本發(fā)明涉及反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

氫化物氣相外延(hvpe，hydridevaporphaseepitaxy)設(shè)備為化合物生長工藝設(shè)備，主要用于在高溫環(huán)境下通過如h2、hcl等氫化物氣體，使襯底表面外延生長一層如gaas、gan等的厚膜或晶體。

現(xiàn)有hvpe設(shè)備中，氯化氫氣體與金屬鎵進行反應(yīng)的鎵源反應(yīng)器主要存在以下缺陷：1、氯化氫氣體與金屬鎵的接觸時間短，氯化氫氣體未參與反應(yīng)就已經(jīng)流出反應(yīng)區(qū)。2、反應(yīng)器內(nèi)的液態(tài)金屬鎵的余量的變化，引起氯化氫轉(zhuǎn)化為氯化鎵的比率變化，進而導(dǎo)致后續(xù)工藝中氮化鎵生成速率波動大，難以控制，尤其是在厚膜生長。3、現(xiàn)有鎵源反應(yīng)器進氣口和出氣口在同一反應(yīng)腔內(nèi)增加了氯化氫氣體從進氣口進入然后直接從出氣口排出的概率。4、由于氣流波動的影響，很容易在生成的反應(yīng)產(chǎn)物——氯化鎵氣體中夾帶有金屬鎵顆粒，這些顆粒落在生長襯底上很容易造成襯底污染，從而導(dǎo)致生成的晶圓片缺陷密度增大，甚至破裂。

因此，如何改進鎵源反應(yīng)器，以避免上述缺陷的發(fā)生，是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中鎵源反應(yīng)器氯化鎵生成速率難以控制的問題，同時解決了生成的氯化鎵氣體中夾帶金屬鎵顆粒而導(dǎo)致生成的晶圓片缺陷密度增大的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器，其中，所述穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器至少包括：

依次疊置的至少兩層反應(yīng)層；

位于相鄰兩層反應(yīng)層之間的氣體通道；

位于最上層反應(yīng)層的頂端的進氣管道；以及，

位于最下層反應(yīng)層的底端的出氣管道。

優(yōu)選地，相鄰兩個所述氣體通道相對設(shè)置在所述穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述氣體通道的兩端分別伸入相鄰兩層反應(yīng)層內(nèi)，所述氣體通道的頂端伸入相鄰兩層反應(yīng)層中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)的高度為該位于上層的反應(yīng)層高度的1/4～3/4。

優(yōu)選地，所述氣體通道的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)的高度不大于該位于下層的反應(yīng)層高度的1/2。

優(yōu)選地，所述出氣管道的頂端伸入所述最下層反應(yīng)層內(nèi)。

優(yōu)選地，所述出氣管道的頂端伸入所述最下層反應(yīng)層內(nèi)的高度為所述最下層反應(yīng)層高度的1/4～3/4。

優(yōu)選地，所述出氣管道的出口處設(shè)有封端，所述封端上開設(shè)有至少一個出氣孔。

優(yōu)選地，所述出氣孔的數(shù)量為1-30個。

優(yōu)選地，所述出氣管道的內(nèi)壁向內(nèi)收縮形成一縮頸結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器還包括：位于相鄰兩層反應(yīng)層之間的支撐柱，相同兩層反應(yīng)層之間的支撐柱和氣體通道相對設(shè)置在所述穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述進氣管道與頂端伸入所述最上層反應(yīng)層內(nèi)的氣體通道相對設(shè)置在所述穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)層的層數(shù)為2～10層，每層反應(yīng)層的高度為1～10cm。

