【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子束外延生长技术，具体涉及一种基于声表面波原位注入的分子束外延生长台及其实现方法。
技术介绍
1、随着现代电子设备和电子器件的不断发展，新型半导体材料的研究和开发需求日益增长。分子束外延技术（mbe）是一种能够高质量合成半导体薄膜的方法，可以极大的推动新型半导体材料的研发工作。在分子束外延系统中原位引入声场来辅助晶体在衬底表面的成核和生长将为元素组分调控和晶体质量改善提供新的调控维度。然而遗憾的是，受限于设备改装的困难和高真空系统的脆弱性和敏感性，一直以来都很难在传统分子束外延设备中找到耦合声场的方法。
2、声表面波谐振器能够在固体表面的薄层中激发一种驻波，这种驻波以横波的形式传播并引起固体表面的周期性振动。如果能在半导体生长的过程中，在晶体成核生长的界面处引入声表面波，就能够实现对晶体生长界面处的应力和晶核颗粒位置的精确调控。然而通常分子束外延生长台的工作温度在500℃~1200℃，这样的高温环境会使得绝大多数声表面波谐振器失效。因此，迫切需要一种能够在高温下工作的且能够与分子束外延技术相兼容的声表面波器件。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于声表面波原位注入的分子束外延生长台及其实现方法，实现声表面波辅助的分子束外延生长的功能；本专利技术设计的结构能够很好与当前商用分子外延生长设备兼容，在无需改装生长腔体的情况下原位产生声表面波，从而辅助分子外延生长。
2、本专利技术的一个目的在于提出一种基于声表面波原
3、本专利技术的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台放置在分子束外延生长装置中的生长腔内，生长腔内真空；基于声表面波原位注入的分子束外延生长台包括：声表面波发生器和供电支架；声表面波发生器放置在供电支架上；
4、声表面波发生器包括基底、压电半导体薄膜、接触电极、声表面波驻波发生器、声表面波行波发生器、声表面波反射壁和声表面波吸收壁；其中，基底为平板状，基底的边缘形状与生长腔的内壁形状一致；基底的上表面平行于xy平面，以声表面波的传播方向为x轴，与x轴垂直的方向为y轴，与基底的上表面垂直的方向为z轴，z轴的正方向为从基底的下表面指向基底的上表面，压电半导体薄膜的上表面中心为坐标轴的中心；在基底的上表面合成压电半导体薄膜，压电半导体薄膜覆盖基底的上表面；在压电半导体薄膜的上表面沿x轴的两端分别设置接触电极，一对接触电极关于y轴对称，接触电极与压电半导体薄膜之间设置绝缘层；在一对接触电极之间设置声表面波反射壁，声表面波反射壁的上表面中心位于xy平面的中心，且关于x轴对称，沿x轴的长度大于声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器的长度；在压电半导体薄膜的上表面且沿y轴位于声表面波反射壁的两侧分别设置声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器，声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器的对称轴平行于x轴；在压电半导体薄膜的上表面且沿y轴位于声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器的外侧分别设置声表面波吸收壁，沿x轴的长度大于声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器的长度；一对接触电极连接至声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器；
5、声表面波驻波发生器包括位于中间的驻波叉指电极以及分别位于驻波叉指电极两端的驻波布拉格反射栅；
6、声表面波行波发生器包括行波叉指电极、行波布拉格反射栅和声表面波耗散器；其中，沿x轴方向，行波叉指电极位于中间，行波布拉格反射栅和声表面波耗散器分别位于行波叉指电极的两端，声表面波耗散器沿y轴的宽度大于行波叉指电极的宽度；
7、在压电半导体薄膜上不设置有接触电极、行波和驻波叉指电极、行波和驻波布拉格反射栅、声表面波耗散器、声表面波反射壁以及声表面波吸收壁的表面作为半导体薄膜生长区；
8、供电支架包括供电线圈、供电电极和绝缘支撑结构；其中，在绝缘支撑结构内设置供电线圈；在供电支架的表面设置一对互相绝缘的供电电极；供电电极连接至供电线圈；
9、声表面波发生器倒扣在供电支架上；一对供电电极分别与相对应的接触电极的表面接触，实现电学连接；
10、在分子束外延生长装置中的生长室内，在声表面波发生器沿z轴的正方向上，设置两种生长源；供电线圈通过互感效应产生交流电信号，经过供电电极和接触电极传输至声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器中的驻波和行波叉指电极；交流电信号驱动驻波和行波叉指电极下方的压电半导体薄膜发生周期性振动，在压电半导体薄膜的表面产生驻波和行波的声表面波，驻波和行波以声表面波的形式注入至声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器内部的半导体薄膜生长区中；同时，位于生长室内的两种生长源在高温条件下向半导体薄膜生长区发射原子束和分子束，两种生长源的原子束和分子束接触到高温的半导体薄膜生长区的表面后，发生反应，在半导体薄膜生长区上生长半导体晶体；注入至半导体薄膜生长区中的声表面波，在声表面波驻波发生器和声表面波行波发生器中的半导体薄膜生长区中形成周期性的机械振荡，形成应力，应力影响新长出的半导体晶体的位置，从而实现对半导体晶体生长界面处的应力和晶核颗粒位置的精确调控；在生长半导体晶体的过程中，驻波的声表面波和行波的声表面波分别位于声表面波反射壁的两侧，声表面波反射壁阻止行波的声表面波和驻波的声表面波向对方区域传播；声表面波吸收壁吸收向压电半导体薄膜边缘传播的声表面波。
11、基底采用硅、二氧化硅、碳化硅或蓝宝石；厚度为0.2~5mm。
