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一種用于超薄外延層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟的制作方法

文檔序號(hào):8184958閱讀:443來源:國(guó)知局
專利名稱:一種用于超薄外延層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本專利涉及一種生長(zhǎng)II1- V或I1-VI族化合物半導(dǎo)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(diǎn)等低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)用石墨舟,用該石墨舟既能滿足常規(guī)厚膜的生長(zhǎng),也能重復(fù)地生長(zhǎng)多層超薄層,可拓展液相外延技術(shù)因沉積速率過快而不能進(jìn)行低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)研究的瓶頸。
背景技術(shù)
液相外延技術(shù)(LPE technique)是一種成熟的II1- V和I1- VI材料生長(zhǎng)技術(shù),近平衡態(tài)生長(zhǎng)提供了外延層材料的純度,生長(zhǎng)的材料具有高的遷移率和熒光效率;材料致密,應(yīng)力能小,構(gòu)建的光電器件暗電流??;摻雜劑可選的范圍廣,材料沉積效率高,外延生長(zhǎng)費(fèi)用低。然而,近二十年來,因MBE和MOCVD技術(shù)可以生長(zhǎng)很好地生長(zhǎng)超薄層結(jié)構(gòu),絕大多數(shù)基于多層結(jié)構(gòu)的新型器件都是使用這些氣態(tài)沉積方法構(gòu)建的。外延層生長(zhǎng)采用液相外延技術(shù)因高的沉積速率(0.rium/min)而不能構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)器件,為了發(fā)揮LPE技術(shù)近平衡態(tài)生長(zhǎng)超純的多層外延層結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),并且控制不同的層有不同的厚度,對(duì)水平滑舟型液相外延技術(shù)的石墨舟進(jìn)行改進(jìn),可實(shí)現(xiàn)不同厚度的多層的外延層生長(zhǎng)。液相外延技術(shù)外延層的厚度主要依賴于溶解度(solubility)在初始生長(zhǎng)溫度和結(jié)束生長(zhǎng)溫度間的差別,另外,冷卻速率(cooling rate)、生長(zhǎng)時(shí)間(growth time)、母液的體積、過冷度(supercooling degree)等因素也會(huì)影響外延層的生長(zhǎng)厚度。采用減少母液與襯底的接觸時(shí)間的方式,A.Krier采用LPE技術(shù)生長(zhǎng)了 InAsSbP量子點(diǎn)(見文獻(xiàn):A.Krier, J.Phys.D-Appl.Phys.32 (20),2587 (1999) ) ;V.A.Mishurnyi 也采用 LPE 技術(shù)生長(zhǎng)了 InGaAsP/GaAsP 量子講(見文獻(xiàn):V.A.Mishurnyi, Crit.Rev.Solid State Mat.Sc1.31 (1-2),I (2006)),每層的厚度是l(T40nm。設(shè)計(jì)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(shí)間,加之用較少體積的母液,低溫生長(zhǎng)等,使用直線電機(jī)精確制動(dòng)推桿,控制滑板單方向運(yùn)動(dòng) 或往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)超薄多層外延結(jié)構(gòu)的可重復(fù)生長(zhǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本專利的目的是設(shè)計(jì)一種用于超薄層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,生長(zhǎng)超薄多層結(jié)構(gòu)材料,并構(gòu)建新型器件。本專利石墨舟包括蓋板1.0、母液舟2.0、襯底滑板3.0和底座4.0 ;其特征在于:母液舟2.0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(duì)應(yīng)母液舟上的圓孔2.1,其液槽的空隙部分如一個(gè)楔形,較低位置處是一個(gè)很窄的狹縫2.4,液槽上有單獨(dú)使用蓋板1.0,形狀如同尺寸相差一點(diǎn)的兩個(gè)方塊鏈接在一起,能很嚴(yán)實(shí)地蓋在液槽上;襯底滑板正反面各有一個(gè)不同槽深的襯底槽3.2,而且有預(yù)留的滑板空隙3.1,安放的滑板夾片3.4,底座下方的回收槽4.1之間是隔開的,用于回收不同母液,避免之間的相互污染,用石墨圓棒穿入底座上的小圓孔4.2與母液舟的小圓孔2.1而將母液舟與底座固定,使襯底滑板在其中間滑動(dòng),底座下方有幾個(gè)與母液舟2.3對(duì)應(yīng)的回收槽4.1,便于無污染的母液回收,實(shí)現(xiàn)母液再次利用。