOCVD装置气体流程图，图中H₂、N₂为气源，D₁、D₂为杂质源，Cd、Te为有机源，MFC为流量计，还示出了尾气处理中的裂解炉。

图3为本发MOCVD装置的生长HgCdTe/CdTe/GaAs的一个生长腔体的结构示意图。

下面结合附图对本发明实施例作详细阐明：

本发明发明人推荐生长HgCdTe的MOCVD实施例，请参阅附图。装置采用水平式常压开管生长腔体，在衬底前方安置石英汞舟，有机源为二乙基碲DETe和二甲基镉DMCd，用氢气携带金属有机源，经过加热的汞舟上方，到达衬底区域，在合适温度下分解后沉积在衬底上，外延层的组分通过改变DMCd、DETe的供给比例进行调整。在所改进的装置中，其反应室生长腔体不是一个，而是二个或多个，各个反应室生长腔体通过阀门进行切换。

采用该改进装置，已获得了直径达50毫米的HgCdTe/CdTe/GaAs晶片。对HgCdTe/CdTe/GaAs晶膜的电学特性进行了Hall测量，P型材料的空穴迁移率在200-500厘米²秒^-1伏^-1。载流子浓度通常为2～6×10¹⁶厘米^-3。俄歇谱上明显的Te、Cd峰表明生长的晶膜确是需要的HgCdTe材料。晶膜的红外透过曲线显示的较高的透过率与清晰的干涉条纹表征较好的成晶质量和生长界面。用本发明创造MOCVD装置生长的HgCdTe外延片已成功制备出具有良好特性的焦平面红外器件。