用于二維電子氣結(jié)構(gòu)的退火爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于二維電子氣結(jié)構(gòu)的退火爐。一種退火爐包括：爐體，包括：基座；罩，氣密地覆蓋基座以限定退火空間；樣品臺(tái)，設(shè)置在退火空間中以支承退火樣品；加熱部件，設(shè)置在樣品臺(tái)內(nèi)部；溫度傳感器，設(shè)置在樣品臺(tái)上；以及氣路限定部件，具有筒狀并且設(shè)置為圍繞樣品臺(tái)，氣體入口和氣體出口之一位于氣路限定部件圍繞的區(qū)域中，另一個(gè)位于其外；以及控制系統(tǒng)，包括：電源，用于給所述加熱部件提供加熱功率；以及溫度控制部件，用于基于溫度控制信息和所述溫度傳感器感測(cè)到的退火溫度來生成溫度控制信號(hào)，并且使用所述溫度控制信號(hào)來控制所述電源提供給所述加熱部件的加熱功率。
【專利說明】
用于二維電子氣結(jié)構(gòu)的退火爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更特別地，涉及一種用于制作二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極的退火爐。
【背景技術(shù)】
[0002]1978年，Dingle等人在AlGaAs/GaAs調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)中首次發(fā)現(xiàn)了高迀移率二維電子氣(2DEG)。圖1A示出AlGaAs/GaAs二維電子氣結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)，圖1B示出其能帶圖。如圖1A和圖1B所示，GaAs層4可形成在襯底2上，AlGaAs層6可形成在GaAs層4上并且與之直接接觸，在AlGaAs層6上還可以形成有薄的GaAs蓋層7，其中在AlGaAs層6的靠近GaAs層4的界面附近可以有一層非常薄的摻雜層，例如η型摻雜。當(dāng)AlGaAs層6和GaAs層4直接接觸時(shí)，由于界面處導(dǎo)帶底Ε。能量的突變，造成電荷(例如由薄的摻雜層提供的電子)向低勢(shì)能處轉(zhuǎn)移，而電荷的轉(zhuǎn)移又使得界面處的電場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致能帶彎曲。寬禁帶材料AlGaAs—側(cè)的導(dǎo)帶電子勢(shì)能較高，會(huì)失去電子而形成耗盡層，同時(shí)能帶彎曲形成勢(shì)皇，阻止距離界面較遠(yuǎn)的電子的運(yùn)動(dòng)。而窄禁帶材料GaAs—側(cè)的導(dǎo)帶中電子勢(shì)能較低，會(huì)束縛電子，形成三角形勢(shì)阱。當(dāng)勢(shì)阱的深度足夠大時(shí)，電子在與半導(dǎo)體層垂直的方向上被限制在一個(gè)非常薄的區(qū)域中，只能沿著異質(zhì)結(jié)界面的平面方向運(yùn)動(dòng)，形成所謂的二維電子氣。而在AlGaAs層6與GaAs蓋層7接觸的界面處，由于離摻雜層較遠(yuǎn)，所以不會(huì)形成二維電子氣。此外，已經(jīng)開發(fā)了AlGaN/GaN二維電子氣結(jié)構(gòu)等。而且，二維電子氣結(jié)構(gòu)還可以包括AlGaAs/GaAs量子講或AlGaN/GaN量子阱，其原理與前面的描述類似，這里不再贅述。
[0003]二維電子氣結(jié)構(gòu)不僅廣泛地用于凝聚態(tài)物理科研領(lǐng)域，而且還已經(jīng)應(yīng)用到各種實(shí)用半導(dǎo)體器件中，例如高電子迀移率晶體管(HEMT)、發(fā)光二極管、激光器等。在將二維電子氣結(jié)構(gòu)用于實(shí)驗(yàn)研究或者應(yīng)用到實(shí)用器件中時(shí)，需要制作電極以將二維電子氣結(jié)構(gòu)電連接到其他部件。電極的制作一般可采用兩種方法。第一種方法是對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一區(qū)域進(jìn)行摻雜以使其成為導(dǎo)電區(qū)域，摻雜深度應(yīng)至少達(dá)到二維電子氣區(qū)域，然后在摻雜區(qū)域的表面上制作金屬導(dǎo)電材料的電極。