一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟，该石墨舟包括盖板、母液槽、双衬底槽滑板和主体槽，在双衬底槽滑板上有两个相邻的衬底槽A和B，按滑板移动方向，前一个衬底槽A装牺牲片，后一个衬底槽B装生长片，牺牲片用于纯化母液，生长片用于生长外延薄膜。本发明的优点在于：这种独有的双衬底槽石墨舟通过牺牲片纯化母液的手段，将有效降低母液中杂质对外延薄膜的影响，从而达到降低外延薄膜中的载流子浓度，提高外延薄膜的电学性能的目的。
【专利说明】一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟
【技术领域】
[0001]本发明世纪一种石墨舟，具体涉及一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟，它应用于红外探测器和光电转换领域的半导体材料提纯技术及高质量外延材料的生长。
【背景技术】
[0002]液相外延技术(LPE technique)是一种成熟的半导体薄膜生长技术。相对于分子束外延等外延技术，LPE有操作简单，生长周期短，外延生长费用低且其近热平衡态生长方式得到的外延薄膜缺陷少等优点。然而母液中不可避免携带的杂质将影响外延薄膜的质量。以InAs同质外延为例，富In母液中有Si和S两种主要的背景杂质元素，除此之外还有Se、C、Te和O等杂质。这些杂质或充当施主或为受主，导致了外延薄膜中载流子浓度过高。经过我们的调研，解决的办法主要有三种:(I)在氢气氛围中，长时间高温烘烤以期杂质挥发。但该方法引入氢气具有一定的危险性，且所需时间太长，50小时可以将杂质浓度降到2xl06Cm_3[l]。(2)用石英舟代替石墨舟，利用石英舟纯度高于石墨舟纯度的特点，用石英舟代替石墨舟以期减少外延薄膜中的杂质[2]。但该方法会发生严重粘舟现象[3]，即母液与石英舟浸润，导致母液粘黏在石英舟上难以除下。(3)在母液中加入稀土元素:通过稀土元素特有的活性，吸聚母液中弥散的杂质，从而提纯母液[4]，但是稀土元素的掺入有时会导致外延膜形貌变差[5]。现在所用的方法一般为用石墨舟承载掺杂稀土元素的母液，并在氢气氛围下烘烤，以尽可能地减少母液中的杂质。但是这样的方式仍然存在不足:稀土元素会与弥散在母液中的杂质形成稳定的不溶于富In母液的化合物，并且会积聚在母液的表面[6]，而这些不溶化合物在外延薄膜生长的过程中会优先沉积在生长片上，严重的影响外延薄膜的生长，使外延薄膜的电学性能变差。本发明就是为了尽可能的除去积聚在母液表面的杂质，以提高外延薄膜的电学性能。
[0003]文中涉及的参考文献如下:
[0004][I]Harrison R J and Houston P A, J.Crystal Growth, 78 (1986)257
[0005][2]高玉竹，龚秀英等，光电子.激光，16 (2005) 11
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[0007][4]M.C.ffu, Ε.H.Chen, T.S.Chin, and Y.K.Tu, Jpn.J.App1.Phys.30 (1991)，2679
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[0009][6] Gao W, Berger P R, Ervin M H, Pamulapati J, Lareau R Tand Schauer S, J.Appl.Phys.80(1996)7094
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种通过牺牲片来纯化母液的双衬底槽液相外延用石墨舟，以此来减轻在母液中加入稀土元素后形成稳定的不溶于母液并积聚在母液的表面的化合物会优先沉积在生长片上，严重地影响外延薄膜的质量，使外延薄膜的电学性能变差的问题。
[0011]该石墨舟它包括盖板1、母液槽2、双衬底槽滑板3和底座4，其中:
[0012]所述的底座4是一种用以放置双衬底槽滑板和固定母液槽的平底“U”型槽；
[0013]所述的双衬底槽滑板3在其滑板上有两个相邻的衬底槽，即用于放置牺牲片的衬底槽A3.1和用于放置外延生长片的衬底槽B3.2，按滑板移动方向，前一个为衬底槽A3.1，后一个为衬底槽B3.2，其相隔间距与母液槽2中相邻的两个液槽2.1的间距一致；
[0014]所述的母液槽2是一块可以插入底座的长方体石墨块，其上开有η个矩形通槽即液槽，用以盛放母液，η由晶体生长所需的母液种类数决定；
[0015]双衬底槽滑板3平放于底座4上的“U”型槽的底部，可以来回滑动，母液槽2位于双衬底槽滑板之上，石墨圆柱穿过底座上的通孔4.1和母液槽的通孔2.2将其固定在底座上，盖板I盖住母液槽2防止液槽中的母液挥发。
