生长氧化锌半导体薄膜的金属有机化合物汽相沉积装置

摘要

本发明的生长氧化锌半导体薄膜的金属有机化合物汽相沉积装置，包括生长室、进样室、连接生长室和进样室的活动闸板及用于活化裂化氮源气体的原子发生器，原子发生器的出气管置入生长室内，生长室采用水冷结构，具有双层壁，夹层充冷却水冷却，在生长室设有由电机带动旋转的水平样品架、样品加热器、氧源进气管、锌源进气管和排气口。工作时，将清洗后的衬底通过进样室输送到生长室，样品生长面水平朝下固定在样品架上，输入不同的反应气体生长不同性能的晶体薄膜，同时，将经原子发生器活化裂化高纯氮源气体分离出的氮原子输入生长室，可以获得厚度均匀、高质量的n型和p型ZnO半导体晶体薄膜。

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种金属有机化合物汽相沉积(MOCVD)设备，特别是一种适用于生长氧化锌(ZnO)半导体薄膜材料的金属有机化合物汽相沉积设备。

                          背景技术

ZnO薄膜作为一种重要的宽禁带半导体材料，其在光电子领域有着很大的应用前景。但要实现氧化锌基器件的应用，生长可控的具有一定载流子浓度的n和p型的高质量的氧化锌晶体薄膜是必须的。ZnO薄膜的生长方法有分子束外延、磁控溅射、激光脉冲沉积和溶胶凝胶等方法。而MOCVD技术是一种重要的化合物半导体外延生长技术，可实现外延层的精确实时掺杂，成本适中，可用于工业化生产。

目前，人们一般采用的较为传统的MOCVD装置，该装置具有进样室、生长室、连接进样室和生长室的活动闸板，生长室设有旋转的水平样品架、样品加热器、氧源进气管、锌源进气管和排气口。由于传统MOCVD装置在生长ZnO过程中存在较为严重的气相反应而形成颗粒，降低了晶体薄膜的质量，而且难以获得有效的p型掺杂源，所以基本上没有解决用MOCVD方法生长出高质量的ZnO晶体薄膜以及实现其p型的转变。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种能够改善生长室内反应气体的流动状态，生长厚度均匀、高质量的n型和p型ZnO半导体薄膜的金属有机化合物汽相沉积装置。

本发明的金属有机化合物汽相沉积装置，包括生长室、进样室、连接生长室和进样室的活动闸板，生长室设有旋转的水平样品架、样品加热器、氧源进气管、锌源进气管和排气口，其特征是还包括用于活化裂化氮源气体的原子发生器，原子发生器的出气管置入生长室内，所说的生长室为双层壁，夹层充冷却水，生长室外壁有进水口和出水口。

上述的原子发生器可以是电子回旋共振原子发生器或射频原子发生器。

通常，将氧源进气管水平放置，并使其具有扁平出气口，锌源进气管的出气口呈喇叭状，并位于氧源进气管下方，向水平放置的氧源进气管倾斜。这样可使两种气体在气相中的接触时间缩短，抑制均相反应。而将排气口设在反应室顶部，以使生成物气体从反应室顶部排出，避免气体在生长室中对流而造成停留时间过长，利于减少由于均相反应生成的颗粒。

工作时，首先将清洗后的衬底通过进样室输送到生长室，衬底生长面朝下固定到旋转的水平样品架上，这样可减少颗粒对样品的沾污，在转动样品架的同时加热衬底到预定值，并根据需要，输入不同的反应气体和调节温度、压力、样品架转速等工艺参数，以生长不同性能的晶体薄膜，同时，将经原子发生器活化裂化高纯氮源气体分离出的氮原子输入生长室，可以获得掺氮的p型氧化锌晶体薄膜。在原子发生器不工作情况下，通入n型掺杂气源，如三乙基镓，就可以生长出n型ZnO半导体晶体薄膜。

本发明的金属有机化合物汽相沉积装置，由于有原子发生器活化裂化高纯氮源气体，产生氮原子输入生长室，不仅能实现实时有效掺氮，而且可以使生长室内的反应气体达到较好的层流状态，生长出厚度均匀、高质量的n型和p型ZnO半导体晶体薄膜。

                         附图说明

图1是本发明的金属有机化合物汽相沉积装置示意图。

                        具体实施方式

参照图1，本发明的生长氧化锌半导体薄膜的金属有机化合物汽相沉积装置包括生长室1、进样室2、连接生长室和进样室的活动闸板4及用于活化裂化氮源气体的原子发生器9，原子发生器9的出气管3置入生长室1内，生长室采用水冷结构，具有双层壁，外壁有进水口10和出水口14，夹层充冷却水冷却，可以避免生长室内壁上的反应，而且可以增加衬底周围气体的温度梯度，减少均匀气相反应。在生长室设有由电机5带动旋转的水平样品架13、样品加热器12、氧源进气管7、锌源进气管8和排气口6，其中，氧源进气管水平放置，其扁平出气口宽度为0.5～10mm，长度根据样品的尺寸而定。锌源进气管的出气口呈喇叭状，并位于氧源进气管下方，向水平放置的氧源进气管倾斜。排气口6设在反应室顶部。

工作时，首先将清洗后的衬底11通过进样室输送到生长室，衬底生长面朝下固定到旋转的水平样品架上，在转动样品架的同时加热衬底到预定值，如将含有高纯(99.999％以上)二乙基锌的氮气和高纯(99.999％以上)N₂O分别从氧源进气管7、锌源进气管8通入生长室，同时，将氮气通入射频原子发生器进行裂化后分离出的氮原子输入到生长室，可以获得掺氮的p型ZnO晶体薄膜。