第二種方法可以直接在二維電子氣結(jié)構(gòu)的表面上制作金屬導(dǎo)電材料的電極，然后通過退火工藝使得金屬導(dǎo)電材料滲透到半導(dǎo)體材料內(nèi)部，與二維電子氣導(dǎo)電區(qū)域直接連通，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。圖1A示出用第二種方法形成的電極8，其滲透并且連接到二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域。與第一種方法相比，第二種方法規(guī)避了與離子注入相關(guān)的半導(dǎo)體制造工藝，而采用簡(jiǎn)單的退火工藝即可實(shí)現(xiàn)金屬導(dǎo)電材料與二維電子氣導(dǎo)電區(qū)域之間的物理和電連接，而且這樣形成的電極接合緊密，不易脫落，所以是優(yōu)選的。
[0004]遺憾的是，傳統(tǒng)的退火爐設(shè)備并不能很好地滿足制作用于二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極的各方面要求。傳統(tǒng)的退火爐不能控制退火環(huán)境，時(shí)常發(fā)生電極材料的氧化或退火不均，導(dǎo)致電極接觸電阻過大，乃至不能接通，從而影響器件制作的效率和成品率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種退火爐，其可以用于制作二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極，并且能克服上述以及其他缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。
[0006]本發(fā)明的另一方面在于提供一種具有電極的二維電子氣結(jié)構(gòu)，其能夠克服上述以及其他缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種制作二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極的方法，其能夠克服上述以及其他缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一示范性實(shí)施例，一種退火爐包括:爐體，包括:基座;罩，氣密地覆蓋所述基座以限定退火空間，所述基座上設(shè)置有用于向所述退火空間充入氣體的氣體入口和用于從所述退火空間排出氣體的氣體出口；樣品臺(tái)，設(shè)置在所述退火空間中且在所述基座上以用于支承退火樣品；加熱部件，設(shè)置在所述樣品臺(tái)內(nèi)部以加熱所述樣品臺(tái)；溫度傳感器，設(shè)置在所述樣品臺(tái)上以感測(cè)退火溫度；以及氣路限定部件，具有筒狀并且設(shè)置為在所述基座上圍繞所述樣品臺(tái)，所述氣體入口和所述氣體出口之一位于所述基座的被所述氣路限定部件圍繞的部分中，所述氣體入口和所述氣體出口中的另一個(gè)位于所述基座的被所述氣路限定部件圍繞的部分外；以及控制系統(tǒng)，包括:電源，用于給所述加熱部件提供加熱功率；以及溫度控制部件，用于基于溫度控制信息和所述溫度傳感器感測(cè)到的退火溫度來生成溫度控制信號(hào)，并且使用所述溫度控制信號(hào)來控制所述電源提供給所述加熱部件的加熱功率。
[0009]在一些示例中，所述氣路限定部件的上端與所述樣品臺(tái)的上表面平齊或者比之更尚O
[0010]在一些示例中，所述爐體還包括:設(shè)置在所述基座與所述罩之間的密封圈；以及設(shè)置在所述基座上以支承所述樣品臺(tái)的支架。在一些示例中，所述控制系統(tǒng)還包括:氣壓計(jì)，用于監(jiān)視所述退火空間中的氣壓;流量計(jì)，用于控制通過所述氣體入口向所述退火空間提供氣體的流速；以及殼體，所述控制系統(tǒng)的其他部件設(shè)置在所述殼體內(nèi)，并且所述爐體設(shè)置在所述殼體上方。
[0011 ] 在一些示例中，所述氣體出口通過第一氣體通道連接到抽氣栗，并且還通過第二氣體通道連接到外部大氣環(huán)境。
