一種用于mocvd反應器的氣體混合裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，包括：一進氣體管道包括第一端和第二端，第一端包括一個第一氣體輸入管道用于輸入第一氣體，進氣管道第二端連接到一個氣體混合管道的第一端，所述氣體混合管道包括至少兩個轉折管道和一個第二氣體管道，所述氣體混合管道的第二端連接到一個第三氣體管道，所述第三氣體管道上包括至少一個氣體輸出管道用于輸出混合后的工藝氣體，其特征在于，所述第一氣體管道的第一端和第二端之間的側壁上還包括一個第二氣體輸入管道用于輸入第二氣體，且第一氣體流量大于所述第二氣體流量。
【專利說明】
一種用于MOCVD反應器的氣體混合裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種MOCVD反應器供氣系統(tǒng)中的氣體混合裝置。
【背景技術】
[0002]LED作為光源相比傳統(tǒng)光源具有能耗低、亮度大、體積小等諸多優(yōu)勢，所以越來越得到廣泛的應用。其中MOCVD是制造LED的主要方法，通過將多種反應氣體通入反應腔內(nèi)，反應腔內(nèi)的基片被加熱到足夠高溫(600-1000度)，反應氣體反應形成半導體材料層，如GaN、GaAlN材料層等，最終形成所需要的LED結構。除了上述材料層還需要在半導體材料層中摻入足夠的其它材料以形成電子空穴對，最終形成PN結。由于需要摻雜入的材料數(shù)量很少，需要精確控制摻雜入半導體材料層的材料數(shù)量。然而MOCVD晶體外延生長工藝在不停改進，不同的生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝需要不同的摻雜濃度，所以需要在不同的工藝中長期穩(wěn)定的輸入濃度可控的摻雜氣體成為MOCVD反應器供氣系統(tǒng)的重要要求。摻雜氣體流量很小，需要稀釋氣體攜帶稀釋后進入反應腔，但是大流量的稀釋氣體和微小流量的摻雜氣體流量差距可達到10倍到200倍左右，這么大的流量差距導致混入的摻雜氣體會被大流量稀釋氣體壓迫到氣體管道一側，無法快速向四周擴散，為了獲得混合均勻的稀釋氣體和摻雜氣體，需要很長的混合管道才能實現(xiàn)。潔凈室內(nèi)MOCVD反應器的體積受限無法安裝長度太大的氣體混合管道，同時為了零部件維護和減少氣體壓力損失的需要也不能采用具有太多轉折管道的氣體混合管道。所以如何在盡量短的距離，盡量簡單的結構內(nèi)實現(xiàn)兩者流量差很大的氣體的快速混合成為業(yè)界急需解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型解決的問題是在用盡可能端的管道實現(xiàn)兩者流量差距很大的氣體的均勻混合，本實用新型揭露了一種用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，包括:
[0004]—進氣體管道包括第一端和第二端，所述第一端包括一個第一氣體輸入管道用于輸入第一氣體，進氣管道的第二端連接到一個氣體混合管道的第一端，所述氣體混合管道包括至少兩個轉折管道，所述氣體混合管道的第二端連接到一個第三氣體管道，所述第三氣體管道上包括至少一個氣體輸出管道用于輸出混合后的工藝氣體，其特征在于，所述第一氣體管道的第一端和第二端之間的側壁上還包括一個第二氣體輸入管道用于輸入第二氣體，且第一氣體流量大于所述第二氣體流量。其中，所述第一氣體流量大于第二氣體流量10倍以上。
[0005]其中所述第二氣體輸入管道與所述進氣管道之間的夾角范圍在30-120度之間，以保證第一氣體和第二氣體的初步混合。進一步的，所述第二氣體輸入管道與進氣管道互相垂直。
[0006]所述氣體混合管道包括依次連接的第一轉折管道、第二氣體管道和第二轉折管道。
[0007]所述氣體輸出管道連接到MOCVD的反應器中的反應腔。第三氣體管道上還包括一個第二氣體輸出管道連接到MOCVD反應器的排氣端，使得在第二氣體濃度可變的情況下，通過氣體輸出管道輸出到MOCVD反應器的流量穩(wěn)定。
[0008]所述進氣管道和第三氣體管道互相平行，且第二氣體管道短于所述進氣管道或第三氣體管道，實現(xiàn)氣體混合裝置的體積最小化。
[0009]本實用新型第二實施例提供了一種氣體混合管道包括依次連接的第一轉折管道、第二氣體管道第一部分、第二轉折管道、第二氣體管道第二部分、第三轉折管道、第二氣體管道第三部分、第四轉折管道，所述第二氣體管道的各個部分與所述進氣管道互相垂直排布。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型氣體混合裝置示意圖；
[0011 ]圖2是本實用新型第二實施例的氣體混合裝置立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示為本實用新型氣體混合裝置示意圖，具有第一流量的稀釋氣體I通入第一氣體管道10，沿著管道10向前流動。第一氣體管道10側壁包括一個反應氣體管道11，反應氣體管道11使得來自反應氣體源的反應氣體2垂直流入第一氣體管道10。反應氣體2具有第二流量，其中第一流量是第二流量的10倍至200倍大。由于巨大了流量差距，反應氣體2垂直注入稀釋氣體后主要分布在圖中靠右側管壁處，隨著向下流動逐漸向管道10的中心區(qū)域擴散，要在整個管道內(nèi)完全與稀釋氣體I混合需要很長的管道。所以管道10的下端包括兩個轉折管道T1、T2，轉折管道T1、T2之間還包括一個第二管道20。稀釋氣體I和反應氣體2初步混合后向下經(jīng)過轉折管道Tl，此時初步混合氣體由于發(fā)生方向轉折，內(nèi)部氣流也發(fā)生翻滾，更多的反應氣體2與稀釋氣體混合。隨后稀釋氣體I和反應氣體2混合形成的工藝氣體3流過第二管道20到達第二個轉折管道Τ2，再一次工藝氣體內(nèi)部氣流發(fā)生渦流翻滾，進一步地，稀釋氣體和反應氣體2得到混合，形成混合良好的工藝氣體3并向上流到第三氣體管道30。