如上所述，本發(fā)明的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器，具有以下有益效果：本發(fā)明采用多層反應(yīng)層疊置在一起，相鄰兩層反應(yīng)層之間通過氣體通道連通，液態(tài)金屬鎵預(yù)先通過進氣管道和各氣體通道注入到各反應(yīng)層中，然后通入氯化氫氣體進行反應(yīng)，氯化氫氣體從進氣管道進入最上層反應(yīng)層，隨后從氣體通道向下進入相鄰兩層反應(yīng)層，并逐層通過所有反應(yīng)層，最終生成的氯化鎵氣體從出氣管道流出，從而能夠確保氯化氫氣體充分與金屬鎵進行反應(yīng)。并且，本發(fā)明中進氣管道和出氣管道在不同的反應(yīng)層，大大降低了從進氣管道進入的氯化氫氣體直接從出氣管道排出的概率。并且，本發(fā)明中最下層反應(yīng)層用于對生成的氯化鎵氣體進行緩沖、穩(wěn)流和過濾，其內(nèi)不注入金屬鎵，且出氣管道的頂端伸入最下層反應(yīng)層內(nèi)一定高度，可以對生成的氯化鎵氣體中夾帶的金屬鎵顆粒進行蓄留和攔阻，避免這些顆粒落在生長襯底上造成襯底污染，從而避免生成的晶圓片缺陷密度較大或破裂。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明第一實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明第一實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器中氣體流向示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明第二實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明第三實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的一個優(yōu)選方案示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明第三實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的另一個優(yōu)選方案示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明第三實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的另一個優(yōu)選方案中的封端示意圖。

元件標號說明

1反應(yīng)層

2氣體通道

3進氣管道

4出氣管道

41縮頸結(jié)構(gòu)

42封端

421出氣孔

5金屬鎵

6支撐柱

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。

請參閱圖1至圖2，本發(fā)明第一實施方式涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

如圖1所示，本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器至少包括：依次疊置的至少兩層反應(yīng)層1；位于相鄰兩層反應(yīng)層1之間的氣體通道2，相鄰兩個氣體通道2相對設(shè)置在穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)；位于最上層反應(yīng)層1的頂端的進氣管道3；以及，位于最下層反應(yīng)層1的底端的出氣管道4。

在本實施方式中，反應(yīng)層1為圓柱形結(jié)構(gòu)的腔室，各反應(yīng)層1的形狀、大小和高度可以相同，也可以不同。并且，反應(yīng)層1的層數(shù)為2～10層，每層反應(yīng)層1的高度為1～10cm。作為一個優(yōu)選的方案，反應(yīng)層1的層數(shù)為2～7層，每層反應(yīng)層1的高度為2～6cm。更優(yōu)地,反應(yīng)層1的層數(shù)為3～6層，每層反應(yīng)層1的高度為2.5～5cm。相鄰兩層反應(yīng)層1通過氣體通道2連接，從而使相鄰兩層反應(yīng)層1之間連通，且相鄰兩氣體通道相對位于鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)，確保氣體可以流通。

在本實施方式中，氣體通道2的頂端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)，且保持一定的高度h1。

需要說明的是，在本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器進行反應(yīng)之前，需要預(yù)先向其中注入液態(tài)金屬鎵5。將金屬鎵5從進氣管道3注入到最上層反應(yīng)層1中，當金屬鎵5的液面高于氣體通道2伸入最上層反應(yīng)層1內(nèi)的頂端高度h1時，金屬鎵5從該氣體通道2流入到相鄰的下一層反應(yīng)層1中，從而完成注入金屬鎵，如圖2所示。由此可見，氣體管道2還起到蓄存金屬鎵5的作用，在注入金屬鎵5時，金屬鎵5的液面與氣體通道2伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)的頂端的高度h1平齊。因此，氣體通道2的頂端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h1根據(jù)每層反應(yīng)層1內(nèi)所需蓄存的金屬鎵5進行設(shè)置。作為一個優(yōu)選方案，氣體通道2的頂端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h1為該位于上層的反應(yīng)層1高度的1/4～3/4，更優(yōu)地，氣體通道2的頂端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于上層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h1為該位于上層的反應(yīng)層1高度的1/2～3/5。

另外，氣體通道2的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)，作為一個優(yōu)選方案，氣體通道2的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h2不大于該位于下層的反應(yīng)層1高度的3/4。更優(yōu)地，氣體通道2的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h2不大于該位于下層的反應(yīng)層1高度的1/2，更優(yōu)地，氣體通道2的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h2不大于該位于下層的反應(yīng)層1高度的1/4，最優(yōu)地，反應(yīng)層蓄滿金屬鎵5時，氣體通道2的底端不會浸入到金屬鎵5中。當然，在其他實施方式中，氣體通道2的底端伸入相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層內(nèi)的高度h2也可以等于0，即氣體通道2的底端可以與相鄰兩層反應(yīng)層1中位于下層的反應(yīng)層的頂端保持平齊。

