专利名称：一种生长氧化锌薄膜的装置及方法
技术领域：
本发明涉及半导体薄膜外延生长技术领域，尤其涉及一种生长氧化锌 薄膜的装置及方法，特别是指用于外延生长氧化锌半导体薄膜的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的反应室结构。本发明设计的具有温度调制 功能的反应室结构，可以兼顾氧化锌薄膜边低温P型掺杂生长边高温快速 退火提高结晶质量的特殊要求，可实现氧化锌薄膜的高结晶质量均匀生 长，以满足制备短波长光电器件需要。
背景技术：
氧化锌(ZnO)具有与氮化镓(GaN)近似的禁带宽度和晶体结构， 被认为是最有希望与GaN竞争的第三代半导体光电材料，具有如下优点(1) 具有更高的激子束缚能。ZnO的的激子束缚能约为60meV，约是 室温热动能和GaN激子束缚能(约26meV)的2.5倍。很容易实现室温紫外 发光或低阈值、高增益的受激发射。(2) 存在大尺寸ZnO单晶衬底。可实现同质外延，降低位错密度。(3) 容易解理，解理面即可成为激光振荡腔面，反射率高，容易激射。(4) 成本低廉。生长温度低，原料成本低，工艺成本低，利于产业 化和商业推广。然而，ZnO材料遇到了一些困难(1) p型掺杂。较低的生长温度( 500°C)有利于p型杂质(如N原 子)的高浓度掺杂并入，但会引入大量的晶格缺陷；而较高的生长温度(700 1000°C)则有利于提高材料的结晶度，但由于ZnO大的马德隆能带 来的自补偿效应及较强离子键的存在，p型杂质(如N原子)的高浓度掺杂 并入却非常困难，无法获得p型导电。(2) 三维生长，横向成膜困难。ZnO沿C轴的极性存在，造成ZnO沿 C轴快速生长，材料内部大量晶粒晶界产生，降低了材料性能，进而很大 程度影响发光效率。(3) 预反应强烈。这只对MOCVD而言，对MBE不存在。由于氧源 和锌源之间强烈的反应， 一方面造成气相中的原料消耗，另一方面产生大 分子团沉积在衬底影响材料结晶质量。因此，如何克服上述困难、发展新的制备生长设备和方法，是当前ZnO 薄膜研究需要重点解决的技术问题。2005年日本东北大学用温度调制分子束外延(MBE)法在铝镁酸钪衬 底上实现了 p型掺杂和ZnO-LED的室温电致紫外发光(Nature materials,4 (2005) 42)，取得了突破性进展。为什么用温度调制MBE法能够取得这 一突破？原因如下(1) 温度调制MBE法，在低温下有利于p型杂质并入，在高温下快 速退火提高晶体的结晶质量，克服了 p型掺杂困难；(2) 温度调制MBE法，在高温下快速退火，促使晶体横向生长，消 除晶界，提高结晶质量。(3) 温度调制MBE法，在MBE高真空环境下，不存在气体预反应， 不会产生大分子团沉积衬底影响晶体结晶质量。虽然这种边低温P型掺杂生长边高温快速退火提高结晶质量的温度调 制MBE法取得了巨大成功，但也存在致命的弱点 (1) MBE成本高。 (2)用大功率激光会聚在一点上快速升温退火，面积很小。这些都 不利于生产。因此国际上对该方法并没有多大热情。目前国际上还没有第二家单位采用此种MBE法生长ZnO。能否发展一种既具有快速温度调制功能，而 且成本又低廉实用的设备和方法，是ZnO薄膜材料能否真正走向实用的技 术关键。金属有机物气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)系统是半导体薄膜外延生长领域非常关键的设备，不仅可以用 于科学研究，而且是目前半导体器件规模化生产的主流工艺。由于MOCVD 设备的生产和操作成本要远远低于MBE，而且生长速度快，效率高；同 时，相比磁控溅射等物理沉积设备所生长的外延膜晶体质量好，还可以实 现大尺寸和多片的同时生长。因此，利用MOCVD设备生长ZnO薄膜的应用前景最被看好。然而， MOCVD设备具有非兼容性，目前发展比较成熟的适合GaAs或GaN薄膜 材料的MOCVD设备并不适合ZnO薄膜的生长，必须根据ZnO薄膜材料 生长的特殊要求和源材料特点设计MOCVD设备的反应室结构。比如，既要兼顾ZnO薄膜边低温P型掺杂生长边高温快速退火提高 结晶质量的特殊要求，还要避免有机锌源与氧源之间以及掺杂剂源与前两 种源之间的强烈预反应，实现有效掺杂与薄膜的均匀洁净生长。尽管目前国际上已经发展了多种形式用于ZnO薄膜生长的MOCVD 设备反应室结构，可是要么不能有效克服预反应，实现有效掺杂与薄膜均 匀洁净生长，要么不具有高低温生长的温度调制功能。因此，基于我实验室在研制生长氧化物薄膜材料的MOCVD设备反应