[0016]这种石墨舟的优点在于:双衬底槽滑板上有相邻的两个衬底槽A3.1和Β3.2，其相邻间隔与母液槽相邻的两个液槽2.1—致。按滑板移动方向，前一个衬底槽A3.1放置牺牲片，使其能够优先接触母液，从而使积聚在母液表面的不溶化合物尽可能沉积在牺牲片上，于是放置在衬底槽Β3.2的生长片就能与相对纯净新鲜的母液接触，以便于生长出高质量的外延薄膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是稀土纯化母液的原理示意图。
[0018]图2是利用双衬底槽滑板减少在母液中加入稀土后形成的积聚在母液表面的不溶化合物的原理示意图。图2-1是滑板移动之前的示意图；图2-2是母液与牺牲片接触的不意图；图2_3是母液与生长片接触的不意图；图2_4是滑板移动结束的不意图；图2_5是生长结束后生长片和牺牲片上的薄膜示意图。
[0019]图3是母液槽的结构不意图。图3_1是俯视图；图3_2是左视首I]面图。2.1一液槽，2.2—母液槽通孔。
[0020]图4是双衬底槽滑板的结构不意图。图4_1是俯视图；图4_2是主视首I]面图。3.1—牺牲片槽，3.2—生长片槽，3.3—推杆插孔。
[0021]图5是底座的结构不意图。图5_1是俯视图；图5_2是左视图。4.1一底座通孔。
[0022]图6是石墨舟整体结构不意图。图6_1是整体主视首I]面图；6_2是左视首I]面放大图。I一盖板，2—母液槽，3—双衬底槽滑板，3.4一推杆，4一底座。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明:
[0024]以生长InAs同质外延为例:
[0025]I称量:按照相图称取一定量的In和InAs，然后称取适量的稀土元素Gd。
[0026]2组装石墨舟:将双衬底槽滑板平放在底座的槽的底部，然后将母液槽插入底座的槽中，两端对齐，并在底座侧面的通孔中插入石墨短棒以固定母液槽。拖动双衬底槽滑板来调整其位置，按滑板移动方向使生长片槽刚好完全被母液槽后端盖住。最后将称量好的In和InAs放入母液槽的液槽中，盖上盖板。本实施事例中液槽尺寸为12x10x14mm，有6个，为了能够生长不同材料的薄膜或多层薄膜。
[0027]3将石墨舟装入LPE设备，然后将推杆插入双衬底槽滑板上的推杆插孔，密封后开启系统，设定好程序并抽真空。
[0028]4在氢气氛围下加热至650°C，并恒温2h，使In和InAs混合均匀，然后冷却。
[0029]5取出石墨舟，在冷却的母液中加入称量好的稀土元素Gd，重复步骤3和4。
[0030]6准备两块InAs衬底，一块作为牺牲片，一块作为生长片。对衬底进行预处理(清洗、腐蚀等)，分解石墨舟后分别装入对应的衬底槽。本实施事例中衬底槽尺寸为12x12x0.5mm。
[0031]7将冷却的母液装入相应的液槽，组装好石墨舟。将石墨舟装入LPE设备，插入推杆，密封后开启系统，设定好程序并抽真空。然后在氢气氛围下加热至650°C，并恒温2h，接着按设定程序进行，拖动滑板使牺牲片与母液接触，等待几分钟使母液中的杂质能够尽可能多的沉积在牺牲片上。
[0032]8再次拖动滑板使母液离开牺牲片之后迅速与生长片接触并开始外延薄膜的生长。调整生长时间可以获得不同厚度(几十个纳米到几个微米)的薄膜。
[0033]9完成外延薄膜生长后立即快速冷却，最后关闭设备。
【权利要求】
1.一种具有纯化母液功能的双衬底槽液相外延石墨舟，它包括盖板(I)、母液槽(2)、双衬底槽滑板(3)和底座(4)，其特征在于: 所述的底座(4)是一种用以放置双衬底槽滑板和固定母液槽的平底“U”型槽； 所述的双衬底槽滑板(3)在其滑板上有两个相邻的衬底槽，即用于放置牺牲片的衬底槽A (3.1)和用于放置外延生长片的衬底槽B (3.2)，按滑板移动方向，前一个为衬底槽A(3.1)，后一个为衬底槽B(3.2)，其相隔间距与母液槽⑵中相邻的两个液槽(2.1)的间距一致； 所述的母液槽(2)是一块可以插入底座的长方体石墨块，其上开有η个矩形通槽即液槽，用以盛放母液，η由晶体生长所需的母液种类数决定； 双衬底槽滑板(3)平放于底座(4)上的“U”型槽的底部，可以来回滑动，母液槽(2)位于双衬底槽滑板之上，石墨圆柱穿过底座上的通孔(4.1)和母液槽的通孔(2.2)将其固定在底座上，防止液槽中的母液挥发的盖板(I)盖住母液槽(2)。
【文档编号】C30B19/06GK104328487SQ201410546778
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】王洋, 胡淑红, 吕英飞, 戴宁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所