一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长方法及装置。该装置包括顺序连接的可控供气系统、生长反应室和尾气处理系统；生长反应室包括：反应室本体、匀气单元以及载片单元；反应室本体具有封闭的反应腔，匀气单元设置在反应腔的上端，并与所述可控供气系统连接；载片单元设置在反应室内，衬底承载于其上；反应室的底部与所述尾气处理系统连接。采用了本发明专利技术技术方案外延生长装置的一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长方法，因设置了科学合理的匀气单元，使得氧源、金属源和辅助气分别横向流动而扩散均匀之后再向下流向反应区，以实现外延生长的均匀性，可以一次性外延生长处多片高质量的金属氧化物导电薄膜，从而满足产业化生产的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长的 方法及该方法所用到的MOCVD装置。
技术介绍
近年来发光二极管(LED)方面的技术发展非常迅速。从现有情况来看，氮化镓发 光二极管(GaN LED)将成为固态照明的核心器件，为了快速推广LED在固态照明领域的应 用，需要再大幅度提高LED的性能，特别是在大功率条件下的出光效率和工作稳定性。而 金属氧化物透明导电薄膜可作为透明电极应用在LED等光电领域，对LED的性能具有重大 影响。ITO (Indium Tin Oxides纳米铟锡金属氧化物)取代Ni/Au透明导电层是LED行业 的重大进步，然而随着LED向大功率固态照明领域的发展，因ITO含有稀有金属铟且具有毒 性，对环境不友好，更由于其热稳定性不够理想，因此氮化镓发光二极管的透明电极仍然需 要改进。氧化锌(ZnO)透明导电膜，具有高的可见光透过率、低的电阻率，更显著的是其与 GaN晶格几乎完全匹配，使得其具有高温热稳定性的特点，因而是最具潜力的下一代透明 导电薄膜。目前ZnO透明导电薄膜的生长有多种方法，比如水热法、蒸发法、溅射法、脉冲 激光沉积法、分子束外延法和有机金属气相沉积(MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)法等，但其中大家公认的可能商业化生产的，仅有有机金属气相淀积法，因为 该方法可能在较短时间内获得大面积均勻、较高质量的ZnO透明导电薄膜，且可能重复性 生长。但是现在未见适合产业化生长金属氧化物透明导电薄膜的方法以及装置的报道，寻 找合适量产金属氧化物透明导电薄膜的MOCVD装置和与之匹配的工艺方法是行业内迫切 的期待。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供适合产业化的一种金属氧化物透明导电 薄膜外延生长装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置，包括顺序连接的用于分别可控制的提 供氧源、有机金属源和生长辅助气源的可控供气系统；用于进行有机金属气相沉积外延生 长的生长反应室；用于对外延生长反应后的尾气进行处理的尾气处理系统；所述生长反应 室包括反应室本体、勻气单元，以及用于承载外延生长衬底的载片单元；所述反应室本体 具有封闭的反应腔，所述勻气单元设置在所述反应腔的上端，并与所述可控供气系统连接； 所述载片单元设置在反应室内，用于外延生长的衬底承载于其上，且衬底所在附近区域为 生长反应室的反应区；反应室的底部与所述尾气处理系统连接。优选的技术方案中，所述反应室本体为桶形结构，包括侧壁，封闭于侧壁上端开 口处的上法兰盘，以及封闭于侧壁下端开口处的下法兰盘；所述勻气单元设置在上法兰盘上，而所述载片单元设置在下法兰盘上。进一步优选的技术方案中，所述勻气单元包括三种喷口和两层钢网；三种喷口分 别是与可控供气系统中有机金属源连接的金属源气路喷口，与可控供气系统中氧源连接 的氧源气路喷口，与可控供气系统中生长辅助气源连接的辅助气气路喷口 ；两层钢网分别 是上钢网和下钢网，所述上钢网、下钢网与上法兰盘三者之间平行间隔设置；所述辅助气气 路喷口贯穿上法兰盘，且延伸至上法兰盘与上钢网之间；所述金属源气路喷口与氧源气路 喷口贯穿上法兰盘，且延伸至上钢网之间与下钢网之间。更进一步优选的技术方案中，所述勻气单元还包括三层隔离支架，第一层隔离支 架设置在上法兰盘与上钢网之间，第二层隔离支架设置在上钢网和下钢网之间，第三层隔 离支架设置在下钢网的下表面。更进一步优选的技术方案中，所述金属源气路喷口、氧源气路喷口、辅助气气路喷 口均有多个；所述勻气单元还包括将所述喷口单独个离开的隔离板，所述隔离板设置在上 法兰盘内侧。优选的技术方案中，所述载片单元包括用于承载衬底的载片盘，用于驱动所述载 片盘旋转的载片盘驱动机构，以及用于给反应腔加热的加热单元；所述载片盘驱动机构设 置在下法兰盘上；所述载片盘与载片盘驱动机构动力连接，在载片盘驱动机构的驱动下旋 转；所述加热单元与载片盘平行间隔设置，对载片盘上的衬底均勻加热。