室的经验，本发明设计出一种既可兼顾ZnO薄膜边低温P型掺杂生长边高温快速退火提高结晶质量的特殊要求，还可有效克服预反应，实现有效掺杂与薄膜的均匀洁净生长的新MOCVD设备反应室结构，以满足制备 ZnO基短波长光电器件对高质量ZnO薄膜材料的需要。发明内容(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种生长氧化锌薄膜的装置， 另一个目的在于提供一种生长氧化锌薄膜的方法，以兼顾ZnO薄膜边低温 P型掺杂生长边高温快速退火提高结晶质量的特殊要求，克服预反应，实 现有效掺杂与薄膜的均匀洁净生长，满足制备ZnO基短波长光电器件对高 质量ZnO薄膜材料的需要。(二) 技术方案为达到上述一个目的，本发明提供了一种生长氧化锌薄膜的装置，该 装置包括衬底基座1，位于反应室的中部，用于实现氧化锌薄膜的高低温周期 交替生长；三路射流进气喷管2， 一端分别独立连接于反应室外供应有机锌源、 氧源和掺杂剂源的管路，另一端位于衬底基座1上衬底基片的上方，能够 为衬底基片提供有机锌源、氧源和掺杂剂源，用于克服源料间的预反应和 实现有效掺杂；辅气吹嘴3， 一端连接于反应室外的供应辅气的管路，另一端位于衬
底基座1上衬底基片的上方，在氧化锌薄膜生长过程中向反应室内通入起 吹扫作用的气体，吹扫所述源气的热反流气体反应产生的大分子团，保证 洁净生长；衬底旋转机构4，其旋转轴连接于衬底基座1上的衬底托盘的底部， 用于带动衬底基座1上的衬底托盘和衬底高速旋转，实现均匀生长； 不锈钢外壳5，用于生长氧化锌薄膜装置的密封；调温气体管道6，其进气管一端连接于反应室外供应调温气体的管路， 另一端连接到衬底基座1上的调温气体进气口，用于向衬底基座1内通入 调温气体，出气管一端连接于衬底基座l上的调温气体出气口，另一端连 接到反应室外排调温气体的管路，用于排出通入到衬底基座l内的调温气 体；反应室抽气口 7，位于反应室的下部，用于抽走反应室的载气、辅气、 扩散到反应室内的部分调温气体及残余的源气。所述衬底基座1具有双温区结构，下部为恒温区ll，由加热器lll、 保温层112和控温探头113构成；上部为调温区12由衬底121、衬底托盘 122、隔热层123、测温探头124、调温气体进气口 125和调温气体出气口 126构成。所述加热器111采用热容大的石墨加热器，工作时处于700至IOO(TC的恒定高温状态；所述衬底托盘122采用石墨材料或碳化硅材料；所述隔热层123采用导热差的石英材料或蓝宝石材料；所述恒温区11和隔热层123固定不动，衬底121和衬底托盘122在衬底旋转机构4的带动下高速旋转。
所述衬底托盘122与隔热层123之间的间隙用来通调温气体127，调 温气体127自衬底基座调温区12内一端的进气口 125导入，自另一端的 出气口126导出，用于降低衬底托盘122的温度，且不影响衬底121表面 的生长气氛。所述调温气体127对衬底托盘122和衬底121的降温幅度通过控制通 入的调温气体127的流量来控制，降温速度通过改变衬底托盘122与隔热 层123间隙的大小来调控。所述调温气体127至少包括氮气、液氮气和氩气。所述辅气吹嘴3为喇叭口状，通入的起吹扫作用的气体为氮气或氩气。所述三路射流进气喷管2由有机锌源射流喷管21、氧源射流喷管22、 掺杂剂源射流喷管23构成。所述不锈钢外壳5包括上盖51和下盖52，上盖51可升降，便于取装 衬底基片121。所述调温气体管道6包括调温气体进气管61和出气管62。 为达到上述另一个目的，本发明提供了一种生长氧化锌薄膜的方法， 该方法包括步骤1、将清洗过的衬底基片121置入衬底托盘122上； 步骤2、将衬底基座1恒温区11的加热器111升温到700至IOO(TC 的恒定高温状态；步骤3、开启衬底旋转机构，旋转轴4带动衬底托盘122和衬底121 高速旋转；步骤4、开启调温气体127阀门，由调温气体进气口 125通调温气体 127，通过调解进气流量将衬底托盘122和衬底121降到适宜氧化锌薄膜P