所說的蓋板1.0是兩個(gè)小方臺(tái)構(gòu)成,較小的方臺(tái)1.3能很嚴(yán)實(shí)地蓋在液槽上,較大小方臺(tái)1.2的外側(cè)有便于鑷子夾取的兩個(gè)圓柱形小孔。所說的母液舟2.0有四個(gè)液槽2.3,每個(gè)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(gè)mm,本專利示例中四個(gè)液槽狹縫寬度分別是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm,且狹縫的方向垂直于母液舟的運(yùn)動(dòng)方向;若生長(zhǎng)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(gè)無狹縫的液槽2.2以停留襯底,等待升降溫過程。所說的襯底滑板3.0正反面各有一個(gè)不同槽深的襯底槽3.2,適合不同襯底厚度或者因?yàn)橐r底厚度誤差帶來的襯底槽過深或太淺的情況,且有預(yù)留的滑板空隙3.1,卡放不同型號(hào)的滑板夾片,既能實(shí)現(xiàn)多層外延層生長(zhǎng),又能在生長(zhǎng)結(jié)束讓母液回收到對(duì)應(yīng)的回收槽4.1中。本專利的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)新型水平滑舟型石墨舟,實(shí)現(xiàn)LPE技術(shù)近平衡態(tài)生長(zhǎng)多層結(jié)構(gòu),并控制不同層有不同的厚度,且構(gòu)建新型器件,在這方面可與常規(guī)MBE和MOCVD技術(shù)再次競(jìng)爭(zhēng)。采用高精度的直線電機(jī)來推舟,可確保多層外延層生長(zhǎng)的可重復(fù)性。

圖1是石墨舟首I]面結(jié)構(gòu)不意圖。圖中1.0—蓋板,1.1一小孔,2.0—母液舟,2.1一圓孔,2.2—沒有狹縫的液槽,2.3—液槽,2.4一狹縫,3.0—滑板,3.1一滑板空隙,3.2—襯底槽,3.3—拉桿小孔,3.4—拉桿,4.0—底座,4.1一回收槽。圖2是石墨舟左視結(jié)構(gòu)不意圖。1.0—蓋板,2.0—母液舟,3.0—滑板,4.0—底座,
4.2一圓孔(用石墨圓·棒穿入,固定底座與母液舟)。圖3是石墨蓋板的結(jié)構(gòu)不意圖。1.0—蓋板,1.1一小孔,1.2—上方塊,1.3—下方塊。圖4是母石墨舟的母液舟二視圖。A—母液舟的主視圖,B—母液舟的俯視圖,C一母液舟的左視圖,2.1—圓孔,2.2—無狹縫的液槽,2.3—液槽,2.4一狹縫。圖5是滑板和滑板夾片的結(jié)構(gòu)示意圖。A—滑板的主視圖,B—滑板的主視圖,3.1滑板空隙,3.2—襯底槽,3.3—拉桿小孔,3.4—小號(hào)滑板夾片,3.5—中號(hào)滑板夾片,3.6—大號(hào)滑板夾片。圖6是具體實(shí)施案例多量子阱a/b/A/b的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。A— a熔源生長(zhǎng)位置,B— b溶液生長(zhǎng)位置,C一a/b/a/b多量子阱生長(zhǎng)結(jié)束位置,3.4—拉桿,3.5—中號(hào)滑板夾片,
2.2.1一觀察襯底用液槽,1、2、3、4是四個(gè)回收槽,1、I1、II1、IV是對(duì)應(yīng)的母液槽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本專利的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:本實(shí)施以a/b/a/b多量子講生長(zhǎng)為例:1,熔源和襯底裝載到LPE系統(tǒng)中。裝入已長(zhǎng)時(shí)間高溫恒溫的a與b母液到分別到1、II液槽中,并裝入襯底到滑板的襯底槽上,啟動(dòng)LPE系統(tǒng),進(jìn)行抽真空和加熱過程。2,a外延層生長(zhǎng)。見圖6的A結(jié)構(gòu)示意圖,直線電機(jī)快速拉動(dòng)(直線運(yùn)動(dòng)速度lm/s)a母液經(jīng)過襯底表面,速度較快,又因I狹縫寬度是0.5_,襯底和母液接觸時(shí)間較短,將會(huì)有晶體a析出在襯底上,且外延層很薄。加之低溫生長(zhǎng)和小的母液體積(母液若置于2.2.1觀察襯底的槽中,其高度控制在2mm),可控制更薄的外延層(flOOnm)。3,b外延層生長(zhǎng)。見見圖6的B結(jié)構(gòu)示意圖,拉桿控制滑板移動(dòng)(設(shè)置直線速度lm/s,也可以改變速度,來調(diào)整襯底和母液的接觸時(shí)間,實(shí)現(xiàn)控制不同膜厚的目的),將襯底帶到b母液槽狹縫位置處,II狹縫寬度是1mm,此時(shí)有滑板夾片,a母液也不會(huì)落入回收槽I中。4,重復(fù)a/b外延層生長(zhǎng)。如圖6中的A、B所示,滑板的再一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)就可以第二次a/b外延層的生長(zhǎng)。5,生長(zhǎng)結(jié)束。見圖6的C結(jié)構(gòu)示意圖,a/b/a/b生長(zhǎng)過程接觸后,拉動(dòng)滑板使已生長(zhǎng)的外延層正對(duì)母液舟最右邊的液槽2.2.2,以便于通過此液槽觀察薄膜表面的生長(zhǎng)情況,又可以讓a、b母液掉進(jìn)對(duì)應(yīng)的1、2回收槽 中,便于下次生長(zhǎng)再利用。
