一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(M0CVD)設(shè)備，尤其是生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AIN)材料的M0CVD設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵(GaN)為代表的III族氮化物已經(jīng)成為一種重要的半導(dǎo)體材料。以GaN做成的發(fā)光二極管(LED)，已經(jīng)成為“半導(dǎo)體照明”的主要發(fā)展方向。
[0003]M0CVD是目前生產(chǎn)GaN-LED的唯一方法。從產(chǎn)能、產(chǎn)品質(zhì)量等綜合考慮，水平式M0CVD設(shè)備是以后主流方向。
[0004]然而，水平式M0CVD設(shè)備也有它的缺點(diǎn)，就是反應(yīng)室“天棚”(國(guó)外叫“Ceiling”)也會(huì)沉積，而且這些沉積物還會(huì)卷皮、脫落、影響外延生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明就是為解決以上問(wèn)題的，其核心思想是將反應(yīng)室的天棚也加熱，加熱溫度等于或略大于襯底托盤(pán)的溫度，而且還引入頂層氣體(氨氣、氮?dú)?、氫氣或者它們的混合氣體)，將M0源與天棚之間隔開(kāi)，阻止了 M0源向天棚的擴(kuò)散，再加上天棚的溫度比襯底托盤(pán)溫度高100?200°C，此時(shí)天棚上即使有沉積也會(huì)由于溫度過(guò)高而升華掉，天棚上就不會(huì)有沉積物了。另外，由于反應(yīng)室的天棚也加熱，而且溫度與托盤(pán)的溫度接近，這樣在反應(yīng)室內(nèi)部溫度梯度比常規(guī)(冷壁)M0CVD小，可以減少由于“熱浮力”造成對(duì)氣體的擾動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括:長(zhǎng)方形反應(yīng)室
(3)、托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)、襯底托盤(pán)(4)。
[0007]長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)是一個(gè)水平反應(yīng)室，長(zhǎng)寬比大于3，而寬高比一般大于5。它前端為氣體進(jìn)入口，有2塊隔板，分隔成3個(gè)氣體進(jìn)入口，中間為M0源入口，上下兩個(gè)入口為氨氣入口。在M0入口中通入M0源以及攜帶氣體——?dú)鈿?、氮?dú)饣蛘邭錃?氮?dú)獾幕旌蠚?。在氨氣入口中通入氨氣，或者氨氣與氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚?。長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的底部有1個(gè)圓孔:為托盤(pán)鑲嵌孔，其直徑略大于襯底托盤(pán)(4)的直徑，一般大2?4毫米即可。例如，如果襯底托盤(pán)(4)的直徑為150毫米，那么托盤(pán)鑲嵌孔的直徑為154毫米。長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的后端為尾氣出口，反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的尾氣從這里排出。
[0008]襯底托盤(pán)(4)是外延生長(zhǎng)時(shí)放置襯底的地方，外形為圓形。襯底托盤(pán)(4)嵌入長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)內(nèi)。襯底托盤(pán)(4)的下部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(圖1中未畫(huà)出)相連。在進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)襯底托盤(pán)(4)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在每分鐘10?120轉(zhuǎn)之間。
[0009]托盤(pán)加熱器(1)固定在襯底托盤(pán)(4)下部，主要作用是給襯底托盤(pán)(4)加熱，使襯底托盤(pán)(4)維持在一定的溫度。
[0010]天棚加熱器(2)固定在長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的頂部，主要作用是給長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的天棚加熱，維持天棚的溫度，其中“天棚”指的是長(zhǎng)方形反應(yīng)室的頂部。
[0011]托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)分別由兩個(gè)溫度控制器控制，兩個(gè)加熱器的溫度可以是一致的，也可以略有差異，依外延生長(zhǎng)條件而定。
[0012]本發(fā)明最大的特點(diǎn)是:①長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的天棚也有一個(gè)加熱器，即天棚加熱器(2)，加熱溫度等于或略大于托盤(pán)加熱器(1)的溫度；?長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的前端有上下2個(gè)氨氣入口。在氨氣入口中通入氨氣,或者氨氣與氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚猓蠈影睔馊肟谥械臍怏w將M0源與天棚之間隔開(kāi)，這一層氣體阻止了 M0源向天棚的擴(kuò)散，再加上天棚的溫度比襯底托盤(pán)溫度高100?200°C，此時(shí)天棚上即使有沉積也會(huì)由于溫度過(guò)高而升華掉，天棚上就不會(huì)有沉積物了。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】。圖1為一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括:長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)、托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)、襯底托盤(pán)(4)。