[0013]工藝氣體3向上沿第三氣體管道3向上擴散然后一部分工藝氣體經(jīng)過輸出管道31輸出到MOCVD反應腔內(nèi)進行反應，另一部分工藝氣體3繼續(xù)向上流動經(jīng)過輸出管道33連接到排氣端排出多余的工藝氣體。在MOCVD工藝過程中，摻雜工藝所需要的工藝氣體3可以根據(jù)工藝需要自由選擇稀釋氣體I和反應氣體2的流量，通過不同的流量比率選擇可以獲得不同流量的工藝氣體3，工藝氣體3內(nèi)的反應氣體濃度也可以自由調(diào)節(jié)。當需要高濃度的反應氣體時可以增加反應氣體2的流量，大需要大流量低反應氣體濃度的工藝氣體時可以增加稀釋氣體I的流量，同時通過調(diào)節(jié)流出輸出管道33的流量來保持經(jīng)過輸出管道31流入反應腔的的工藝氣體3的流量穩(wěn)定。其中反應氣體2可以是SiH4或者Si2H6等用于摻雜的氣體，也可以是其它小流量的反應氣體，稀釋氣體可以是N2/H2。
[0014]如圖2所示是本實用新型第二實施例的立體結構圖，圖中第一氣體管道10的上端包括一個橫向的氣體輸入管道，第二氣體管道20被改造為由三段氣體管道20a-20c組成，各段氣體管道之間還通過多個轉折管道Tl’、T2’、T3’、T4’實現(xiàn)連接。20a-20c這些氣體管道和Tl’-T4 ’轉折管道共同構成的氣體通路使得工藝氣體在較短距離內(nèi)經(jīng)過4次翻滾，實現(xiàn)更好的氣體混合。由于多個轉折管道的存在，第二氣體管道20a-20c可以設計的很短，比如小于第一氣體管道或第三氣體管道，第一氣體管道10和輸出工藝氣體的第三氣體管道30可以在很近距離內(nèi)平行排布，相應的整個氣體混合裝置的體積也可以很小。本實用新型的氣體混合裝置可以在很小空間內(nèi)實現(xiàn)流量差距極大的兩種氣體快速均勻的混合，而且在輸出到反應腔的工藝氣體3流量保持穩(wěn)定的基礎上自由調(diào)節(jié)工藝氣體內(nèi)反應氣體的含量或濃度。
[0015]如圖1、2所示，本實用新型中反應氣體2通過反應氣體管道11送入第一氣體管道10，其中反應氣體管道11與第一氣體管道10垂直，根據(jù)本發(fā)明原理，反應氣體管道11也可以是以不同角度與第一氣體管道相交的，如圖2中的角度Θ可以是30-120度的范圍，在這些范圍內(nèi)反應氣體2在通入第一氣體管道10時均能夠向第一氣體管道10內(nèi)的中心擴散，而不是被大量的稀釋氣體流壓迫到管道內(nèi)壁一側。隨后進過至少兩個轉折部使得初步混合后的工藝氣體發(fā)生翻滾，最終到達第三氣體管道上的輸出管道31、33的出口時工藝氣體3已經(jīng)達到均勻的混合。本實用新型中的多個轉折管道除了如圖1、2所示的使得氣體呈90度轉折外也可以是其它角度的轉折，最佳的轉折角度大于45度，轉折角度過小會使得氣體不會發(fā)生劇烈的翻滾無法在短距離內(nèi)加速兩種氣體的混合。
[0016]雖然本實用新型披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，包括: 一進氣體管道包括第一端和第二端，所述第一端包括一個第一氣體輸入管道用于輸入第一氣體，進氣管道的第二端連接到一個氣體混合管道的第一端， 所述氣體混合管道包括至少兩個轉折管道，所述氣體混合管道的第二端連接到一個第三氣體管道， 所述第三氣體管道上包括至少一個氣體輸出管道用于輸出混合后的工藝氣體， 其特征在于，所述第一氣體管道的第一端和第二端之間的側壁上還包括一個第二氣體輸入管道用于輸入第二氣體，且第一氣體流量大于所述第二氣體流量。2.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述第二氣體輸入管道與所述進氣管道之間的夾角范圍在30-120度之間。3.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述氣體混合管道包括依次連接的第一轉折管道、第二氣體管道和第二轉折管道。4.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述氣體輸出管道連接到MOCVD的反應器中的反應腔。5.如權利要求4所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述第三氣體管道上還包括一個第二氣體輸出管道連接到MOCVD反應器的排氣端。6.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述進氣管道和第三氣體管道互相平行，且第二氣體管道短于所述進氣管道或第三氣體管道。7.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述氣體混合管道包括依次連接的第一轉折管道、第二氣體管道第一部分、第二轉折管道、第二氣體管道第二部分、第三轉折管道、第二氣體管道第三部分、第四轉折管道，所述第二氣體管道的各個部分與所述進氣管道互相垂直排布。8.如權利要求2所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述第二氣體輸入管道與進氣管道互相垂直。9.如權利要求1所述的用于MOCVD反應器的氣體混合裝置，其特征在于，所述第一氣體流量大于第二氣體流量10倍以上。
【文檔編號】C23C16/455GK205473975SQ201620260801
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】杜志游, 周寧, 張昭, 張永煦
【申請人】中微半導體設備(上海)有限公司