型掺杂生长的350至550°C ，并维持此流量不变；步骤5、由反应室顶部的喇叭口状辅气吹嘴3通入起吹扫作用大流量 氮气；步骤6、由三路射流喷管2通入有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，在 具有低温的衬底121表面上进行2至3分钟的氧化锌薄膜P型掺杂生长；步骤7、关闭三路射流喷管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，停 止生长，关闭调温气体127，在下部恒温区11热容大的加热器111强热辐 射下，热容小导热好的衬底托盘122和衬底121迅速升温到与加热器相同 的700至1000。C高温状态，对生长的氧化锌薄膜进行1至2分钟的快速退 火；步骤8、开启调温气体127，保持步骤4中的流量将衬底托盘122和 衬底121再次降到氧化锌薄膜P型掺杂生长所需的低温，开启三路射流喷 管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，再次进行2至3分钟的氧化锌薄 膜P型掺杂生长；步骤9、关闭三路射流喷管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，停 止生长，关闭调温气体127，对生长的氧化锌薄膜进行1至2分钟的快速 退火；步骤IO、重复步骤8和9，直到生长得到所需要厚度的氧化锌薄膜； 步骤11、关闭加热器111、辅气吹嘴3通入的氮气和衬底旋转机构4， 完成氧化锌薄膜的生长。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的这种生长氧化锌薄膜的装置，相比现有的用于生长氧化锌薄膜的金属有机物化学气相沉积反应室结构，既兼顾了 ZnO薄膜边 低温P型掺杂生长边高温快速退火提高结晶质量的温度调制外延特殊要 求，还能有效避免有机锌源与氧源之间，以及掺杂剂源与前两种源之间的 强烈预反应，实现有效掺杂与薄膜的均匀洁净生长，使得所生长的高质量ZnO薄膜材料能够满足制备ZnO基短波长光电器件的需要。2、 本发明提供的这种生长氧化锌薄膜的方法，采用的吹气降温方式 与传统的机械部件吹气淬火具有类似效果，将利用吹气和停气来实现降温 和升温的方式引入MOCVD设备是本发明的独到创新之处。此种降温和升 温过程速度快，而且能够非常方便的实现低温生长和高温快速退火过程的 自动快速周期切换，技术简单实用、便于操作。3、 本发明提供的这种生长氧化锌薄膜的装置及方法，采用MOCVD 设备制备生长ZnO薄膜，相比MBE设备，生长速度快，设备、运行维护 成本低，更利于产业化推广，而相比磁控溅射设备，MOCVD设备制备生 长的ZnO薄膜结晶质量高，更适合制备光电器件结构。
图1为本发明提供的生长氧化锌薄膜装置的结构示意图；其中，l为 衬底基座，包含恒温区ll、调温区12， 2为三路射流进气喷管，包含有机 锌源射流喷管21、氧源射流喷管22、掺杂源射流喷管23， 3为喇叭口状 的辅气吹嘴，4为旋转机构的旋转轴，5为不锈钢外壳，包含可升降的上 盖51和下罩52， 6为调温气管道，包含调温气体进气管61，出气管62， 7为反应室抽气口。图2为本发明提供的衬底基座的结构示意图；其中，ll为恒温区，由 加热器111、保温层112和控温探头113构成；12为调温区，由衬底121、 衬底托盘122、隔热层123、测温探头124、调温气体进气口 125、调温气 体出气口 126构成，127为调温气体。其中，恒温区11和调温区隔热层 123固定不动，旋转轴4能带动衬底托盘122和衬底121独立高速旋转。 图3为本发明提供的生长氧化锌薄膜的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1为本发明提供的生长氧化锌薄膜装置的结构示意图， 该装置包括衬底基座1、三路射流进气喷管2、辅气吹嘴3、衬底旋转机构 4、不锈钢外壳5、调温气体管道6和反应室抽气口 7。其中，衬底基座l位于反应室的中部，用于实现氧化锌薄膜的高低温 周期交替生长。如图2所示，图2为本发明提供的衬底基座的结构示意图。该衬底基座1具有双温区结构，下部为恒温区ll，由加热器lll、保 温层112和控温探头113构成；上部为调温区12由衬底121、衬底托盘 122、隔热层123、测温探头124、调温气体进气口 125和调温气体出气口 126构成。其中，恒温区11和隔热层123固定不动，衬底121和衬底托盘 122在衬底旋转机构4的旋转轴带动下高速旋转。衬底基座1具有生长温 度调制功能，可实现氧化锌薄膜的高低温周期交替生长。所述的衬底基座1中的恒温区11的加热器111可以采用热容大的石 墨加热器，工作时，石墨加热器111始终处于700 100(TC的恒定高温状态。 调温区12的热容小导热好的衬底托盘122可采用石墨材料或碳化硅材料。