[0012]根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例，一種使用上述退火爐對(duì)二維電子氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火的方法包括:提供二維電子氣結(jié)構(gòu)并且將其放置到所述樣品臺(tái)上，所述二維電子氣結(jié)構(gòu)具有形成在襯底上的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)以及形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)上的電極;對(duì)所述退火空間執(zhí)行洗氣步驟，包括將所述退火空間抽至預(yù)定真空度，然后充入退火氣氛氣體以達(dá)到大約一個(gè)大氣壓，重復(fù)該過程兩次或更多次;執(zhí)行退火氣氛設(shè)定步驟，包括按預(yù)定流量持續(xù)向所述退火空間充入退火氣氛氣體，并且將所述氣體出口連通至外部大氣環(huán)境；以及執(zhí)行加熱步驟，包括將所述二維電子氣結(jié)構(gòu)加熱至預(yù)定溫度并且在該預(yù)定溫度下保持預(yù)定時(shí)間。
[0013]在一些不例中，所述二維電子氣結(jié)構(gòu)包括AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子講。在一些不例中，所述電極包括形成在所述AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子阱上的Pd層、形成在Pd層上的Ge層、以及形成在Ge層上的Au層。在一些示例中，所述退火氣氛氣體是氫/氮混合氣體。
[0014]在一些示例中，所述預(yù)定溫度在440°C至480°C的范圍，所述預(yù)定時(shí)間在10分鐘至I小時(shí)的范圍。
[0015]在一些示例中，在所述加熱步驟執(zhí)行完成后，停止對(duì)所述二維電子氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，而繼續(xù)向所述退火空間充入退火氣氛氣體，以冷卻所述二維電子氣結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明又一不范性實(shí)施例，一種二維電子氣結(jié)構(gòu)包括:形成在襯底上的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)中具有二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域；以及形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)上的電極，所述電極包括依次形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)上的Pd層、Ge層和Au層，其中，所述電極的材料通過退火工藝而滲入所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱中并且滲透到所述二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域，從而所述電極與所述二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域電連通。
[0017]在一些示例中，所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)是AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子阱。所述Pd層的厚度為1nm至50nm，所述Ge層的厚度為20nm至10nm，所述Au層的厚度為10nm至 Iym ο
【附圖說明】
[0018]圖1A示出二維電子氣結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖1B示出圖1A所示的二維電子氣結(jié)構(gòu)的能帶圖；
[0020]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的退火系統(tǒng)的框圖；
[0021 ]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的退火爐的結(jié)構(gòu)框圖；以及
[0022]圖4A至4C示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制作二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面參照?qǐng)D來描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
