[实用新型]氧化锌薄膜生长用金属有机化合物汽相淀积设备

说明书

本实用新型涉及一种金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)设备，特别是涉及一种用于生长宽带隙半导体氧化锌(ZnO)薄膜的MOCVD设备。

氧化锌(ZnO)材料是继氮化镓(GaN)之后世界热点研究的又一种重要宽带隙半导体材料，其带隙和晶格常数与GaN非常接近，晶型相同，有相近光电特性。而ZnO还具有更高的熔点和激子束缚能，激子增益更高，外延生长温度低、成本低，容易刻蚀而使后继加工工艺更方便等优于GaN的多种特性，显示出比GaN具有更大的发展潜力。ZnO薄膜材料的生长有多种方法，有蒸发、磁控溅射、离子束溅射、脉冲激光淀积(PLD)、金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等。溅射是最常用的方法，但只能生长出质量较差的多晶薄膜，不能满足许多器件的制备需要。MOCVD方法可以生长大面积均匀、质量较高的ZnO薄膜，适合工业化生产。因此制备适合于生长ZnO薄膜材料的MOCVD设备及探索新的工艺方法是目前科技界和产业界亟待解决的课题。目前和本实用新型最接近的已有MOCVD设备是美国Emcore公司制造的具有立式反应室的MOCVD设备。这种MOCVD设备是由气体输运系统、反应室、控制系统、尾气处理系统等构成的。其中最核心的部分是反应室，见附图1，这种MOCVD设备的反应室是由带有抽气孔(8)的底座法兰盘(1)、反应室侧壁(2)、旋转轴(3)、磁流体轴承(4)、电机(5)、上法兰盘(6)、不锈钢丝网(7)、加热片(9)、衬底片托盘(10)，主源气路(11)，副气路(12)(13)，混气室(14)等部件构成。

用MOCVD法生长ZnO薄膜通常是以Zn的烷基化合物二乙基锌[Zn(C₂H₅)₂]或二甲基锌[Zn(CH₃)₂]为Zn源，以高纯氧为O源，在蓝宝石(Si、GaAs或ZnO等其它衬底)衬底上生长的。用美国Emcore公司制造的MOCVD设备，在生长ZnO薄膜时遇到以下难以解决的问题：

1.  由于Zn(C₂H₅)₂或[Zn(CH₃)₂]都与O₂极易发生气相反应，如果这两种源同时由主源气路(11)或副气路(12)(13)通入反应室，就会在空间相遇，发生反应，从而生长成ZnO颗粒，沉积在衬底上，使ZnO薄膜的生长质量变差。

2.通常生长的ZnO由于偏离化学计量比而存在氧空位和间隙锌原子，使材料呈n型，因而实现ZnO材料p型或高阻掺杂是极为困难的。

3.为了在衬底上均匀生长薄膜材料，源必须均匀的分布在衬底表面上。

4.衬底上热分布应非常均匀，否则将影响ZnO膜厚度及质量的均匀性。

本实用新型正是为了解决以上困难而设计的一种生长ZnO薄膜材料专用的金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)设备，该设备可达到抑制Zn(C₂H₅)₂或Zn(CH₃)₂与O₂在空间发生气相反应生长成ZnO颗粒，使源在衬底表面上分布均匀，衬底加热均匀，有利于p型或高阻掺杂的目的。

本实用新型的MOCVD系统也是由气体输运系统、反应室、控制系统、尾气处理系统等部分构成。其中核心部分为反应室(见附图2和附图2说明)，是由带有抽气孔(8)的底座法兰盘(1)、反应室侧壁(2)、旋转轴(3)、磁流体轴承(4)、电机(5)、上法兰盘(6)、不锈钢丝网(7)、加热片(9)、衬底片托盘(10)，杂质源气路(11)，副气路(12)(13)、混气室(14)、锌源喷枪(15)、氧源喷枪(16)、匀气套(17)、射频等离子发生器(18)等部件构成。

本实用新型的特征是将原主气路(11)改为通杂质源的杂质源气路(11)，在混气室(14)中杂质源气路(11)的下面添加一个射频等离子发生器(18)，杂质源气体进入射频等离子发生器(18)离化后再进入反应室；在反应室的侧壁两侧分别插入锌源喷枪(15)和氧源喷枪(16)，锌源喷枪(15)和氧源喷枪(16)上都加套有匀气套(17)。