PDF《分子束外延材料从基础研究到产业化 3》

212 分子束炉 分子束是通过高温加热 !将坩锅中的原料喷射 出来 所使用的 源材 料其纯度在1到1之间 因此炉子在高温状态下的清洁程 度是至关重要的 此外 束流的稳定重复 !持续使用 时间 ! 炉体的结构合理性等均影响到外延材料的质 量 炉子常用的高温金属钽 !热解氮化硼坩埚等的纯 度都需要有绝对保证

213 原位监控系统 超高真空环境为分子束外延材料生长提供了原 位监控的条件 反射式高能电子衍射仪 ∞∞? 与 四极质谱仪 ± ≥ 为材料生长提供了原位监测晶 体生长质量 !测定生长速率及真空室内剩余气体含 量的实时信息 这对于外延材料质量的提高起着重 要作用

214 关键技术改进 分子束外延技术从实验走向生产是在上述基本 技术上不断发展完善而成的 针对器件制造的需求 解决了与外延材料大面积均匀 ! 低表面缺陷密度 ! 高 重复 ! 高产出率 ! 低成本有关的一系列技术问题 均匀性的改进涉及样品在生长过程中在超高真 空条件下的旋转和束源炉结构 以及生长室整体结 构设计的合理性 低表面缺陷密度除与系统外部清洁环境有关 外 涉及衬底抛光 !清洗工艺 纯水质量 真空室内衬 # # 物理 底转移方式 与真空室内的/ 尘埃0也有关 针对分子 束外延生长易产生所谓/ 椭圆缺陷0的问题 设计出 特殊炉温分布的热唇炉 软驱动快门对改进外延层 表面状态也十分重要 外延材料生长的重复 ! 稳定性涉及的面更广 除 外部因素如材料 !纯水 ! 供电 ! 人为操作失误外 更重 要的是技术发展的成熟 其中与超高真空有关的泵 系统 ! 活动部件 超高真空所使用的常温 ! 高温材料 控制系统必须可靠性高 !耐用 长期重复使用不出现 漏气 ! 损坏等故障 因为任何细小零部件的更换均涉 及使整个系统放气 而要重新恢复到可以生长材料 的状态 需要经过系统烘烤 长时间去气 才能确保 在生长条件下的/ 清洁超高真空0 材料结构与质量 的重复 ! 稳定与束源炉的温度控制精度 ! 生长过程计 算机控制 !衬底处理工艺 ! 生长工艺条件的改变息息 相关 分子束外延设备从单片生长到多片生长 从有 人操作到全面自动化作业 在技术上又有一次提升 为分子束外延材料走向产业化奠定了技术基础 分子束外延材料应用研究发展

311 概况 分子束外延技术的进步为材料质量的提高打下 极好的基础 材料的应用研究不断地证实超晶格物 理提出的各种理论的正确性 形成了物理 ) 材料 ) 器件发展的良性循环 ∞ 在一篇文章中生动地给 出了它们之间的关系 见图 图 物理 !材料 !器件之间的关系 分子束外延材料可以用 ∏ ! √ 族化合 物半导体 也可用 族材料构成 可以是晶格匹 配的 也可允许引入一定的晶格失配度 可以是二元 系 也可以是三元 !四元系材料 因而构成了庞大的 多层单晶薄膜研究领域 但其中任何一种材料要能 从基础研究走向应用 !走向生产都要经历漫长的道 路 经过 余年的奋斗 其中有一批材料确实获得 了广泛的应用 形成了高新技术产业 成为人们生活 中不可缺少的组成部分

312 量子阱激光器 量子阱激光器这一类材料所利用的物理效应是 电子的量子约束效应以及光的限制作用 由两种禁 带宽度不同的材料交替生长 在其界面上存在能带 的阶跃 从生长方向来看 形成了一维量子阱 电子 运动受限 阱中形成离散最子能级 而在平行于界面 内电子仍可自由运动 这样的电子运动称作二维运 动 它的态密度是常数 在常温下 在这种量子阱材 料中可观察到很强的激子效应 它的吸收波长随量 子阱的宽度改变 人们利用了这一特征 制造出不同 波长的量子阱激光器 量子阱激光器及相关的光电器件已有广泛应 用 最为人们熟悉的应用如光纤通信 !激光打印 !计 算机光盘读写 !?? ?!医疗 !金属切割 !激光制导等 使其产值在 年就达到 亿美元 年预计 达 亿美元