12、压电半导体薄膜采用氮化铝（aln）压电薄膜或者稀土金属与氮化物（raln）半导体材料形成的合金压电薄膜，如氮化钪铝（scaln）、氮化钇铝（yaln）、氮化钪铝镓（scalgan）或氮化钇铝镓（yalgan），均具有良好耐热性的材料，且居里温度超过了1000℃，因此分子束外延生长台的正常工作温度下能够正常工作；压电半导体薄膜的厚度为0.1~1mm。
13、声表面波驻波发生器中，沿x轴方向，驻波叉指电极位于中间，两个驻波布拉格反射栅分别位于驻波叉指结构沿x轴的两端。
14、声表面波行波发生器的行波叉指电极产生的声表面波在压电半导体薄膜的表面沿x轴传播，遇到一端的行波布拉格反射栅时发生全反射，向另一端传播，向另一端传播的声表面波遇到声表面波耗散器时被全部耗散，不会发生反射，从而产生行波；声表面波耗散器为对压电半导体薄膜进行部分刻蚀形成二维周期性的孔洞，相邻的两排交错排列，沿x轴排列的孔洞为一排，即相邻的两排之间沿x轴的排列相差半个周期。二维周期性的孔洞沿x和y方向的周期为5~25μm，孔洞的直径为4~20μm，孔洞的深度为10~100μm。
15、声表面波行波发生器和声表面波驻波发生器的行波和波驻叉指电极，宽度和间距为0.5μm~5μm，通过改变行波和驻波叉指电极的宽度和间距，调节行波和驻波的声表面波的最佳工作频率，宽度和间距越小，最佳工作频率越大；行波和波驻叉指电极的长度为5mm~1cm，通过改变行波和波驻叉指电极的长度，调节声表面波的沿y方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，所述基于声表面波原位注入的分子束外延生长台放置在分子束外延生长装置中的生长腔内，生长腔内真空，其特征在于，所述基于声表面波原位注入的分子束外延生长台包括：声表面波发生器和供电支架；声表面波发生器放置在供电支架上；
2.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述基底采用硅、二氧化硅、碳化硅或蓝宝石。
3.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述压电半导体薄膜采用氮化铝压电薄膜或者稀土金属与氮化物半导体材料形成的合金压电薄膜。
4.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述声表面波反射壁为刻蚀压电半导体薄膜的上表面形成的反射壁凹槽；声表面波在压电半导体薄膜与真空界面处发生全反射，实现对声表面波反射；反射壁凹槽为长方体，宽度大于1mm，深度大于6μm。
5.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述声表面波吸收壁为对压电半导体薄膜进行部分刻蚀形成二维周期性的孔洞。
6.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，还包括射频信号发生器，所述射频信号发生器设置在生长腔外，与声表面波发生器的压电半导体薄膜位于同一水平面，射频信号发生器采用无线供电的方式为供电线圈提供射频信号。
7.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述绝缘支撑结构采用耐高温的绝缘材料，为环形；在供电支架内刻蚀形成一圈环形凹槽，在环形凹槽内设置供电线圈；在供电支架的表面设置一对供电电极，一对供电电极沿y轴对称，并且互相绝缘。
8.一种如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台的实现方法，其特征在于，所述实现方法，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，在步骤6）中，周期性的机械振荡对半导体晶体生长界面处的应力和晶核颗粒位置的精确调控包括：机械振荡对半导体晶体生长界面处施加交替变化的压应力和张应力，应力变化频率等于机械振荡频率，机械振荡频率等于射频电信号频率，张应力和压应力的强度随射频电信号强度增大而增大；晶核颗粒位置随机械振荡沿Z方向上下摆动，沿声表面波的传播方向即x方向的摆动位置随射频电信号频率的改变而周期性变化，摆动幅度随射频电信号强度增大而增大。
...【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，所述基于声表面波原位注入的分子束外延生长台放置在分子束外延生长装置中的生长腔内，生长腔内真空，其特征在于，所述基于声表面波原位注入的分子束外延生长台包括：声表面波发生器和供电支架；声表面波发生器放置在供电支架上；
2.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述基底采用硅、二氧化硅、碳化硅或蓝宝石。
3.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述压电半导体薄膜采用氮化铝压电薄膜或者稀土金属与氮化物半导体材料形成的合金压电薄膜。
4.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述声表面波反射壁为刻蚀压电半导体薄膜的上表面形成的反射壁凹槽；声表面波在压电半导体薄膜与真空界面处发生全反射，实现对声表面波反射；反射壁凹槽为长方体，宽度大于1mm，深度大于6μm。
5.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的分子束外延生长台，其特征在于，所述声表面波吸收壁为对压电半导体薄膜进行部分刻蚀形成二维周期性的孔洞。
6.如权利要求1所述的基于声表面波原位注入的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王平，冯冉，王新强，王睿，叶昊天，刘放，盛博文，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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