分子束外延生长MBE技术优化实践

半导体异质结是很多器件的基础，比如太赫兹微波器件和量子级联激光器。第一个异质结GaAs／AlGaAs就是用MBE 制造。20世纪70年代，用MBE生长异质结和超晶格外延开创了新纪元，尤其是关于量子力学效应方面的研究。从那时起，在研发新结构器件时，MBE 生长技术被广泛应用。比如HEMT 器件一般就是用MBE 技术生长外延材料。MBE 在这些纳米器件的发展中扮演了重要角色，因为MBE生长技术可以通过对原子层的精确控制来准备组分突变的界面。MBE 生长外延材料过程中发生的微观过程可以被监控，所以MBE技术适合量子效应的低维材料的生长。

MBE是一种先进的薄层生长技术，在先进的化合物半导体器件的发展中起到重要作用。MBE最早是在20世纪60年代中期出现，MBE的特点是低生长率（0.5～1.0μm／h），低生长温度（580°C GaAs）和短时间内转换不同元素来生长单原子层材料。MBE 最主要的优点是可以精确控制化学组分，厚度和掺杂浓度，从而生长出高质量的材料。MBE 生长过程是在超高真空环境下，在一个预热的衬底上面来打开分子束进行生长。大部分MBE设备都有一个实时动态分析装置，这个装置是反射高能电子衍射仪（Reflection High-energy Electron Diffraction，RHEED）。

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图4.3　MBE设备生长腔

图4.3显示了一个典型的MBE装置。大部分商用的MBE系统包含氮气冷却系统和三个超高真空腔：一个预真空准备腔，一个中间转换或者分析腔，和一个生长或者淀积腔。每一个真空腔都有独立泵，各个腔之间的通过磁耦合传输棒来传输样品，这样可以不用破坏真空环境来实现样品传输。在制作光电子器件和高速电子器件方面MBE 是很有优势和潜力的，用MBE生长技术可以生长很多种类的多元化合物材料。本文InAs／AlSb HEMT 器件的外延材料都是用MBE生长。