专利名称：一种用于超薄外延层生长的液相外延石墨舟的制作方法
技术领域：
本专利涉及一种生长II1- V或I1-VI族化合物半导体外延超薄层的液相外延石墨舟，特别是指超薄单层、量子阱、多量子阱和量子点等低维结构材料生长用石墨舟，用该石墨舟既能满足常规厚膜的生长，也能重复地生长多层超薄层，可拓展液相外延技术因沉积速率过快而不能进行低维结构材料生长研究的瓶颈。
背景技术：
液相外延技术(LPE technique)是一种成熟的II1- V和I1- VI材料生长技术，近平衡态生长提供了外延层材料的纯度，生长的材料具有高的迁移率和荧光效率；材料致密，应力能小，构建的光电器件暗电流小；掺杂剂可选的范围广，材料沉积效率高，外延生长费用低。然而，近二十年来，因MBE和MOCVD技术可以生长很好地生长超薄层结构，绝大多数基于多层结构的新型器件都是使用这些气态沉积方法构建的。外延层生长采用液相外延技术因高的沉积速率(0.rium/min)而不能构建多层结构器件，为了发挥LPE技术近平衡态生长超纯的多层外延层结构优势，并且控制不同的层有不同的厚度，对水平滑舟型液相外延技术的石墨舟进行改进，可实现不同厚度的多层的外延层生长。液相外延技术外延层的厚度主要依赖于溶解度(solubility)在初始生长温度和结束生长温度间的差别，另外,冷却速率(cooling rate)、生长时间(growth time)、母液的体积、过冷度(supercooling degree)等因素也会影响外延层的生长厚度。采用减少母液与衬底的接触时间的方式，A.Krier采用LPE技术生长了 InAsSbP量子点(见文献:A.Krier, J.Phys.D-Appl.Phys.32 (20)，2587 (1999) ) ；V.A.Mishurnyi 也采用 LPE 技术生长了 InGaAsP/GaAsP 量子讲(见文献:V.A.Mishurnyi, Crit.Rev.Solid State Mat.Sc1.31 (1-2)，I (2006))，每层的厚度是l(T40nm。设计较窄的液槽狭缝宽度(0.5 2mm)，减少衬底和液相母液的接触时间，加之用较少体积的母液，低温生长等，使用直线电机精确制动推杆，控制滑板单方向运动 或往复运动，实现超薄多层外延结构的可重复生长。
发明内容本专利的目的是设计一种用于超薄层生长的液相外延石墨舟，生长超薄多层结构材料，并构建新型器件。本专利石墨舟包括盖板1.0、母液舟2.0、衬底滑板3.0和底座4.0 ;其特征在于:母液舟2.0通过小孔固定在底座上，即用石墨圆棒穿过底座上的圆孔4.2与对应母液舟上的圆孔2.1，其液槽的空隙部分如一个楔形，较低位置处是一个很窄的狭缝2.4，液槽上有单独使用盖板1.0，形状如同尺寸相差一点的两个方块链接在一起，能很严实地盖在液槽上；衬底滑板正反面各有一个不同槽深的衬底槽3.2，而且有预留的滑板空隙3.1，安放的滑板夹片3.4，底座下方的回收槽4.1之间是隔开的，用于回收不同母液，避免之间的相互污染，用石墨圆棒穿入底座上的小圆孔4.2与母液舟的小圆孔2.1而将母液舟与底座固定，使衬底滑板在其中间滑动，底座下方有几个与母液舟2.3对应的回收槽4.1，便于无污染的母液回收，实现母液再次利用。所说的盖板1.0是两个小方台构成，较小的方台1.3能很严实地盖在液槽上，较大小方台1.2的外侧有便于镊子夹取的两个圆柱形小孔。