[0024]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的退火系統(tǒng)的框圖。如圖2所示，退火系統(tǒng)包括由爐體20和控制系統(tǒng)40組成的退火爐，還包括通過氣路經(jīng)由控制系統(tǒng)40連接到爐體20的儲(chǔ)氣罐10和抽氣栗12?？刂葡到y(tǒng)40可以連接到電源例如墻壁上的電源插座14以給整個(gè)退火系統(tǒng)供電。
[0025]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的退火爐的結(jié)構(gòu)框圖，其主要包括爐體20和控制系統(tǒng)40兩個(gè)部分，下面分別對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]如圖3所示，爐體20包括基座21和罩22，罩22可以覆蓋在基座21上，二者之間可以設(shè)置有墊圈23，以限定氣密密封的空間。在一些實(shí)施例中，基座21可以由金屬例如不銹鋼制成，也可以由多層材料制成，例如由兩個(gè)金屬層夾著中間的絕熱材料例如玻璃纖維、石棉、巖棉、硅酸鹽等以確保退火時(shí)的熱效率。罩22可以是玻璃罩或石英罩，以便在提供氣密密封的同時(shí)，還能觀察爐內(nèi)樣品。在另一些實(shí)施例中，罩22也可以由例如不銹鋼材料或者多層材料制成，并且可以在罩22上設(shè)置觀察窗以觀察爐內(nèi)樣品。墊圈23可以是例如橡膠墊圈，也可以是例如無氧銅墊圈等。在一些實(shí)施例中，還可以使用扣具或夾具等使得罩22被緊固或擠壓到基座21上以確保二者之間的氣密密封。應(yīng)理解，基座21和罩22不限于圖3所示的形狀，而是可以采用各種形狀。例如，在一些實(shí)施例中，基座21可以具有上端開口的圓筒形狀，罩22可以是圓形平板形狀，其覆蓋圓筒形基座21的上端。
[0027]加熱裝置和樣品臺(tái)可以設(shè)置在基座21和罩22定義的氣密空間中。具體而言，如圖3所示，基座21上可以設(shè)置有支架24，支架24優(yōu)選由絕熱材料制成，例如玻璃纖維、石棉、巖棉、硅酸鹽等，樣品臺(tái)25可以設(shè)置在支架24上。樣品臺(tái)25可以是中空金屬結(jié)構(gòu)，加熱部件26可以設(shè)置在樣品臺(tái)25的內(nèi)部空間中，以加熱樣品臺(tái)25。樣品臺(tái)25優(yōu)選由具有良好導(dǎo)熱性和一定的熱耐受性的金屬材料制成，例如鋁和銅等。在一些實(shí)施例中，樣品臺(tái)25可以是直徑約I至10厘米，優(yōu)選2至5厘米的鋁塊，以保證對(duì)其上的樣品加熱的均勻性。支架24可具有2厘米至20厘米，優(yōu)選8至16厘米的高度，以將樣品臺(tái)25和基座21隔離開，從而防止熱量從樣品臺(tái)25直接傳導(dǎo)至基座21。加熱部件26可以是電熱絲，其可以是例如鐵鉻鋁電熱絲和鎳鉻電熱絲等。加熱部件26可以通過例如導(dǎo)線27連接到電源47，電源47將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。樣品臺(tái)25上還可以設(shè)置有溫度傳感器28，其可以是熱電阻溫度傳感器或熱電偶溫度傳感器等。溫度傳感器28可以通過導(dǎo)線29連接到溫度控制器48，溫度控制器48也將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。溫度傳感器28可以感測(cè)給樣品加熱的樣品臺(tái)25的溫度，并且基于所感測(cè)的溫度來控制加熱部件26的電功率，從而控制樣品臺(tái)25的溫度，該過程也將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]基座21上可以設(shè)置有氣體入口 31和氣體出口 32。氣體入口 31可以通過例如氣體管道連接到儲(chǔ)氣罐10。儲(chǔ)氣罐10中可以儲(chǔ)存有退火時(shí)所需的氣氛氣體，例如氫/氮混合氣體，其中氫氣和氮?dú)獾捏w積混合比可以為例如40:60至10:90，優(yōu)選15:85。連接氣體入口 31和儲(chǔ)氣罐10的氣體管道上可以設(shè)置有流量計(jì)42以控制儲(chǔ)氣罐10向氣密空間提供氣體的流速。氣體出口 31可以通過氣體管道連接到抽氣栗12以抽出爐體20的氣密空間中的氣體，抽氣栗12的排出口可連接到廢棄處理設(shè)施(未示出)或者直接連接到室外大氣環(huán)境，氣體出口 31也可以通過氣體管道直接連接到室外大氣環(huán)境，這將在下面詳細(xì)描述。基座21上還可以設(shè)置有開口 33以用于連接氣壓計(jì)43，從而可以實(shí)時(shí)監(jiān)視爐體20的氣密空間中的氣壓。
