[發明專利]一種雙光路脈沖激光在Si(100)基片上沉積InGaN薄膜的方法

有效

• 申請號: 201910064979.1
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109830429B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 陸珊珊;劉宇倫;莫觀孔;莫組康;沈曉明;何歡;符躍春
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C14/28;C23C14/06;C23C14/02;C23C14/58
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司 45104
• 代理人: 韋錦捷

本發明涉及一種雙光路脈沖激光沉積設備及其應用在Si(100)基片上沉積InGaN薄膜的方法，所述設備能夠將激光分為雙路對靶材進行照射，具體方法為：將清潔好的Si(100)襯底放入基片臺上加熱至650℃～750℃并保溫50～70min；依次沉積TiN、AlN、GaN、InGaN層，采用的激光能量分別為150?250mJ、50?150mJ、200?300mJ、100?200mJ，沉積時間分別為10～30min、30～50min、50～70min、50～70min；所述InGaN層采用雙光路工藝進行。本發明能夠提高薄膜晶體質量，同時還可大幅度提高器件如半導體激光器、發光二極管及太陽能電池的效率。

技術領域

本發明涉及一種雙光路脈沖激光沉積(PLD)鍍膜方法及其應用，具體用于制備外延薄膜及薄膜光電器件，特別是InGaN太陽能電池。

背景技術

PLD技術，是伴隨著激光技術的發展而發展起來的。在20世紀60年代，世界上第一臺紅寶石激光器誕生后不久，人們就發現激光束照射固體材料時，有電子、離子和中性原子從固體表面跑出來，并在表面附近形成一個發光的等離子區，其溫度為103～104K，隨后人們就想到如果使這些燒蝕物在襯底上凝結，就可以得到薄膜，這樣就產生了激光鍍膜的概念。于是人們開始了激光與物質相互作用方面的研究。

目前，太陽能電池、LED、LD等光電薄膜器件主要以性能優異的III族氮化物為代表，采用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)以及分子束外延(MBE)設備進行制造。MOCVD、MBE用于外延生長III-族氮化物薄膜溫度比較高，高溫外延生長會引入較大熱應力，從而在外延層中產生包括相分離，摻雜困難，嚴重的界面反應，造成襯底表面的性能惡化等不良的影響，最終降低了薄膜的晶體質量，因而會降低薄膜器件的品質，不利用器件的應用和推廣。

脈沖激光沉積技術(PLD)克服了MOCVD、MBE的不足和存在的問題。它的主要優點有以下幾個方面：(1)激光能量密度高，可以蒸鍍各種難以熔化的靶材，實現薄膜的低溫外延生長；(2)工藝參數調節方便，且沉積速率高，實驗周期短；(3)發展潛力大，具有良好的兼容性；(4)薄膜成分穩定，易于獲得期望的化學計量比；(5)可以同時放置多個靶材(4-6個)，有利于制備成分復雜的多層薄膜；(6)清潔處理十分方便，可以制備不同類型的薄膜。PLD的諸多優點使得它在高質量氮化物外延生長方面具有其它技術無法替代的優勢。

但是，當前主流的脈沖激光沉積設備一般都采用單光路的設計理念，有較大的局限性，難以制備出超摻雜和組分可調的合金薄膜。而本專利發明的雙光路脈沖激光沉積方法可以完美地解決這一難題。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的之一在于提供一種雙光路脈沖激光沉積設備，該設備可在薄膜外延方面發揮關鍵作用，特別是在制備超摻雜薄膜方面具有其它技術無法比擬的優勢。

本發明的另一目的在于提供上述鍍膜設備的應用方法，采用此鍍膜設備制備出來的薄膜晶體質量高，可大幅度提高器件如半導體激光器、發光二極管及太陽能電池的效率。

實現本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種雙光路脈沖激光沉積設備，包括生長室腔體，在生長室腔體下方的中心區域設有基座，在基座上設有四個均勻布置的用于放置靶材的轉盤，所述基座及轉盤分別由驅動機構帶動旋轉，使得靶材能隨轉盤自轉；在生長室腔體的下側壁或底壁上還設有分別與機械泵和分子泵連接的閥門，以便機械泵和分子泵對生長室腔體抽真空；在生長室腔體的中下方位置設有輔助氣體管道，用于在鍍膜過程中及時補充O₂和N₂；在生長室腔體的上壁兩側各設一個石英窗口，在生長室腔體外對應石英窗口的位置設有聚焦鏡和反射鏡，固體激光器提供的高能激光依次經激光分束器、反射鏡、聚焦鏡及石英窗口后照射入生長室腔體內部的靶材上，靶材產生的等離子體羽輝沉積在放置于旋轉基片臺的襯底上。

所述襯底為Si(100)襯底。

所述高能激光波長為248nm。