详情

原文传递一种GaN系薄膜生长条件的在线检测装置及方法

专利名称：	一种GaN系薄膜生长条件的在线检测装置及方法
摘要：	本发明公开了一种GaN系薄膜生长条件的在线检测装置及方法，通过非接触式的反射谱测量，可在线获取GaN系半导体薄膜在高温下影响材料生长的参数，实现材料生长过程中工艺条件的实时监控和薄膜质量检测。此方法可在线实时检测多个参数。本发明公开了一种实现该方法的装置，包括：在生长GaN系薄膜材料的反应室窗口引入石英光波导管，将光照射到样品上并将信号收集至光谱仪中；在石英光波导管周围通入氮气以保护光波导管端面不会沉积上薄膜材料而被污染；在用于生长薄膜的衬底与其下方的加热炉之间放置石墨盘基座挡光，以防止加热炉发光对反射谱测试结果的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	中国科学院上海技术物理研究所
发明人：	王少伟;赵新潮;陈飞良;陆卫;陈效双
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910618869.5
公开号：	CN110470611A
代理机构：	上海沪慧律师事务所
代理人：	郭英
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	200083 上海市虹口区玉田路500号
主权项：	1.一种GaN系薄膜生长条件的在线检测装置，其装置包括光谱仪(1)、光纤(2)、石英光波导管(3)、氮气管道(4)、反应室(5)、反应气体(6)、GaN系薄膜生长层(7)、衬底(8)、石墨盘基座(9)、加热炉(10)。其方法特征在于：在生长GaN系薄膜材料的反应室(5)的窗口引入石英光波导管(3)，将其与反应室腔壁间密闭；石英光波导管(3)外端通过光纤(2)与光谱仪(1)连接；环绕石英光波导管(3)周围为氮气管道(4)测试过程中通入氮气以保护光波导管端面不受沉积反应影响；衬底(8)与加热炉(10)之间放置有石墨盘基座(9)挡光以防止加热炉发光对反射谱测试结果的影响；反应气体(6)在衬底(8)上沉积出GaN系薄膜生长层(7)。 2.一种基于权利要求1所述的GaN系薄膜生长条件的在线检测装置的在线检测方法，其特征在于方法如下：利用反射光谱同时在线检测GaN系半导体薄膜在高温下的生长速率、生长温度以及Ga1-xYxN材料Y组分含量x值这三大影响薄膜生长质量的条件，以确保薄膜生长过程中工艺条件和薄膜质量的实时控制；其主要操作步骤为： 1)建立在GaN系薄膜生长温度波动范围内的GaN系薄膜生长温度、Ga1-xYxN材料Y组分含量x值与实时生长材料的禁带宽度之间的标准光学常数数据库； 2)利用反射光谱的信息获取薄膜生长厚度并计算生长速率； 3)利用反射光谱的信息，通过计算与查表获取材料生长的确切温度； 4)利用反射光谱的信息，通过计算与查表获取材料的Y组分的含量x值。 3.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述的GaN系薄膜生长条件的在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，步骤1)中所述的标准光学常数数据库的建立方法如下：由GaN系材料的禁带宽度随温度变化的函数关系得到材料的实时生长温度，根据在一定温度下GaN系InGaN、AlGaN和AlInGaN多元化合物材料禁带宽度与Ga1-xYxN材料Y组分含量x值之间的函数关系计算出材料的含量，由此建立在GaN系薄膜生长温度波动范围内的GaN系薄膜生长温度、Ga1-xYxN材料Y组分含量x值与实时生长材料的禁带宽度之间的标准光学常数数据库。 4.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述的GaN系薄膜生长条件的在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，步骤2)中所述的薄膜生长速率计算方法如下：利用所生长薄膜与衬底之间形成的反射光谱中的干涉峰来获取薄膜的实时生长厚度，并通过薄膜生长厚度随时间的变化来计算薄膜材料的生长速率。 5.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述的GaN系薄膜生长条件的在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，步骤3)中所述的材料生长的确切温度获取方法如下：通过反射光谱确定材料的吸收边，通过吸收边计算出其在GaN系薄膜生长温度波动范围内的禁带宽度；通过查询GaN系材料的标准光学常数库，实时得到材料生长的确切温度，用于指导薄膜生长温度的调节与控制。 6.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述的GaN系薄膜生长条件的在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，步骤4)中所述的计算与查表获取材料的Y组分的含量x值的方法如下：通过反射光谱确定材料的吸收边，通过吸收边计算出其在GaN系薄膜生长温度波动范围内的禁带宽度；通过查询GaN系材料的标准光学常数库得到材料的Y组分的含量x值。
所属类别：	发明专利