CN101760775A - 一种连续液相外延法制备薄膜的方法和装置 - Google Patents

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郑智雄
南毅
马殿军
王致绪
邹予
戴文伟
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Abstract

一种连续液相外延法制备薄膜的方法和装置，属于液相外延技术领域。本发明使用一种至少具两个旋转单元的设备进行液相外延生长，衬底片可在旋转单元中轮流进行外延操作，每次操作完毕，不必等炉膛完全冷却，即将衬底片上升至其中的一个旋转单元内，离开炉膛上方进行冷却，同时将另一旋转单元内第二批次的衬底片转入炉膛，进行第二批次的液相外延操作，如此重复，消除了现有技术炉膛必须冷却后再重新升温，能量大量浪费的弊端。

Description

一种连续液相外延法制备薄膜的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种液相外延方法及装置，特别涉及一种连续液相外延法制备薄膜的方法和装置。
背景技术
外延生长是半导体材料和器件制造的一项重要工艺。在单晶衬底上从饱和溶液中生长外延层的方法称液相外延(LPE)。例如，GaAs外延层就可从以Ga为溶剂、As为溶质的饱和溶液中生长出来。液相外延方法是在1963年由纳尔逊(Nelson)提出的。
液相外延技术的出现，对于化合物半导体材料和器件的发展起了重要的推动作用。目前这一技术已广泛用于生长GaAs、GaAlAs、GaP、InP、Ga InAsP等半导体材料和制作发光二极管、激光二极管、太阳能电池、微波器件等。
液相外延的方法之一是采用液相外延炉，衬底夹具位于炉中。然而，传统的液相外延炉，每次操作时，衬底生长后，只能等衬底片在炉内完全冷却后才能取出，再进行下一次操作。在此期间炉内的溶剂也先冷却-再重新加热，大量能量在冷却过程中被浪费，并且由于冷却所需的时间长，每次操作的时间也长，炉膛利用效率不高。
发明内容
本发明的目的在于针对液相外延法制备外延薄膜时，衬底片和溶剂冷却时间过长而设计一种可连续液相外延的方法及外延设备。
本发明的技术方案如下：
一种连续液相外延法制备薄膜的方法，使用一种至少具两个旋转单元的设备，其特征在于：该方法包括：
A、在炉膛的坩埚内加入熔料，在第一旋转单元中的衬底夹具中装入衬底片；
B、第一旋转单元转至炉膛上方，打开炉膛上方及旋转单元的密封盖，下降衬底夹具至炉膛内，进行液相外延操作；
C、外延生长完成，上升衬底夹具至第一旋转单元，然后炉膛上方及旋转单元的密封
盖各自封闭，第一旋转单元离开炉膛上方；
D、在第一旋转单元中的衬底片进行外延生长的同时，在第二旋转单元中的衬底夹具装入衬底片；
E、第一旋转单元离开炉膛上方后，第二旋转单元转至炉膛上方，重复第一旋转单元的操作，进行外延生长。
该方法进一步包括：第二旋转单元进行外延生长的同时，卸下第一旋转单元内已外延生长的衬底片，并装入新的待外延生长的衬底片，等第二旋转单元内的衬底片完成外延生长后，第二旋转单元离开炉膛上方，第一旋转单元转至炉膛上方，重新重复外延生长动作，如此反复重复进行连续的衬底片外延生长。
一种连续外延的液相外延法制备薄膜的装置，包括一个炉膛和至少两个旋转单元，其特征在于：所述的旋转单元与炉膛为可分离式，旋转单元可通过旋转，定位于炉膛上方或离开炉室上方。
所述的旋转单元包括一阀室、一升降旋转轴及一副室，阀室用于容纳衬底夹具。
所述的升降旋转轴底部与衬底夹具连接。
还包括至少两个的定位旋转轴，所述的旋转单元绕定位旋转轴旋转。
所述的旋转单元可沿定位旋转轴上下移动。每个旋转单元的阀室底部都具有可移开式密封盖，当移至炉室上时，密封盖可移开，供阀室与炉室相通，当离开炉室时，密封盖可被重新封于阀室底部。
所述的炉室分为上炉室与下炉室，所述的上炉室顶部具有密封盖，当阀室移至炉室上时，该上炉室的密封盖可移开，供阀室与炉室相通，当离开炉室时，该上炉室的密封盖可被重新封于炉室顶部。阀室底部的密封盖与炉室顶部的密封盖互相配合，使高温的衬底片可始终被隔绝于一封闭空间内，以被惰性气体保护。
从以上描述可知，发明使用一种至少具两个旋转单元的设备进行液相外延生长，衬底片可在旋转单元中轮流进行外延操作，每次操作完毕，不必等炉膛完全冷却，即可将衬底片上升至其中的一个旋转单元内，离开炉膛上方进行冷却，同时将另一旋转单元内第二批次的衬底片转入炉膛，进行第二批次的液相外延操作，如此重复，消除了现有技术炉膛必须冷却后再重新升温，能量大量浪费的弊端，本发明的方法及设备可缩短每次液相外延的时间，大大提高了液相外延炉的使用效率。
附图说明
图1为本发明一种连续外延的液相外延法制备薄膜的装置的立体结构示意图；
图2为本发明一种连续外延的液相外延法制备薄膜的装置的顶视图；
图3为本发明其中一个旋转单元旋转至炉室上方，互相配合的示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种连续外延的液相外延法制备薄膜的装置，包括：第一旋转单元1和第二旋转单元2，以及炉室3。