[0014]長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)是一個(gè)水平反應(yīng)室，長(zhǎng)寬比大于3，而寬高比一般大于5。它前端為氣體進(jìn)入口，有2塊隔板，分隔成3個(gè)氣體進(jìn)入口，中間為M0源入口，上下兩個(gè)入口為氨氣入口。在M0入口中通入M0源以及攜帶氣體——?dú)鈿?、氮?dú)饣蛘邭錃?氮?dú)獾幕旌蠚?。在氨氣入口中通入氨氣，或者氨氣與氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚?。長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的底部有1個(gè)圓孔:為托盤(pán)鑲嵌孔，其直徑略大于襯底托盤(pán)(4)的直徑，一般大2?4毫米即可。例如，如果襯底托盤(pán)(4)的直徑為150毫米，那么托盤(pán)鑲嵌孔的直徑為154毫米。長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的后端為尾氣出口，反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的尾氣從這里排出。
[0015]襯底托盤(pán)(4)是外延生長(zhǎng)時(shí)放置襯底的地方，外形為圓形。襯底托盤(pán)(4)嵌入長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)內(nèi)。襯底托盤(pán)(4)的下部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(圖中未畫(huà)出)相連。在進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)襯底托盤(pán)(4)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在每分鐘10?120轉(zhuǎn)之間。
[0016]托盤(pán)加熱器(1)固定在襯底托盤(pán)(4)下部，主要作用是給襯底托盤(pán)(4)加熱，使襯底托盤(pán)(4)維持在一定的溫度。
[0017]天棚加熱器(2)固定在長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的頂部，主要作用是給長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的天棚加熱，維持天棚的溫度，其中“天棚”指的是長(zhǎng)方形反應(yīng)室的頂部。
[0018]托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)分別由兩個(gè)溫度控制器控制，兩個(gè)加熱器的溫度可以是一致的，也可以略有差異，依外延生長(zhǎng)條件而定。
[0019]本發(fā)明最大的特點(diǎn)是:①長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的天棚也有一個(gè)加熱器，即天棚加熱器(2)，加熱溫度等于或略大于托盤(pán)加熱器(1)的溫度；?長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的前端有上下2個(gè)氨氣入口。在氨氣入口中通入氨氣,或者氨氣與氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚猓蠈影睔馊肟谥械臍怏w將M0源與天棚之間隔開(kāi)，這一層氣體阻止了 M0源向天棚的擴(kuò)散，再加上天棚的溫度比襯底托盤(pán)溫度高100?200°C，此時(shí)天棚上即使有沉積也會(huì)由于溫度過(guò)高而升華掉，天棚上就不會(huì)有沉積物了。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于:其結(jié)構(gòu)包括長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)、托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)、襯底托盤(pán)(4);長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)是一個(gè)水平反應(yīng)室；它前端為氣體進(jìn)入口，有2塊隔板，分隔成3個(gè)氣體進(jìn)入口，中間為M0源入口，上下兩個(gè)入口為氨氣入口 ；長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的底部有1個(gè)圓孔:為托盤(pán)鑲嵌孔，其直徑略大于襯底托盤(pán)(4)的直徑；長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的后端為尾氣出口，反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的尾氣從這里排出；襯底托盤(pán)(4)的外形為圓形，嵌入長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)底部的托盤(pán)鑲嵌孔內(nèi)；托盤(pán)加熱器(1)固定在襯底托盤(pán)(4)下部，天棚加熱器(2)固定在長(zhǎng)方形反應(yīng)室(3)的頂部，托盤(pán)加熱器(1)、天棚加熱器(2)分別由兩個(gè)溫度控制器控制。2.如權(quán)利要求1所述的一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于:在M0入口中通入M0源以及攜帶氣體，其中攜帶氣體包括氫氣、氮?dú)饣蛘邭錃夂偷獨(dú)獾幕旌蠚怏w。3.如權(quán)利要求1所述的一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于:在氨氣入口中通入氨氣，或者氨氣與氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熱壁金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備。該設(shè)備包括長(zhǎng)方形反應(yīng)室、托盤(pán)加熱器、天棚加熱器、襯底托盤(pán)等。本發(fā)明區(qū)別于常規(guī)的MOCVD設(shè)備主要在于：本設(shè)備不僅有托盤(pán)加熱器，而且還有天棚加熱器。這兩個(gè)加熱器同時(shí)給長(zhǎng)方形反應(yīng)室的上下表面進(jìn)行加熱，由兩個(gè)溫度控制器分開(kāi)控制，既可以使兩個(gè)加熱器的溫度一致，也可以使得兩個(gè)加熱器的溫度略有差異。用兩個(gè)加熱器同時(shí)加熱，可以使內(nèi)部反應(yīng)室的頂部和底部同時(shí)加熱，使內(nèi)部反應(yīng)室處于“熱壁狀態(tài)”，完全區(qū)別于常規(guī)MOCVD是“冷壁狀態(tài)”。本設(shè)備特別適合生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AIN)材料，尤其適合生產(chǎn)氮化鎵發(fā)光二極管。
【IPC分類(lèi)】C23C16/44
【公開(kāi)號(hào)】CN105401130
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410471428
【發(fā)明人】劉祥林
【申請(qǐng)人】劉祥林
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2014年9月15日