隔热层123可釆用导热差的石英材料或蓝宝石材料，衬底托盘122与隔热 层123之间的间隙用来通调温气体127。调温气体127自衬底基座调温区内一端的进气口 125导入，自另一端 的出气口126导出，对导热好的衬底托盘122起到降温作用，且不影响衬 底121表面的生长气氛。降温幅度可通过控制通入的调温气体127的流量 来控制，而降温的速度可通过改变衬底托盘122与隔热层123间隙的大小 来调控。调温气体127可以是氮气、液氮气或氩气，工作时，恒温区11 和调温区12的隔热层123固定不动，衬底旋转机构的旋转轴4带动调温 区衬底托盘122和衬底121以100~900转/分钟的转速高速旋转。三路射流进气喷管2，由有机锌源射流喷管21、氧源射流喷管22、掺 杂剂源射流喷管23构成， 一端分别独立连接于反应室外供应有机锌源、 氧源和掺杂剂源的管路，另一端位于衬底基座1上衬底基片的上方呈"品" 字型排列，分别独立提供有机锌源、氧源和掺杂剂源，且管上一排对称分 布的喷气孔上喷出的源气流先在衬底表面上交汇成一点再连成一线，在衬 底高速旋转的配合下，覆盖整个衬底表面。此种设计有效地克了服预反应、 提高了源材料利用率，利于实现有效掺杂和便于选择优化掺杂剂。喇叭口状的辅气吹嘴3， 一端连接于反应室外的供应辅气的管路，另 一端位于衬底基座l上衬底基片的上方。在生长过程中，由三路射流喷管高速喷射到衬底表面的源气流反射形成的热反流气体在衬底上方相遇并 反应产生的大分子团。此时，由辅气吹嘴3通入的大流量氮气或氩气能够
吹扫悬浮的这些大分子团，既可以防止这些非想要的大分子团落到衬底表 面，还可以防止天棚沉积，因此可保证洁净生长。衬底旋转机构4的旋转轴连接于衬底基座1上的衬底托盘的底部，其旋转轴能够带动衬底托盘122和衬底121高速旋转，可实现薄膜的均匀大 面积生长。不锈钢外壳5用于生长氧化锌薄膜装置的密封，包括上盖51和下罩52，上盖51可升降，便于取装衬底基片。调温气体管道6包括调温气体进气管61，出气管62，用来通大流量的氮气、液氮气或氩气等调温气体。进气管61 —端连接于反应室外供应调温气体的管路，另一端连接到衬底基座1上的调温气体进气口 125，用于向衬底基座1内通入调温气体127，出气管62 —端连接于衬底基座1上的调温气体出气口 126，另一端连接到反应室外排调温气体的管路，用于排出通入到衬底基座1内的调温气体127。反应室抽气口7位于反应室的下部，用于抽走反应室的载气、辅气、扩散到反应室内的部分调温气体及残余的源气。利用本发明提供的的用于生长氧化锌薄膜的金属有机物化学气相沉 积设备的装置，进行氧化锌薄膜的P型掺杂高结晶质量生长的方法如图3 所示，图3为本发明提供的生长氧化锌薄膜的方法流程图，包括以下步骤: 步骤301:将清洗过的衬底基片121置入衬底托盘122上； 步骤302:将衬底基座1恒温区11的加热器111升温到700~1000°C
的恒定高温状态。此时，上部调温区12的衬底托盘122和衬底121在下 部加热器111的强热辐照下也具有相同的温度；步骤303:开启衬底旋转机构，旋转轴4带动衬底托盘122和衬底121高速旋转；步骤304:开启调温气体127阀门，由调温气体进气口 125通调温气 体127，通过调解进气流量将衬底托盘122和衬底121降到适宜氧化锌薄 膜P型掺杂生长的350 55(TC，并维持此流量不变；步骤305:由反应室顶部的喇叭口状辅气吹嘴3通入起吹扫作用大流 量氮气；步骤306:由三路射流喷管2的三根喷管21、 22、 23分别通入有机锌 源、氧源和P型掺杂剂源，在具有低温的衬底121表面上进行2~3分钟的 氧化锌薄膜P型掺杂生长；步骤307:关闭三路射流喷管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源， 停止生长，关闭调温气体127，在下部恒温区11热容大的加热器111强热 辐射下，热容小导热好的衬底托盘122和衬底121迅速升温到与加热器相 同的700 1000'C高温状态，对生长的氧化锌薄膜进行1~2分钟的快速退 火，改善结晶质量；步骤308:开启调温气体127，保持步骤4中的流量将衬底托盘122 和衬底121再次降到氧化锌薄膜P型掺杂生长所需的低温，开启三路射流 喷管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，再次进行2 3分钟的氧化锌薄 膜P型掺杂生长；步骤309:关闭三路射流喷管2的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，