第一旋转单元1包括一升降旋转轴11、一副室12及一阀室13，阀室13的一面有一门16，用于衬底片或整个衬底夹具的进出；升降旋转轴11外接一装置，控制该轴作升降或旋转运动。升降旋转轴11底部固定连接或可拆卸地连接一衬底夹具，该衬底夹具可随升降旋转轴运动，降入炉室内3内或上升至阀室13内。阀室底部具有密封盖(图中未显示)。
第一旋转单元1通过一立柱15及一定位旋转轴14旋转。
与第一旋转单元1类似，第二旋转单元2包括一升降旋转轴21、一副室22及一阀室23，阀室23的一面有一门26，用于衬底片或整个衬底夹具的进出；升降旋转轴21外接一装置，控制该轴作升降或旋转运动。升降旋转轴21底部固定连接或可拆卸地连接一衬底夹具，该衬底夹具可随升降旋转轴运动，降入炉室内3内或上升至阀室23内。(图中未显示)。
第二旋转单元2通过一立柱25及一定位旋转轴24旋转。
同时参见图1及图3，炉室3分为上炉室31及下炉室32，上炉室31上方有一密封盖(图中未显示)；下炉室32内有一坩埚33用于液相外延生长；石墨坩埚外有一石墨加热器，用于加热石墨坩埚；石墨加热器连接电极34。
使用时，将衬底片安置于衬底夹具，衬底夹具再经阀门16或阀门26固定于升降旋转轴11或21底部。在坩埚33中先装入溶质和溶剂。将第一旋转单元1旋转至炉室3上方，固定，炉室3的密封盖和阀室13下的密封盖打开，抽真空至10-4Pa后往炉室3和阀室13内通入惰性气体。升温坩埚33至所需温度使溶质和溶剂熔解。升降旋转轴11由阀室13内下降至炉室3内，使衬底夹具溶于熔液中。降温，待夹具上的衬底片生长至一定厚度，提升旋转升降轴11，使夹具上升至阀室13。密封炉室3和阀室12，绕旋转轴14旋转整个旋转单元180°，使第一旋转单元1离开炉室3上方。同时旋转第二旋转单元2，该第二旋转单元2的阀室24内装有待液相外延的衬底片，重复前面外延生长的步骤。
第二旋转单元2进行外延生长的同时，卸下第一旋转单元1内已外延生长的衬底片，并装入新的待外延生长的衬底片，等第二旋转单元2内的衬底片完成外延生长后，离开炉膛上方，第一旋转单元1转至炉膛上方，重新重复外延生长动作，如此反复进行连续的衬底片外延生长。
由于无需等炉室充分冷却才取出外延生长的外延片，就可进行第二次批次的外延生长，所以，可缩短每次液相外延的时间，节省能量消耗，大大提高了液相外延炉的使用效率。
上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种连续液相外延法制备薄膜的方法，使用一种至少具两个旋转单元的设备，其特征在于：该方法包括：
A、在炉膛的坩埚内加入熔料，在第一旋转单元中的衬底夹具中装入衬底片；
B、第一旋转单元转至炉膛上方，打开炉膛上方及旋转单元的密封盖，下降衬底夹具至炉膛内，进行液相外延操作；
C、外延生长完成，上升衬底夹具至第一旋转单元，然后炉膛上方及旋转单元的密封盖各自封闭，第一旋转单元离开炉膛上方；
D、在第一旋转单元中的衬底片进行外延生长的同时，在第二旋转单元中的衬底夹具中装入衬底片；
E、第一旋转单元离开炉膛上方后，第二旋转单元转至炉膛上方，重复第一旋转单元的操作，进行外延生长。
2.如权利要求1所述的一种连续液相外延法制备薄膜的方法，其特征在于：该方法进一步包括：第二旋转单元进行外延生长的同时，卸下第一旋转单元内已外延生长的衬底片，并装入新的待外延生长的衬底片，等第二旋转单元内的衬底片完成外延生长后，第二旋转单元离开炉膛上方，第一旋转单元转至炉膛上方，重新重复外延生长动作，如此反复重复进行连续的衬底片外延生长。
3.一种连续液相外延法制备薄膜的装置，包括一个炉膛和至少两个旋转单元，其特征在于：所述的旋转单元可通过旋转，定位于炉膛上方或离开炉室上方。
4.如权利要求3所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：所述的旋转单元包括一阀室、一升降旋转轴及一副室。
5.如权利要求4所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：所述的升降旋转轴底部与衬底夹具连接。
6.如权利要求3所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：还包括至少两个的定位旋转轴，所述的旋转单元绕定位旋转轴旋转。
7.如权利要求6所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：所述的旋转单元可沿定位旋转轴上下移动。
8.如权利要求3所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：每个旋转单元的阀室底部都具有可移开式密封盖。
9.如权利要求3所述的一种连续液相外延法制备薄膜的装置，其特征在于：所述的炉室分为上炉室与下炉室，所述的上炉室顶部具有密封盖。
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