进一步优选的技术方案中，所述载片盘驱动机构包括旋转支撑盘、转轴和转动电 机；所述转轴可转动的设置在下法兰盘上，其下端穿出下法兰盘而与所述转动电机动力连 接，其上端则与所述旋转支撑盘固定连接，在转动电机的驱动下，带动旋转支撑盘旋转；所 述载片盘设置在旋转支撑盘上；所述加热单元包括发热丝和发热丝托盘，发热丝托盘固定 设置在转轴上且位于旋转支撑盘下方，成螺旋放大形状分布发热丝固定设置在发热丝托盘 上。更进一步优选的技术方案中，所述载片单元还包括密封轴承，所述密封轴承设置 在下法兰盘中心位置，所述转轴通过密封轴承可转动的设置在下法兰盘上。更进一步优选的技术方案中，所述载片单元还包括热量隔离套，所述热量隔离套 设置在加热丝托盘下方。本专利技术所要解决的技术问题之二是相应提供一种产业化生长金属氧化物透明导 电薄膜的外延生长方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案 一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长的方法，包括如下步骤51)、生长衬底预处理对预外延生长的衬底，进行化学清洗和炉内高温处理，为后续的 外延生长做准备；52)、预沉积将预处理后的衬底，使用前述的一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长 装置，在衬底一侧表面沉积一层有机金属；53)、成核层生长使用前述的一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置，在预沉积 有一层有机金属的衬底上，外延生长出金属氧化物成核层，为后续的外延生长做基础；54)、主体层生长使用前述的一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置，在外延生 长出金属氧化物成核层的衬底上，进一步生长出一层金属氧化物主体层；S5)、退火处理使用前述的一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置，对生长出金 属氧化物主体层的衬底，在保护气氛下，保持温度为400至900摄氏度1至60分钟。本专利技术的有益效果是采用了本专利技术技术方案一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置的一种金属氧化 物透明导电薄膜外延生长方法，由于设置了科学合理的勻气单元，使得氧源、金属源和辅助 气分别横向流动而扩散均勻之后再向下流向反应区，以实现外延生长的均勻性，可以一次 性外延生长处多片高质量的金属氧化物导电薄膜，从而满足产业化生产的要求。附图说明图1是本专利技术具体实施方式一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长用MOCVD装置 的结构示意图。图2是本专利技术具体实施方式中生长反应室的结构示意图。图3是本专利技术具体实施方式中勻气室结构示意图。图4是本专利技术具体实施方式中有机金属源气路喷口分布示意图。图5是本专利技术具体实施方式中生长原料气体气路喷口分布示意图。图6是本专利技术具体实施方式中生长辅助气体气路喷口分布示意图。图7本专利技术具体实施方式中上钢网空间安置示意图。图8本专利技术具体实施方式中下钢网空间安置示意图。图9本专利技术具体实施方式中第三层支架空间安置示意图。图10是本专利技术具体实施方式中上钢网的结构示意图 图11。是本专利技术具体实施方式中下钢网的结构示意图。图12是本专利技术具体实施方式中气体喷口的结构示意图。图13是本专利技术具体实施方式中加热单元的结构示意图。图14是本专利技术具体实施方式所生长出的金属氧化物透明导电膜样品的透光率测 试图。图15是本专利技术具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物透明导电薄膜外延生长装置，包括顺序连接的：用于分别可控制的提供氧源、有机金属源和生长辅助气源的可控供气系统；用于进行有机金属气相沉积外延生长的生长反应室；用于对外延生长反应后的尾气进行处理的尾气处理系统，其特征在于，所述生长反应室包括：反应室本体、匀气单元，以及用于承载外延生长衬底的载片单元；所述反应室本体具有封闭的反应腔，所述匀气单元设置在所述反应腔的上端，并与所述可控供气系统连接；所述载片单元设置在反应室内，用于外延生长的衬底承载于其上；反应室的底部与所述尾气处理系统连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，童存声，王孟源，
申请(专利权)人：中山大学佛山研究院，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]