[發明專利]一種用于超薄外延層生長的液相外延石墨舟及其生長方法

有效

• 申請號: 201310039596.1
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103088410A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 邱鋒;胡淑紅;孫常鴻;王奇偉;呂英飛;郭建華;鄧惠勇;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: C30B19/06
• 分類號: C30B19/06;C30B19/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種生長Ⅲ-Ⅴ或ⅡI-Ⅵ族化合物半導體外延超薄層的液相外延石墨舟，特別是指超薄單層、量子阱、多量子阱和量子點等低維結構材料生長用石墨舟，用該石墨舟既能滿足常規厚膜的生長，也能重復地生長多層超薄層，可拓展液相外延技術因沉積速率過快而不能進行低維結構材料生長研究的瓶頸。

背景技術

液相外延技術（LPE?technique）是一種成熟的Ⅲ-Ⅴ和ⅡI-Ⅵ材料生長技術，近平衡態生長提供了外延層材料的純度，生長的材料具有高的遷移率和熒光效率；材料致密，應力能小，構建的光電器件暗電流小；摻雜劑可選的范圍廣，材料沉積效率高，外延生長費用低。然而，近二十年來，因MBE和MOCVD技術可以生長很好地生長超薄層結構，絕大多數基于多層結構的新型器件都是使用這些氣態沉積方法構建的。外延層生長采用液相外延技術因高的沉積速率（0.1~1um/min）而不能構建多層結構器件，為了發揮LPE技術近平衡態生長超純的多層外延層結構優勢，并且控制不同的層有不同的厚度，對水平滑舟型液相外延技術的石墨舟進行改進，可實現不同厚度的多層的外延層生長。

液相外延技術外延層的厚度主要依賴于溶解度（solubility）在初始生長溫度和結束生長溫度間的差別，另外，冷卻速率（cooling?rate）、生長時間（growth?time）、母液的體積、過冷度（supercooling?degree）等因素也會影響外延層的生長厚度。采用減少母液與襯底的接觸時間的方式，A.Krier采用LPE技術生長了InAsSbP量子點（見文獻：A.Krier,J.Phys.D-Appl.Phys.32(20),2587(1999)）；V.A.Mishurnyi也采用LPE技術生長了InGaAsP/GaAsP量子阱（見文獻：V.A.Mishurnyi,Crit.Rev.Solid?State?Mat.Sci.31(1-2),1(2006)），每層的厚度是10~40nm。設計較窄的液槽狹縫寬度（0.5~2mm），減少襯底和液相母液的接觸時間，加之用較少體積的母液，低溫生長等，使用直線電機精確制動推桿，控制滑板單方向運動或往復運動，實現超薄多層外延結構的可重復生長。

發明內容

本發明的目的是設計一種用于超薄層生長的液相外延石墨舟及其生長方法，生長超薄多層結構材料，并構建新型器件。

本發明的石墨舟，包括：似帽子似的蓋板1.0、較低位置處有狹縫的母液舟2.0、具有匹配不同尺寸的滑板夾片，小號滑板夾片3.4，中號滑板夾片3.5，大號滑板夾片3.6和兩個不同深度的襯底槽3.2的襯底滑板3.0、由直線電機制動的推桿3.4和固定母液舟的底座4.0；每個液槽上可單獨使用蓋板1.0，是尺寸相差一點的兩個方塊鏈接在一起，可嚴實地蓋在液槽上，較大方塊一面的外側有兩個小孔，便于鑷子夾取蓋板，安裝到母液舟上；母液舟通過小孔固定在底座上，即用石墨圓棒穿過底座上的圓孔4.2與對應母液舟上的圓孔2.1，其液槽的空隙部分類一個楔形，較低位置處是一個很窄的狹縫2.4，每個液槽的空隙楔形狹縫2.4寬度可以是一系列的尺寸或者寬度一致，一般是幾個mm，且狹縫的方向垂直于母液舟的運動方向。若生長不同外延層的溫度有很大差距，液槽之間的距離可以增大，保證襯底在液槽之間的下方停留，或者多加一個無狹縫的液槽2.2以停留襯底，等待升降溫過程。狹縫使用的目的是減少熔源與襯底的接觸時間，實現超薄低維材料的外延生長；襯底滑板正反面各有一個不同槽深的襯底槽3.2，適合不同厚度襯底的情況或因襯底厚度誤差帶來的襯底槽過深與太淺的情況，而且有預留的滑板空隙3.1，卡放不同型號的滑板夾，既能實現不同層數的材料生長，又能在生長結束讓母液回收到對應的回收槽4.1，四個回收槽分別標號為1、2、3、4；推桿3.4由直線電機制動，控制襯底滑板單方向或往復運動，可重復生長多層外延層；底座有隔開的回收不同母液的回收槽4.1，保證相互母液之間無接觸污染以便母液再次使用。

本實發明的優點在于設計新型水平滑舟型石墨舟及其生長方法，實現LPE技術近平衡態生長多層結構，并控制不同層有不同的厚度，且構建新型器件，在這方面可與常規MBE和MOCVD技術再次競爭。采用高精度的直線電機來推舟，可確保多層外延層生長的可重復性。

附圖說明

圖1是石墨舟剖面結構示意圖。圖中1.0—蓋板，1.1—小孔，2.0—母液舟，2.1—圓孔，2.2—沒有狹縫的液槽，2.3—液槽，2.4—狹縫，3.0—滑板，3.1—滑板空隙，3.2—襯底槽，3.3—拉桿小孔，3.4—拉桿，4.0—底座，4.1—回收槽。