另外，在整個鎵源反應(yīng)器中，各個氣體通道2的長度可以一樣長，也可以不一樣長，只需要滿足上述技術(shù)特征即可，本實施方式并不對此進行限制。

請繼續(xù)參閱圖1和圖2，在本實施方式中，出氣管道4的頂端伸入最下層反應(yīng)層1內(nèi)，用于對生成的氯化鎵氣體進行緩沖、穩(wěn)流和過濾，一般情況下，最下層反應(yīng)層1內(nèi)不注入金屬鎵5，且出氣管道4的頂端伸入最下層反應(yīng)層內(nèi)一定高度h3，可以對生成的氯化鎵氣體中夾帶的金屬鎵顆粒進行蓄留和攔阻，避免這些顆粒落在生長襯底上造成襯底污染，從而避免生成的晶圓片缺陷密度較大或破裂。作為一個優(yōu)選的方案，出氣管道4的頂端伸入最下層反應(yīng)層1內(nèi)的高度h3為最下層反應(yīng)層1高度的1/4～3/4。更優(yōu)地，出氣管道4的頂端伸入最下層反應(yīng)層1內(nèi)的高度h3為最下層反應(yīng)層1高度的1/2-3/5。

另外，出氣管道4可以位于最下層反應(yīng)層1的底端的任意位置。作為一個優(yōu)選方案，出氣管道4位于最下層反應(yīng)層1的底端的中心位置。

請繼續(xù)參閱圖1和圖2，在本實施方式中，進氣管道3與頂端伸入最上層反應(yīng)層1內(nèi)的氣體通道2相對設(shè)置在穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)，氯化氫氣體從進氣管道3進入，從最上層反應(yīng)層1的一端流向另一端后才會從氣體通道2流向下一反應(yīng)層1，這樣就使得氯化氫氣體與最上層反應(yīng)層1內(nèi)的金屬鎵5接觸時間增加，更利于氯化氫氣體與最上層反應(yīng)層1內(nèi)的金屬鎵5充分反應(yīng)。

另外，進氣管道3的管道寬度小于等于出氣管道4的管道寬度。作為一個優(yōu)選方案，進氣管道3的管道寬度小于出氣管道4的管道寬度。

另外，值得一提的是，在本實施方式中，進氣管道3和出氣管道4在不同的反應(yīng)層1，大大降低了從進氣管道3進入的氯化氫氣體直接從出氣管道4排出的概率。

另外，本實施方式的溫度鎵源反應(yīng)器應(yīng)用于溫度在800℃～1200℃的具有腐蝕性氣體環(huán)境中，且在本實施方式中，反應(yīng)層1采用石英材質(zhì)制備而成。當然，在其他實施方式中，反應(yīng)層1也可以采用除金屬材質(zhì)外的其他材質(zhì)，這是由于金屬鎵具有穿透性，能穿透金屬，因此反應(yīng)層1應(yīng)采用金屬鎵無法穿透的材質(zhì)制備。.

如圖2所示，在本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器中進行氯化氫氣體與金屬鎵的反應(yīng)時，氯化氫氣體從進氣管道3進入最上層反應(yīng)層1，隨后從氣體通道2向下進入相鄰兩層反應(yīng)層1，并逐層通過所有反應(yīng)層1，最終生成的氯化鎵氣體從出氣管道4流出。本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器能夠確保氯化氫氣體充分與金屬鎵5進行反應(yīng)，當通入氯化氫氣體(如圖2中的hcl)的數(shù)量均勻恒定時，生成的氯化鎵氣體的數(shù)量是恒定可控的，進而保證其在后續(xù)工藝中生成氮化鎵的數(shù)量和均勻性恒定可控，為生長厚膜氮化鎵提供了設(shè)備基礎(chǔ)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鎵源反應(yīng)器的種種弊端。