[0029]如圖3所示，爐體20中還可以設(shè)置有氣路限定部件30，其可以是兩端開放的圓筒部件。氣路限定部件30位于基座21上并且包圍樣品臺(tái)25，氣體入口 31可以位于基座21的被氣路限定部件30包圍的區(qū)域中，氣體出口 32可以位于基座21的在氣路限定部件30外的區(qū)域中，或者反之亦可，并且氣路限定部件30的上端應(yīng)與樣品臺(tái)25的上表面基本平齊或者比之更高，從而確保在氣體入口 31和氣體出口 32之間流動(dòng)的氣體一定會(huì)流過樣品臺(tái)25上的退火樣品。
[0030]控制系統(tǒng)40可包括設(shè)置在殼體41中的各種控制部件，其將在下面詳細(xì)描述，上述爐體20可以設(shè)置在殼體41上。應(yīng)理解，雖然這里描述了各種控制部件設(shè)置在殼體41中，并且殼體41提供了對(duì)這些控制部件的集成功能和美觀的外表，但是這些控制部件中的一些或全部也可以不設(shè)置在殼體41內(nèi)，或者根本沒有殼體41。此外，殼體41的一個(gè)或多個(gè)面可以是開放的。
[0031]繼續(xù)參照?qǐng)D3，控制系統(tǒng)40包括流量計(jì)42，其可以設(shè)置在連接儲(chǔ)氣罐10和爐體20的氣體入口 31的氣體通道中以控制從儲(chǔ)氣罐10向爐體20的氣密空間提供氣體的流速。儲(chǔ)氣罐10和氣體入口 31之間的氣體通道上還可以設(shè)置有閥門49以控制該氣體通道的關(guān)斷和打開。控制系統(tǒng)40還包括氣壓計(jì)43，其可以連接到爐體20的基座21上的氣壓計(jì)開口 33以監(jiān)視爐體20內(nèi)的氣壓。
[0032]控制系統(tǒng)40可包括具有一個(gè)入口和兩個(gè)出口的歧管44。歧管44的入口可以連接到爐體20的氣體出口 32，歧管44的兩個(gè)出口可以分別連接到抽氣栗12和外部大氣環(huán)境，并且歧管44的上個(gè)支路上可以分別設(shè)置有閥門45和46以控制相應(yīng)氣路的開放和封閉。根據(jù)需要，可以打開閥門45，關(guān)閉閥門46，以用抽氣栗12抽取爐體20內(nèi)的氣體;在另一些情況下，可以關(guān)閉閥門45而打開閥門46以將爐體20內(nèi)的氣體排放到大氣環(huán)境中。應(yīng)理解，雖然這里描述了兩個(gè)閥門45和46，但是它們也可以形成為連接在歧管44的主路和兩個(gè)支路之間的單個(gè)閥門，該單個(gè)閥門可以在三個(gè)位置切換以實(shí)現(xiàn)閉合主路、將主路連通到第一支路和將主路連通到第二支路這三種功能。在另一些實(shí)施例中，歧管44也可以被兩條單獨(dú)的氣體通道鎖代替，一條氣體通道通過閥門45連接到抽氣栗12，另一條通過閥門46連接到外部大氣環(huán)境。在該情況下，可以相應(yīng)地在基座21上設(shè)置兩個(gè)氣體出口 32。
[0033]控制系統(tǒng)40還包括通過導(dǎo)線27連接到加熱部件26的電源47以及通過導(dǎo)線29連接到溫度傳感器28的溫度控制器48。溫度控制器48可以接收用戶輸入的溫度控制信息，例如設(shè)定的升溫、保溫和降溫曲線等，以滿足特定的退火要求。溫度控制器48還可以接收溫度傳感器28感測(cè)到的爐體20內(nèi)的溫度，并將感測(cè)溫度與用戶輸入的溫度控制信息相比較以生產(chǎn)溫度控制信號(hào)。例如，當(dāng)在某一時(shí)刻感測(cè)溫度高于溫度控制信息中相應(yīng)時(shí)刻的設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制器48可以生成降溫信號(hào)；反之，當(dāng)在某一時(shí)刻感測(cè)溫度低于溫度控制信息中相應(yīng)時(shí)刻的設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制器48可以生成升溫信號(hào)。溫度控制器48可以將該溫度控制信號(hào)提供給電源47，電源47可以基于該溫度控制信號(hào)來調(diào)節(jié)加熱部件26的加熱功率。例如，當(dāng)電源47收到升溫信號(hào)時(shí)，可以提高加熱部件26的加熱功率；當(dāng)電源47收到降溫信號(hào)時(shí)，可以降低部件26的加熱功率。這樣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)退火溫度的自動(dòng)控制。