停止生长，关闭调温气体127，对生长的氧化锌薄膜进行1~2分钟的快速 退火，改善结晶质量；步骤310:重复步骤308和309，直到生长得到所需要厚度的氧化锌 薄膜；步骤311:关闭加热器111、辅气吹嘴3通入的氮气和衬底旋转机构4， 完成氧化锌薄膜的生长。其中，生长过程中，调温气体127的开关，有机锌源、氧源和P型惨 杂剂源源气的开关，都是通过金属有机物气相沉积(MOCVD)设备的自 动控制系统按照运行操作程序控制软件设定好的开关时间，自动调控周期 切换。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，该装置包括衬底基座(1)，位于反应室的中部，用于实现氧化锌薄膜的高低温周期交替生长；三路射流进气喷管(2)，一端分别独立连接于反应室外供应有机锌源、氧源和掺杂剂源的管路，另一端位于衬底基座(1)上衬底基片的上方，能够为衬底基片提供有机锌源、氧源和掺杂剂源，用于克服源料间的预反应和实现有效掺杂；辅气吹嘴(3)，一端连接于反应室外的供应辅气的管路，另一端位于衬底基座(1)上衬底基片的上方，在氧化锌薄膜生长过程中向反应室内通入起吹扫作用的气体，吹扫所述源气的热反流气体反应产生的大分子团，保证洁净生长；衬底旋转机构(4)，其旋转轴连接于衬底基座(1)上的衬底托盘的底部，用于带动衬底基座(1)上的衬底托盘和衬底高速旋转，实现均匀生长；不锈钢外壳(5)，用于生长氧化锌薄膜装置的密封；调温气体管道(6)，其进气管一端连接于反应室外供应调温气体的管路，另一端连接到衬底基座(1)上的调温气体进气口，用于向衬底基座(1)内通入调温气体，出气管一端连接于衬底基座(1)上的调温气体出气口，另一端连接到反应室外排调温气体的管路，用于排出通入到衬底基座(1)内的调温气体；反应室抽气口(7)，位于反应室的下部，用于抽走反应室的载气、辅气、扩散到反应室内的部分调温气体及残余的源气。
2、 根据权利要求1所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述衬底基座(1)具有双温区结构，下部为恒温区(11)，由加热器(111)、保温层(112)和控温探头(113)构成；上部为调温区(12)由衬底(121)、 衬底托盘(122)、隔热层(123)、测温探头(124)、调温气体进气口 (125) 和调温气体出气口 (126)构成。
3、 根据权利要求2所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于， 所述加热器(111 )采用热容大的石墨加热器，工作时处于700至IOO(TC的恒定高温状态；所述衬底托盘(122)采用石墨材料或碳化硅材料； 所述隔热层(123)采用导热差的石英材料或蓝宝石材料； 所述恒温区(11)和隔热层(123)固定不动，衬底(121)和衬底托盘(122)在衬底旋转机构(4)的带动下高速旋转。
4、 根据权利要求3所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述衬底托盘(122)与隔热层(123)之间的间隙用来通调温气体(127)， 调温气体(127)自衬底基座调温区(12)内一端的进气口 (125)导入， 自另一端的出气口 (126)导出，用于降低衬底托盘(122)的温度，且不 影响衬底(121)表面的生长气氛。
5、 根据权利要求4所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述调温气体(127)对衬底托盘(122)和衬底(121)的降温幅度通过控 制通入的调温气体(127)的流量来控制，降温速度通过改变衬底托盘(122) 与隔热层(123)间隙的大小来调控。