請參閱圖3，本發(fā)明的第二實施方式涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實施方式中，相鄰兩層反應(yīng)層1之間的直接進行疊置。而在本發(fā)明第二實施方式中，相鄰兩層反應(yīng)層1之間通過一支撐柱6進行疊置。具體地說：

本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器還包括：位于相鄰兩層反應(yīng)層1之間的支撐柱6，相同兩層反應(yīng)層1之間的支撐柱6和氣體通道2相對設(shè)置在穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器的兩側(cè)。如圖3所示，相鄰兩層反應(yīng)層1之間，一端通過支撐柱6穩(wěn)固支撐，另一端通過氣體通道2穩(wěn)固連接。本實施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器帶來了更靈活可變的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器設(shè)計。

由于本實施方式是在本發(fā)明第一實施方式的基礎(chǔ)上進行的改進，第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式中。

請參閱圖4和圖5，本發(fā)明第三實施方式涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。第三實施方式與第一實施方式和第二實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實施方式和第二實施方式中，出氣管道4是一根直通管道。而在本發(fā)明第四實施方式中，對出氣管道4進行了結(jié)構(gòu)改進，用于防止鎵源反應(yīng)器外部的氣體壓力過大，導(dǎo)致鎵源反應(yīng)器外部的其他氣體倒灌進入鎵源反應(yīng)器內(nèi)，污染鎵源。具體地說：

作為一個優(yōu)選方案，如圖4所示，出氣管道4的內(nèi)壁向內(nèi)收縮形成一縮頸結(jié)構(gòu)41，反應(yīng)生成的氯化鎵氣體可以從縮頸結(jié)構(gòu)41處流出，縮頸結(jié)構(gòu)41的最小截面面積是出氣管道4的內(nèi)截面面積的1/4～3/4，更優(yōu)地，縮頸結(jié)構(gòu)41的最小截面面積是出氣管道4的內(nèi)截面面積的2/5-3/5。

作為另一個優(yōu)選方案，如圖5和圖6所示，出氣管道4的出口處設(shè)有封端42，封端42上開設(shè)有至少一個出氣孔421。其中，出氣孔421的形狀可以為圓形、方形或者其他形狀，數(shù)量也可以根據(jù)實際需要進行設(shè)計，優(yōu)選地，出氣孔421的數(shù)量為1～30個，更優(yōu)地，出氣孔的數(shù)量為4-16個，并且這些出氣孔421均勻地分布在封端42上，且出氣孔總面積占封端總面積的1/4～3/4，更利于生成的氯化鎵氣體勻速流出，且保障了氣流的均勻性。

由于本實施方式是在本發(fā)明第一實施方式或第二實施方式的基礎(chǔ)上進行的改進，第一實施方式或第二實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式或第二實施方式中。

綜上所述，本發(fā)明的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器，具有以下有益效果：本發(fā)明采用多層反應(yīng)層疊置在一起，相鄰兩層反應(yīng)層之間通過氣體通道連通，液態(tài)金屬鎵預(yù)先通過進氣管道和各氣體通道注入到各反應(yīng)層中，然后通入氯化氫氣體進行反應(yīng)，氯化氫氣體從進氣管道進入最上層反應(yīng)層，隨后從氣體通道向下進入相鄰兩層反應(yīng)層，并逐層通過所有反應(yīng)層，最終生成的氯化鎵氣體從出氣管道流出，從而能夠確保氯化氫氣體充分與金屬鎵進行反應(yīng)。并且，本發(fā)明中進氣管道和出氣管道在不同的反應(yīng)層，大大降低了從進氣管道進入的氯化氫氣體直接從出氣管道排出的概率。并且，本發(fā)明中最下層反應(yīng)層用于對生成的氯化鎵氣體進行緩沖、穩(wěn)流和過濾，其內(nèi)不注入金屬鎵，且出氣管道的頂端伸入最下層反應(yīng)層內(nèi)一定高度，可以對生成的氯化鎵氣體中夾帶的金屬鎵顆粒進行蓄留和攔阻，避免這些顆粒落在生長襯底上造成襯底污染，從而避免生成的晶圓片缺陷密度較大或破裂。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。