[0034]圖4A至4C示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制作二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極的過程示意圖。如圖4A所示，首先提供二維電子氣結(jié)構(gòu)，其可包括形成在襯底2上的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，例如包括形成在襯底2上的第一半導(dǎo)體層例如GaAs層4和形成在第一半導(dǎo)體層4上的第二半導(dǎo)體層例如AlGaAs層6形成的結(jié)，并且在結(jié)界面附近形成二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域。在一些示例中，還可以在第二半導(dǎo)體層6上形成蓋層，例如GaAs蓋層7。在二維電子氣結(jié)構(gòu)上形成電極60，其可涉及沉積和光刻工藝，這些工藝是本領(lǐng)域已知的，此處不再贅述。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所形成的電極60包括形成在二維電子氣結(jié)構(gòu)上的鈀Pd層62，形成在Pd層62上的鍺Ge層64和形成在Ge層64上的金Au層661(1層62的厚度可以為1nm至50nm，優(yōu)選20nm至30nm; Ge層64的厚度可以為20nm至100]1111，優(yōu)選40111]1至6011111;411層的厚度可以大于10011111，例如500111]1至1wn，優(yōu)選10nm至500nm，更優(yōu)選地120nm至150nm。當(dāng)然，這些層的厚度不限于這些數(shù)值范圍，而是可以靈活地設(shè)置。
[0035]然后，可以將所得結(jié)構(gòu)放到樣品臺(tái)25上進(jìn)行退火。退火首先包括洗氣步驟，其目的是排除爐體20的氣密空間中含有的空氣，而充入退火氣氛氣體，例如前述氫/氮混合氣體。具體而言，首先可以關(guān)閉氣體入口閥門49和第二氣體出口閥門46，打開第一氣體出口閥門45，以用抽氣栗12對(duì)爐體20內(nèi)的氣密空間進(jìn)行抽真空。當(dāng)氣壓計(jì)43達(dá)到預(yù)定值例如0.01至
0.1個(gè)大氣壓時(shí)，可以關(guān)閉閥門45，打開閥門46以將儲(chǔ)氣罐10的氫/氮混合氣體充入到爐體20內(nèi)，直到氣壓計(jì)43達(dá)到預(yù)定值例如約I個(gè)大氣壓。這樣重復(fù)多次，例如2至5次，優(yōu)選3或4次，完成洗氣步驟。此時(shí)，爐體20內(nèi)密封有預(yù)定的退火氣氛氣體，例如前述氫/氮混合氣體，并且閥門45、46和49均是關(guān)閉的。
[0036]然后，打開閥門46和49，將流量計(jì)42設(shè)定為預(yù)定值，使得退火氣氛氣體勻速流過爐體20并且最終排放到外界大氣環(huán)境，從而完成退火氣氛的設(shè)定。
[0037]接下來進(jìn)行退火步驟。溫度控制器48可以利用用戶輸入的或者其中存儲(chǔ)的溫度控制信息來控制電源47，以控制整個(gè)退火過程，例如升溫、保溫和降溫過程。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，可以快速升溫至目標(biāo)溫度，例如在5至15分鐘內(nèi)升溫至目標(biāo)溫度，目標(biāo)溫度可以為400 °C至500 °C，優(yōu)選440 °C至480 °C，例如450 °C，保溫時(shí)間可以為5分鐘至I小時(shí)，優(yōu)選1至40分鐘，例如15至25分鐘等。
[0038]如前所述，該退火過程在氫/氮混合氣體的氣氛中進(jìn)行。Pd是吸氫材料，其在吸收氫氣后體積會(huì)膨脹，形成疏松的材質(zhì)，會(huì)使得Pd層和其上的Ge層更易于滲透到其下的半導(dǎo)體材料例如GaAs和AlGaAs中并且與之反應(yīng)。具體而言，Pd可以和GaAs反應(yīng)而產(chǎn)生PcUGaAs相，而Pd4GaAs又被其上的Ge分解而產(chǎn)生Ge摻雜的η+型GeAs，從而形成良好的歐姆接觸，并且降低接觸點(diǎn)處的勢(shì)皇高度。由于Pd的疏松材質(zhì)和上述反應(yīng)，使得Pd和Ge能夠容易地滲透到半導(dǎo)體材料中并且滲透達(dá)到預(yù)定深度，實(shí)現(xiàn)與二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域的電連通。Ge層上的Au層可以進(jìn)一步降低所形成的電極的表面電阻，并且便于進(jìn)行后面的導(dǎo)線(例如Au導(dǎo)線)鍵合工藝。