6、 根据权利要求1 、 4或5所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征 在于，所述调温气体(127)至少包括氮气、液氮气和氩气。
7、 根据权利要求1所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述辅气吹嘴(3)为喇叭口状，通入的起吹扫作用的气体为氮气或氩气。
8、 根据权利要求1所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述三路射流进气喷管(2)由有机锌源射流喷管(21)、氧源射流喷管(22)、 掺杂剂源射流喷管(23)构成。_
9、 根据权利要求1所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述不锈钢外壳(5)包括上盖(51)和下盖(52)，上盖(51)可升降，便 于取装衬底基片(121)。
10、 根据权利要求1所述的生长氧化锌薄膜的装置，其特征在于，所 述调温气体管道(6)包括调温气体进气管(61)和出气管(62)。
11、 一种生长氧化锌薄膜的方法，其特征在于，该方法包括 步骤l、将清洗过的衬底基片(121)置入衬底托盘(122)上；步骤2、将衬底基座(1)恒温区(11)的加热器(111)升温到700 至100(TC的恒定高温状态；步骤3、开启衬底旋转机构，旋转轴(4)带动衬底托盘(122)和衬 底(121)高速旋转；步骤4、开启调温气体(127)阀门，由调温气体进气口 (125)通调 温气体(127)，通过调解进气流量将衬底托盘(122)和衬底(121)降到 适宜氧化锌薄膜P型掺杂生长的350至550°C ，并维持此流量不变；步骤5、由反应室顶部的喇叭口状辅气吹嘴(3)通入起吹扫作用大流 量氮气；步骤6、由三路射流喷管(2)通入有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，在具有低温的衬底(121)表面上进行2至3分钟的氧化锌薄膜P型掺杂 生长；步骤7、关闭三路射流喷管(2)的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源， 停止生长，关闭调温气体(127)，在下部恒温区(11)热容大的加热器(111) 强热辐射下，热容小导热好的衬底托盘(122)和衬底(121)迅速升温到 与加热器相同的700至100(TC高温状态，对生长的氧化锌薄膜进行1至2 分钟的快速退火；步骤8、开启调温气体(127)，保持步骤4中的流量将衬底托盘(122) 和衬底(121)再次降到氧化锌薄膜P型掺杂生长所需的低温，开启三路 射流喷管(2)的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源，再次进行2至3分钟 的氧化锌薄膜P型掺杂生长；步骤9、关闭三路射流喷管(2)的有机锌源、氧源和P型掺杂剂源， 停止生长，关闭调温气体(127)，对生长的氧化锌薄膜进行l至2分钟的 快速退火；步骤IO、重复步骤8和9，直到生长得到所需要厚度的氧化锌薄膜；步骤11、关闭加热器(111)、辅气吹嘴(3)通入的氮气和衬底旋转 机构(4)，完成氧化锌薄膜的生长。
全文摘要
本发明公开了一种生长氧化锌薄膜的装置，包括衬底基座、三路射流进气喷管、辅气吹嘴、衬底旋转机构和不锈钢外壳。兼顾了氧化锌薄膜P型掺杂适宜采用低生长温度，而结晶质量提高适宜采用高生长温度的特殊要求。将衬底基座设计成双温区，下部为恒温区，工作时处于高温状态，由热容大的加热器、控温探头和保温层构成；上部为调温区，由热容小导热好的衬底托盘、衬底、测温探头和隔热层构成，通过控制进入导热托盘与隔热层间隙的调温气体的开关时间和吹气流量来实现低温P型掺杂生长和高温快速退火的温度周期调制。本发明同时公开了一种生长氧化锌薄膜的方法。利用本发明，能提高氧化锌薄膜结晶质量和实现均匀生长，并满足制备短波长光电器件需要。
文档编号C30B25/02GK101210345SQ20061016975
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者刘祥林, 张攀峰, 张晓沛, 杨少延, 焦春美, 王占国, 范海波, 董向芸, 赵凤瑷, 魏宏源 申请人:中国科学院半导体研究所