權(quán)利要求1.一種用于超薄層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,包括蓋板(1.0)、母液舟(2.0)、襯底滑板(3.0)和底座(4.0);其特征在于: 母液舟(2.0)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(duì)應(yīng)母液舟上的圓孔(2.1),其液槽的空隙部分如一個(gè)楔形,較低位置處是一個(gè)很窄的狹縫(2.4),液槽上有單獨(dú)使用蓋板(1.0),形狀如同尺寸相差一點(diǎn)的兩個(gè)方塊鏈接在一起,能很嚴(yán)實(shí)地蓋在液槽上;襯底滑板正反面各有一個(gè)不同槽深的襯底槽(3.2),而且有預(yù)留的滑板空隙(3.1),安放的滑板夾片(3.4),底座下方的回收槽(4.1)之間是隔開的,用于回收不同母液,避免之間的相互污染,用石墨圓棒穿入底座上的小圓孔(4.2)與母液舟的小圓孔(2.1)而將母液舟與底座固定,使襯底滑板在其中間滑動(dòng),底座下方有幾個(gè)與母液舟(2.3)對(duì)應(yīng)的回收槽(4.1),便于無污染的母液回收,實(shí)現(xiàn)母液再次利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超薄層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,其特征在于:所說的蓋板(1.0)是兩個(gè)小方臺(tái)構(gòu)成,較小的方臺(tái)(1.3)能很嚴(yán)實(shí)地蓋在液槽上,較大小方臺(tái)(1.2)的外側(cè)有便于鑷子夾取的兩個(gè)圓柱形小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超薄層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,其特征在于:所說的母液舟(2.0)有四個(gè)液槽(2.3),每個(gè)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(gè)mm,本專利示例中四個(gè)液槽狹縫寬度分別是0.5mm、1mm、L5mm、2mm,且狹縫的方向垂直于母液舟的運(yùn)動(dòng)方向;若生長(zhǎng)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(gè)無狹縫的液槽(2.2)以停留襯底,等待升降溫過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種用于超薄層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,其特征在于:所說的襯底滑板(3.0)正反面各有一個(gè)不同槽深的襯底槽(3.2),適合不同襯底厚度或者因?yàn)橐r底厚度誤差帶來的襯底槽過深或太淺的情況,且有預(yù)留的滑板空隙(3.1),卡放不同型號(hào)的滑板夾片,既能實(shí)現(xiàn)多層外延層生長(zhǎng),又能在生長(zhǎng)結(jié)束讓母液回收到對(duì)應(yīng)的回收槽(4.1)中。
專利摘要本專利公開了一種用于超薄外延層生長(zhǎng)的液相外延石墨舟,該石墨舟包括蓋板、母液舟、滑板和底座。該專利的特征是蓋板為分離的,每個(gè)都能很嚴(yán)實(shí)地蓋在母液舟上而不易滑動(dòng),同時(shí)液槽的空隙部分如同一個(gè)楔形,較低位置處是一個(gè)很窄的狹縫,從而減少熔源與襯底的接觸時(shí)間,實(shí)現(xiàn)低維結(jié)構(gòu)超薄材料的液相外延近平衡態(tài)生長(zhǎng),而且襯底滑板正反面各有一個(gè)不同深度的襯底槽,適合不同襯底厚度情況或因?yàn)橐r底厚度誤差帶來的襯底槽過深或太淺的情況,底座有回收母液的回收槽,便于母液的多次使用。本專利的優(yōu)點(diǎn)是采用液相外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)超薄外延層或常規(guī)厚膜生長(zhǎng),近平衡態(tài)生長(zhǎng)的超純外延層為設(shè)計(jì)新型材料和構(gòu)建新型器件提供了一個(gè)新的研究方向。
文檔編號(hào)C30B19/06GK203128690SQ20132005716
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者邱鋒, 胡淑紅, 孫常鴻, 王奇?zhèn)? 呂英飛, 郭建華, 鄧惠勇, 戴寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
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