[0039]從而，在完成退火時(shí)，電極材料可以滲透到二維電子氣結(jié)構(gòu)的表面半導(dǎo)體材料中，并且電連接到離表面預(yù)定深度的二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域中。當(dāng)保溫結(jié)束時(shí)，溫度控制器48可以直接關(guān)閉電源47，同時(shí)保持氣氛氣體繼續(xù)流過爐體20，以實(shí)現(xiàn)樣品的快速冷卻，從而得到圖4Β所示的具有電極60的二維電子氣結(jié)構(gòu)。
[0040]然后，如圖4C所示，可以進(jìn)行導(dǎo)線鍵合工藝，以用例如Au導(dǎo)線68將電極60連接到其他結(jié)構(gòu)或器件，從而完成二維電子氣結(jié)構(gòu)的電極制作。
[0041]本發(fā)明一些實(shí)施例還提供一種具有電極的二維電子氣結(jié)構(gòu)，其通過上述工藝制成，并且可具有圖4C所示的結(jié)構(gòu)和成分，因此這里不再重復(fù)描述。
[0042]應(yīng)理解，雖然上面以AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本發(fā)明的原理不限于這些實(shí)施例。例如，本發(fā)明還可以應(yīng)用到其他異質(zhì)結(jié)，例如AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，而且本發(fā)明的原理也可以應(yīng)用到AlGaAs/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)以及AlGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@些量子阱結(jié)構(gòu)都是本領(lǐng)域已知的，此處不再對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行重復(fù)描述。
[0043]雖然上面參照示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和思想的情況下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化和修改。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物定義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種退火爐，包括: 爐體，包括: 基座； 罩，氣密地覆蓋所述基座以限定退火空間，所述基座上設(shè)置有用于向所述退火空間充入氣體的氣體入口和用于從所述退火空間排出氣體的氣體出口 ； 樣品臺(tái)，設(shè)置在所述退火空間中且在所述基座上以用于支承退火樣品； 加熱部件，設(shè)置在所述樣品臺(tái)內(nèi)部以加熱所述樣品臺(tái)； 溫度傳感器，設(shè)置在所述樣品臺(tái)上以感測(cè)退火溫度；以及 氣路限定部件，具有筒狀并且設(shè)置為在所述基座上圍繞所述樣品臺(tái)，所述氣體入口和所述氣體出口之一位于所述基座的被所述氣路限定部件圍繞的部分中，所述氣體入口和所述氣體出口中的另一個(gè)位于所述基座的被所述氣路限定部件圍繞的部分外；以及控制系統(tǒng)，包括: 電源，用于給所述加熱部件提供加熱功率；以及 溫度控制部件，用于基于溫度控制信息和所述溫度傳感器感測(cè)到的退火溫度來生成溫度控制信號(hào)，并且使用所述溫度控制信號(hào)來控制所述電源提供給所述加熱部件的加熱功率。2.如權(quán)利要求1所述的退火爐，其中，所述氣路限定部件的上端與所述樣品臺(tái)的上表面平齊或者比之更高。3.如權(quán)利要求1所述的退火爐， 其中，所述爐體還包括: 設(shè)置在所述基座與所述罩之間的密封圈；以及 設(shè)置在所述基座上以支承所述樣品臺(tái)的支架，且 其中，所述控制系統(tǒng)還包括: 氣壓計(jì)，用于監(jiān)視所述退火空間中的氣壓； 流量計(jì)，用于控制通過所述氣體入口向所述退火空間提供氣體的流速；以及 殼體，所述控制系統(tǒng)的其他部件設(shè)置在所述殼體內(nèi)，并且所述爐體設(shè)置在所述殼體上方。