所说的母液舟2.0有四个液槽2.3，每个液槽的空隙楔形狭缝2.4宽度可以是一系列的尺寸或者宽度一致，一般是几个mm，本专利示例中四个液槽狭缝宽度分别是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm,且狭缝的方向垂直于母液舟的运动方向；若生长不同外延层的温度有很大差距，液槽之间的距离可以增大，保证衬底在液槽之间的下方停留，或者多加一个无狭缝的液槽2.2以停留衬底，等待升降温过程。所说的衬底滑板3.0正反面各有一个不同槽深的衬底槽3.2，适合不同衬底厚度或者因为衬底厚度误差带来的衬底槽过深或太浅的情况，且有预留的滑板空隙3.1，卡放不同型号的滑板夹片，既能实现多层外延层生长，又能在生长结束让母液回收到对应的回收槽4.1中。本专利的优点在于设计新型水平滑舟型石墨舟，实现LPE技术近平衡态生长多层结构，并控制不同层有不同的厚度，且构建新型器件，在这方面可与常规MBE和MOCVD技术再次竞争。采用高精度的直线电机来推舟，可确保多层外延层生长的可重复性。
图1是石墨舟首I]面结构不意图。图中1.0—盖板，1.1一小孔，2.0—母液舟，2.1一圆孔，2.2—没有狭缝的液槽，2.3—液槽，2.4一狭缝，3.0—滑板，3.1一滑板空隙，3.2—衬底槽，3.3—拉杆小孔，3.4—拉杆，4.0—底座，4.1一回收槽。图2是石墨舟左视结构不意图。1.0—盖板，2.0—母液舟，3.0—滑板，4.0—底座，
4.2一圆孔(用石墨圆·棒穿入，固定底座与母液舟)。图3是石墨盖板的结构不意图。1.0—盖板，1.1一小孔，1.2—上方块，1.3—下方块。图4是母石墨舟的母液舟二视图。A—母液舟的主视图，B—母液舟的俯视图，C一母液舟的左视图，2.1—圆孔，2.2—无狭缝的液槽，2.3—液槽，2.4一狭缝。图5是滑板和滑板夹片的结构示意图。A—滑板的主视图，B—滑板的主视图，3.1滑板空隙，3.2—衬底槽，3.3—拉杆小孔，3.4—小号滑板夹片，3.5—中号滑板夹片，3.6—大号滑板夹片。图6是具体实施案例多量子阱a/b/A/b的生长结构示意图。A— a熔源生长位置，B— b溶液生长位置，C一a/b/a/b多量子阱生长结束位置，3.4—拉杆，3.5—中号滑板夹片，
2.2.1一观察衬底用液槽，1、2、3、4是四个回收槽，1、I1、II1、IV是对应的母液槽。
具体实施方式
以下结合附图对本专利的具体实施方式
做进一步的详细说明:本实施以a/b/a/b多量子讲生长为例:1，熔源和衬底装载到LPE系统中。装入已长时间高温恒温的a与b母液到分别到1、II液槽中，并装入衬底到滑板的衬底槽上，启动LPE系统，进行抽真空和加热过程。2，a外延层生长。见图6的A结构示意图，直线电机快速拉动(直线运动速度lm/s)a母液经过衬底表面，速度较快，又因I狭缝宽度是0.5_，衬底和母液接触时间较短，将会有晶体a析出在衬底上，且外延层很薄。加之低温生长和小的母液体积(母液若置于2.2.1观察衬底的槽中，其高度控制在2mm),可控制更薄的外延层(flOOnm)。3，b外延层生长。见见图6的B结构示意图，拉杆控制滑板移动(设置直线速度lm/s,也可以改变速度，来调整衬底和母液的接触时间，实现控制不同膜厚的目的)，将衬底带到b母液槽狭缝位置处，II狭缝宽度是1mm，此时有滑板夹片，a母液也不会落入回收槽I中。4，重复a/b外延层生长。如图6中的A、B所示，滑板的再一次往复运动就可以第二次a/b外延层的生长。5，生长结束。见图6的C结构示意图，a/b/a/b生长过程接触后，拉动滑板使已生长的外延层正对母液舟最右边的液槽2.2.2，以便于通过此液槽观察薄膜表面的生长情况，又可以让a、b母液掉进对应的1、2回收槽 中，便于下次生长再利用。
