光电薄膜技术与应用

《光电薄膜技术与应用》

在这一学期里，学习了很多光电薄膜技术的知识，收益良多，同时这些知识也为我以后的进一步学习和发展打好了坚实的基础。下面我将说一下自己对液相外延技术的了解。

液相外延简称LPE，是一种从过冷饱和溶液中析出固相物质并沉积在单晶衬底上生成单晶薄膜的方法。其中，薄膜材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。许多微波、激光、太阳能电池、霍尔器件等所需材料均可采用LPE方法制备。液相外延生长晶体的驱动力是溶液的过饱和度。当衬底与溶液接触时，若溶液处于过饱和状态，则会有溶质从溶液中析出。当条件适宜时，析出的溶质就会在衬底上生长出外延层。使溶液形成过饱和的方法很多，在化合物半导体液相外延工艺中常用降温（瞬态生长）或形成温差（稳态生长）来实现溶液过饱和。瞬态LPE在每次开始操作时衬底与溶液不接触。瞬态生长可以通过4种方泫进行溶液冷却，即平衡冷却、过冷、步冷和两相溶液冷却法。稳态LPE 也叫做温度梯度外延生长，让源片和衬底处于溶液的两端，利用低温衬底与高温源片之间的温度差造成的浓度梯度来实现溶质的外延生长。这种方法可以生长组分均匀的厚外延层。但是由于溶液对流引起的溶质浓度发生变化，会使外延层厚度不均匀。

液相外延生长方法和设备系统：

液相外延可分为倾斜法、浸渍法和滑舟法三种。倾斜法是在即将开始生长前，让石英管内的石英舟向某一方向倾斜，使溶液浸没衬底，开始外延生长；浸渍法是在生长开始前，将溶液装在坩锅中，而将衬底固定在位于溶液上方的衬底夹上，衬底夹可以上下移动；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。

根据生长方法的不同，LPE生长系统一般可以分为卧式和立式两种。其中倾斜法和滑舟法采用的是卧式系统；而浸渍法采用的是立式系统。即一共分为水平倾斜管系统、多层膜用的滑动舟系统和挤压式滑动舟系统。

水平倾斜管系统：它主要由帽盖、热电偶、衬底、舟、管炉等组成。在生长前炉子不倾斜，石英舟内的溶液和衬底互不接触；生长过程中，炉子倾斜到一定角度，使衬底浸没在溶液中缓慢降低系统温度开始LPE；当所生长的外延层厚度达到要求后，将炉子恢复到原来的位置，使衬底与溶液分离，停止生长。

多层膜用的滑动舟系统：它主要由热电偶、石墨托、衬底、源片、生长溶液和石墨盖板组成。它是在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行的外延生长过程，而在静止的溶液下面滑动衬底，用于多层膜的生长。

挤压式滑动舟系统：它是传统滑动舟系统的一种改进，在原有基础上增加了一个小室（即衬底上方部分）以减小衬底对表面的影响。等溶液饱和后，将溶液从衬底上面的小缝挤入小室，使一定量的溶液停留在衬底上，多余的溶液则被挤出小室。生长完毕，还可以推刮衬底表面的残余溶液。

液相外延生长的特点：

优点：

1.生长设备比较简单，操作方便。

2.生长温度比较低，外延生长时可减少预扩散区的杂质分布变化，获得外

延层/衬底界面处陡峭的分布。

3.生长速率较大。

4.外延材料纯度比较高；

5.掺杂剂选择范围比较广泛；

6.外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底的位错密度要低；

7.成分和厚度都可以被比较精确的控制，重复性好；

8.操作安全，没有气相外延中反应产物与反应气体所造成的高毒、易燃、

易爆和强腐蚀等危险。

缺点：

1.当外延层与衬底的晶格失配大于1%时，外延生长困难；

2.生长速率较大，导致纳米厚度的外延层难以得到；

3.外延层的表面形貌一般不如气相外延的好。