4.如權(quán)利要求1所述的退火爐，其中，所述氣體出口通過第一氣體通道連接到抽氣栗，并且還通過第二氣體通道連接到外部大氣環(huán)境。5.—種使用權(quán)利要求1所述的退火爐對(duì)二維電子氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火的方法，包括: 提供二維電子氣結(jié)構(gòu)并且將其放置到所述樣品臺(tái)上，所述二維電子氣結(jié)構(gòu)具有形成在襯底上的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱以及形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱上的電極； 對(duì)所述退火空間執(zhí)行洗氣步驟，包括將所述退火空間抽至預(yù)定真空度，然后充入退火氣氛氣體以達(dá)到大約一個(gè)大氣壓，重復(fù)該過程兩次或更多次； 執(zhí)行退火氣氛設(shè)定步驟，包括按預(yù)定流量持續(xù)向所述退火空間充入退火氣氛氣體，并且將所述氣體出口連通至外部大氣環(huán)境；以及 執(zhí)行加熱步驟，包括將所述二維電子氣結(jié)構(gòu)加熱至預(yù)定溫度并且在該預(yù)定溫度下保持預(yù)定時(shí)間。6.如權(quán)利要求5所述的退火方法，其中，所述二維電子氣結(jié)構(gòu)包括AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子阱， 其中，所述電極包括形成在所述AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子阱上的Pd層、形成在Pd層上的Ge層、以及形成在Ge層上的Au層，且 其中，所述退火氣氛氣體是氫/氮混合氣體。7.如權(quán)利要求6所述的退火方法，其中，所述預(yù)定溫度在440°C至480°C的范圍，所述預(yù)定時(shí)間在10分鐘至I小時(shí)的范圍。8.如權(quán)利要求6所述的退火方法，其中，在所述加熱步驟執(zhí)行完成后，停止對(duì)所述二維電子氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，而繼續(xù)向所述退火空間充入退火氣氛氣體，以冷卻所述二維電子氣結(jié)構(gòu)。9.一種二維電子氣結(jié)構(gòu)，包括: 形成在襯底上的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)中具有二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域;以及 形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)上的電極，所述電極包括依次形成在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)上的Pd層、Ge層和Au層， 其中，所述電極的材料通過退火工藝而滲入所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)中并且滲透到所述二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域，從而所述電極與所述二維電子氣傳導(dǎo)區(qū)域電連通。10.如權(quán)利要求9所述的二維電子氣結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)是AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)或量子講，且 其中，所述Pd層的厚度為1nm至50nm，所述Ge層的厚度為20nm至10nm，所述Au層的厚度為I OOnm至Iym。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK105826223SQ201610184903
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】王欽, 劉廣同
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院物理研究所