权利要求1.一种用于超薄层生长的液相外延石墨舟，包括盖板(1.0)、母液舟(2.0)、衬底滑板(3.0)和底座(4.0);其特征在于: 母液舟(2.0)通过小孔固定在底座上，即用石墨圆棒穿过底座上的圆孔(4.2)与对应母液舟上的圆孔(2.1)，其液槽的空隙部分如一个楔形，较低位置处是一个很窄的狭缝(2.4)，液槽上有单独使用盖板(1.0)，形状如同尺寸相差一点的两个方块链接在一起，能很严实地盖在液槽上；衬底滑板正反面各有一个不同槽深的衬底槽(3.2)，而且有预留的滑板空隙(3.1)，安放的滑板夹片(3.4)，底座下方的回收槽(4.1)之间是隔开的，用于回收不同母液，避免之间的相互污染，用石墨圆棒穿入底座上的小圆孔(4.2)与母液舟的小圆孔(2.1)而将母液舟与底座固定，使衬底滑板在其中间滑动，底座下方有几个与母液舟(2.3)对应的回收槽(4.1)，便于无污染的母液回收，实现母液再次利用。
2.根据权利要求1所述的一种用于超薄层生长的液相外延石墨舟，其特征在于:所说的盖板(1.0)是两个小方台构成，较小的方台(1.3)能很严实地盖在液槽上，较大小方台(1.2)的外侧有便于镊子夹取的两个圆柱形小孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于超薄层生长的液相外延石墨舟，其特征在于:所说的母液舟(2.0)有四个液槽(2.3)，每个液槽的空隙楔形狭缝(2.4)宽度可以是一系列的尺寸或者宽度一致，一般是几个mm，本专利示例中四个液槽狭缝宽度分别是0.5mm、1mm、L5mm、2mm，且狭缝的方向垂直于母液舟的运动方向；若生长不同外延层的温度有很大差距，液槽之间的距离可以增大，保证衬底在液槽之间的下方停留，或者多加一个无狭缝的液槽(2.2)以停留衬底，等待升降温过程。
4.根据权利要求1所述 的一种用于超薄层生长的液相外延石墨舟，其特征在于:所说的衬底滑板(3.0)正反面各有一个不同槽深的衬底槽(3.2)，适合不同衬底厚度或者因为衬底厚度误差带来的衬底槽过深或太浅的情况，且有预留的滑板空隙(3.1)，卡放不同型号的滑板夹片，既能实现多层外延层生长，又能在生长结束让母液回收到对应的回收槽(4.1)中。
专利摘要本专利公开了一种用于超薄外延层生长的液相外延石墨舟，该石墨舟包括盖板、母液舟、滑板和底座。该专利的特征是盖板为分离的，每个都能很严实地盖在母液舟上而不易滑动，同时液槽的空隙部分如同一个楔形，较低位置处是一个很窄的狭缝，从而减少熔源与衬底的接触时间，实现低维结构超薄材料的液相外延近平衡态生长，而且衬底滑板正反面各有一个不同深度的衬底槽，适合不同衬底厚度情况或因为衬底厚度误差带来的衬底槽过深或太浅的情况，底座有回收母液的回收槽，便于母液的多次使用。本专利的优点是采用液相外延技术实现超薄外延层或常规厚膜生长，近平衡态生长的超纯外延层为设计新型材料和构建新型器件提供了一个新的研究方向。
文档编号C30B19/06GK203128690SQ20132005716
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月31日 优先权日2012年6月25日
发明者邱锋, 胡淑红, 孙常鸿, 王奇伟, 吕英飞, 郭建华, 邓惠勇, 戴宁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所