本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置及其半導(dǎo)體材料的生長方法，可應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子器件和電子器件的制備。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體薄膜、納米點(量子點)或納米線等結(jié)構(gòu)的生長，是制備半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵。化學(xué)氣相沉積(包括金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD或OMVPE))是最常用的生長方法之一(Journal of Applied Physics，vol.104，PP.113114，2008)。化學(xué)氣相沉積的原理是：氣態(tài)的源材料在高溫下發(fā)生裂解，裂解的產(chǎn)物(如原子)在襯底上吸附和遷移，并最終結(jié)合形成半導(dǎo)體材料。因此，生長溫度通常較高(如生長GaN材料，通常需要1000℃以上的高溫)，這會提高生長成本、破壞器件結(jié)構(gòu)(如高溫下，原子擴散會導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)的界面組分漸變)。

目前，通常采用等離子輔助的方式，實現(xiàn)在低溫下裂解(或離化)氣態(tài)的源材料(如PECVD)，以降低生長溫度。但是，等離子體的產(chǎn)生，需要采用大功率射頻電源，這會危害人體健康、且裝置復(fù)雜；并且，等離子體通常是安裝在反應(yīng)室內(nèi)部，因此反應(yīng)室的腔內(nèi)需要放置襯底、加熱裝置、水冷裝置以及等離子發(fā)生裝置、并且還要保持良好的氣密性。這會增加設(shè)備的復(fù)雜度、價格和維護成本。

因此，如何裂解(或離化)氣態(tài)源，并具有裝置簡單、易實施、以及低成本的特點，是本發(fā)明的創(chuàng)研動機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易實施、低成本、安全性高的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置。本發(fā)明的另一目的還提供了一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法。

本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置，其技術(shù)方案為：

一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置，包括反應(yīng)室、設(shè)置在反應(yīng)室中的襯底和加熱器、傳輸管路，所述加熱器用于加熱所述襯底，所述傳輸管路連接反應(yīng)室，其特征在于：所述傳輸管路中設(shè)置有離化裝置。

本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置，還可以包括以下附屬技術(shù)方案：

其中，所述離化裝置是尖端放電裝置，所述尖端放電裝置的針尖插入到傳輸管路中。

其中，所述針尖與傳輸管路之間設(shè)置有絕緣層。

其中，所述針尖的形狀是錐形、圓錐形或者尖錐陣列。

本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其技術(shù)方案為：

一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其特征在于：使用加熱器加熱襯底，把反應(yīng)氣體通入到反應(yīng)室，設(shè)置在傳輸通道中的離化裝置把反應(yīng)氣體離化，離化后的反應(yīng)氣體在反應(yīng)室中反應(yīng)生成晶體材料。

本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，還可以包括以下附屬技術(shù)方案為：

其中，所述傳輸管路包括傳輸管路一和傳輸管路二，所述離化裝置設(shè)置在傳輸管路二中，所述離化裝置的離化方法是尖端放電方法，所述尖端放電方法是在傳輸管路中插入針尖，通過在針尖上施加1千伏特～10萬伏特的高電壓，使得針尖放電，從而電離傳輸管路中的反應(yīng)氣體；所述的尖端放電方法，放電電流小于10毫安。

本發(fā)明還提供了一種GaN半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其技術(shù)方案為：

一種GaN半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其特征在于：

首先，利用加熱器，將襯底的溫度升高到650-750℃，并在傳輸管路一中通入含有三甲基鎵的氮氣，在傳輸管路二中通入氨氣，所述傳輸管路二中設(shè)置有 放電針尖；

其次，在放電針尖上施加2.8萬-3.2萬伏的電壓，使得針尖處的氨氣電離，該電離的氨氣輸入反應(yīng)室；

最后，離化的氨氣與三甲基鎵在襯底上反應(yīng)，生成GaN晶體材料。

本發(fā)明還提供了一種InN半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其技術(shù)方案為：

一種InN半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其特征在于：

首先，利用加熱器，將襯底的溫度升高到550-650℃，并在傳輸管路一中通入含有三甲基銦的氮氣，在傳輸管路二中通入氨氣，所述傳輸管路二中設(shè)置有放電針尖；

其次，在放電針尖上施加1.8萬-2.2萬伏特的電壓，使得針尖處的氨氣電離，該電離的氨氣輸入反應(yīng)室；

最后，離化的氨氣與三甲基銦在襯底上反應(yīng)，生成InN晶體材料。

本發(fā)明的實施包括以下技術(shù)效果：

本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置，具有以下優(yōu)勢：離化裝置功率低、簡易、安全；可以直接在氣體傳輸管路上安裝放電針尖，避免了在反應(yīng)室腔內(nèi)的高溫環(huán)境下安裝離化裝置，具有安裝簡易、低成本的特點；可以靈活的對每個傳輸管路進行離化，從而有針對性的離化某種氣態(tài)源或載氣。本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，操作簡單，安全性高，得到的半導(dǎo)體材料性能好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明安裝了離化裝置的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖

1、離化裝置；10、針尖；11、絕緣層；20傳輸管路一；21傳輸管路二；3、反應(yīng)室；4、襯底；5、加熱器。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

參見圖1為本實施例安裝了離化裝置的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖，需要指出的是圖中反應(yīng)室及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅作參考，本實施例不涉及具體的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。

一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積裝置，包括反應(yīng)室3、設(shè)置在反應(yīng)室3中的襯底和加熱器5、傳輸管路，所述加熱器5用于加熱所述襯底4，所述傳輸管路連接反應(yīng)室3，其特征在于：所述傳輸管路中設(shè)置有離化裝置1。本實施例中通過在傳輸管路中設(shè)置離化裝置1，使得氣態(tài)源在進入反應(yīng)室3之前的傳輸管路中被離化，從而降低生長溫度、提高氣態(tài)源的裂解效率，并具有裝置簡單、操作安全和低成本的優(yōu)勢。作為優(yōu)選，所述離化裝置1是尖端放電裝置，所述尖端放電裝置的針尖10插入到進入反應(yīng)室3的氣體傳輸管路中，安裝位置可以靠近反應(yīng)室3，以避免離化的物質(zhì)重新俘獲電子、并回到電中性的狀態(tài)。本實施例中，所述針尖10與傳輸管路之間設(shè)置有絕緣層11。即針尖10與管路不直接接觸，二者之間隔著絕緣層11；在不放電的狀態(tài)下，針尖10與傳輸管路之間是電絕緣的。所述針尖10的形狀是錐形、圓錐形或者尖錐陣列；本實施例優(yōu)選尖錐陣列。

一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，其特征在于：使用加熱器5加熱襯底4，把反應(yīng)氣體通入到反應(yīng)室3，設(shè)置在傳輸通道中的離化裝置1把反應(yīng)氣體離化，離化后的反應(yīng)氣體在反應(yīng)室3中反應(yīng)生成晶體。由于氣體在進入反應(yīng)室3之前，已經(jīng)被離化，因此無需在高溫反應(yīng)室3內(nèi)安裝離化裝置1，可以簡化系統(tǒng)、便于操作。本實施例中，所述傳輸管路包括傳輸管路一20和傳輸管路二21，所述離化裝置1設(shè)置在傳輸管路二21中，所述離化裝置1的離化方法是尖端放電方法，所述尖端放電方法是在傳輸管路中插入針尖10，通過在針尖10上施加1千伏特～10萬伏特的高電壓，使得針尖10放電，從而電離傳輸管路中的反應(yīng)氣體；本實施例利用尖端放電，使得氣態(tài)物質(zhì)在傳輸管路中離化；所述的尖端放電方法，放電電流小于10毫安，因此放電功率小于1千瓦；與等離子體發(fā)生裝置所采用的大功率射頻電源相比，具有功率低、簡易、安全的特點。

實施例1.生長GaN材料

首先，利用加熱器5，將襯底4的溫度升高到650-750℃，可以選擇650℃、750℃、700℃，本實施例優(yōu)選700℃，并在傳輸管路一20中通入含有三甲基鎵(TMGa)的氮氣，在傳輸管路二21中通入氨氣(如圖1)，所述傳輸管路二中設(shè)置有放電針尖。

其次，在放電針尖10上施加2.8萬-3.2萬伏的電壓，可以選擇2.8萬、3.2萬伏、3萬伏，本實施例優(yōu)選3萬伏，使得針尖10處的氨氣電離(如圖1)，該電離的氨氣輸入反應(yīng)室3。

最后，離化的氨氣與三甲基鎵在襯底4上反應(yīng)，生成GaN晶體材料。由于氨氣被離化，在較低溫度下氨氣可以裂解，從而降低GaN的生長溫度。

實施例2.生長InN材料。

首先，利用加熱器5，將襯底4的溫度升高到550-650℃，可以選著650℃、550℃、600℃，本實施例優(yōu)選600℃，并在傳輸管路一20中通入含有三甲基銦(TMIn)的氮氣，在傳輸管路二21中通入氨氣(如圖1)，所述傳輸管路二中設(shè)置有放電針尖。

其次，在放電針尖10上施加1.8萬-2.2萬伏的電壓，可以選擇1.8萬、2.2萬伏、2萬伏，本實施例優(yōu)選2萬伏，的電壓，使得針尖10處的氨氣電離(如圖1)，該電離的氨氣輸入反應(yīng)室3。

最后，離化的氨氣與三甲基銦在襯底4上反應(yīng)，生成InN晶體材料。由于氨氣被離化，在較低溫度下氨氣可以裂解，從而降低InN的生長溫度，并且避免了高溫下InN分解。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積方法，通過在氣體傳輸管路中加入尖端放電裝置，使得氣態(tài)源在傳輸管路中被離化，從而降低生長溫度、提高氣態(tài)源的裂解效率，并具有裝置簡單、安全、低成本的優(yōu)勢。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。