專利名稱：一種mocvd設備的雙層進氣噴頭裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及MOCVD設備進氣噴頭裝置，尤其是涉及一種具有雙層進氣以及預混合特征的MOCVD設備的雙層進氣噴頭裝置。
背景技術：
金屬有機化學氣相沉積設備(MOCVD)是目前制備半導體材料的一個重要設備，尤其在制備超晶格、量子阱等方面具有明顯的優(yōu)勢，在光電子產業(yè)已用于大規(guī)模生產。MOCVD 在生長材料時，需要將不同的反應氣體通過不同的管道送入反應室。為了保證氣流場的均勻性，要求氣體高速流過噴孔，一般速度為3m/s，而噴孔到襯底的距離一般控制在IOmm到 20mm之間。在這種情況下，兩種氣體噴出后，在沒有充分混合之前就已經到達襯底的表面， 因此對材料生長的速度、結晶質量以及原材料利用率均有不利影響。為了解決這一問題，通常有以下幾種方法第一種方法是加大噴孔到襯底的距離來使不同氣體之間有時間充分混合，然而如此一來，就會影響氣流場的穩(wěn)定，很可能形成湍流；另外，噴孔和襯底的距離加大則意味著氣體在高溫區(qū)運行的時間加長，這樣就大大增加了氣體間的預反應，從而對生長帶來負面影響；第二種方法是縮小兩種噴孔間距，使兩種氣體橫向擴散更加容易，從而達到混合均勻的目的，然而目前打孔的技術限制了孔間距不可能很近(目前一般為5mm)，所以也很難實現。顯而易見，氣體混合和氣體間的預反應是一對矛盾，當氣體混合均勻時，氣體間的預反應大，當氣體間的預反應小時，則氣體很難混合均勻。因此，提高MOCVD生長材料的晶體質量和原材料利用率，必須解決這一對矛盾。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠將不同反應氣體分別送入反應室、使不同反應氣體到達襯底就已經能充分混合、預反應小的MOCVD設備的進氣噴頭裝置，它克服了 MOCVD生長中氣體混合和預反應之間的矛盾關系。本發(fā)明的目的是這樣實現的
一種MOCVD設備的進氣噴頭裝置，包括一個由頂板、側壁以和底板組成的封閉型外殼， 封閉型外殼的內部被上中層板和下中層板分成三個部分，分別為上進氣腔、下進氣腔以及水冷腔，在上進氣腔對應的側壁上安裝有負責將一種類型的反應氣體輸運到上進氣腔內的上進氣管，在下進氣腔對應的側壁上安裝有負責將另一種類型的反應氣體輸運到下進氣腔內的下進氣管，在水冷腔兩端對應的側壁上分別安裝有冷卻水進水管和冷卻水出水管，特征是在下進氣腔與反應室之間安裝有將下進氣腔與反應室連通的下出氣管，在上進氣腔和下出氣管之間安裝有將上進氣腔和下出氣管連通的上出氣管，上出氣管的外徑小于下出氣管的內徑，且上出氣管的下端伸入到下出氣管內，但不能縮到下進氣腔內，上出氣管與下出氣管之間設有間隙。上出氣管的下端伸入到下出氣管內，且上出氣管的出口到下出氣管的出口的距離 h 為 2—30mmo
下出氣管的出口到襯底的距離設為10_20mm?！N類型的反應氣體從上進氣管進入上進氣腔中，另一種類型的反應氣體從下進氣管進入下進氣腔中，上進氣腔內的反應氣體經由上出氣管送出，并進入下出氣管內與下出氣管內的另一種來自于下進氣腔的反應氣體混合，然后混合氣體經由下出氣管送入反應室并到達襯底表面，冷卻水通過冷卻水進水管進入水冷腔，帶走由反應室傳導到底板、上出氣管和下出氣管的熱量，然后從冷卻水出水管流出。本發(fā)明中的兩種不同種類的反應氣體通過上進氣管、下進氣管分別通入到上進氣腔和下進氣腔中，然后上進氣腔中的一種類型的反應氣體通過上出氣管進入到下出氣管中，另一種類型的反應氣體從下進氣腔中進入下出氣管中，兩種類型的反應氣體在進入反應室前在上出氣管的出口與下出氣管出口之間的空間進行預混合，預混合完畢后再送入反應室，從而使不同反應氣體到達襯底就已經能充分混合。由于位于內部的上出氣管的外徑小于位于外部的下出氣管的內徑，并留有一定的間隙，這樣就可以使下進氣腔的反應氣體能夠從下出氣管內通過；上出氣管的出口伸入到下出氣管內一定的距離h，這樣，當上出氣管中的氣體流出上出氣管就會與下出氣管內的氣體進行混合，然后才通過下出氣管進入反應室內，這非常有助于兩種類型的反應氣體的混合。另外，在下進氣腔和反應室之間有水冷腔，冷卻水從冷卻水進水管進入水冷腔，帶走反應室傳到底板和上出氣管、下出氣管的熱量，然后從冷卻水出水管流出。水冷腔能夠使上出氣管、下出氣管保持較低的溫度(一般為 50-800C )，在這樣的溫度下，反應氣體不容易發(fā)生預反應；再將噴頭與襯底間的距離設計到 10-20mm，將很好的抑制氣體在反應室內的預反應。因此，本發(fā)明所提供的噴頭結構可很好地克服氣體混合和預反應之間的矛盾。上出氣管的出口距下出氣管的出口的距離h為2-30mm，但不能縮到下進氣腔內。 h的大小可以調節(jié)兩種類型的反應氣體混合的空間大小，以達到調節(jié)兩種類型的反應氣體混合充分度的目的。另外，通過調整上出氣管、下出氣管的內徑以及它們之間的間隙，可以控制兩種出氣管內氣體的流量和流速，達到調節(jié)兩種出氣管壓差平衡，不會發(fā)生反氣的目的。因此，本發(fā)明具有將不同反應氣體分別送入反應室、使不同反應氣體到達襯底就已經能充分混合、預反應小的優(yōu)點，可提高材料生長的晶體質量以及原材料利用率。


圖1為本發(fā)明的剖視示意圖； 圖2為圖1的A-A向俯視圖。其中1 一下進氣管，2 —上進氣管，3 —側壁，4 一頂板，5 —上進氣腔，6 —上中層板，7 一上出氣管，8 —下進氣腔，9 一下中層板，10 一下出氣管，11 一冷卻水出水管，12 一底板，13 —水冷腔，14 一襯底，15 —反應室，16 一冷卻水進水管，17-封閉型外殼，18-間隙。
具體實施例方式下面結合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。一種MOCVD設備的進氣噴頭裝置，包括一個由頂板4、側壁3以和底板12組成的封閉型外殼17，封閉型外殼17的內部被上中層板6和下中層板9分成三個部分，分別為上進氣腔5、下進氣腔8以及水冷腔13，在上進氣腔5對應的側壁3上安裝有負責將一種類型的氣體輸運到上進氣腔5內的上進氣管2，在下進氣腔8對應的側壁3上安裝有負責將另一種類型的氣體輸運到下進氣腔8內的下進氣管1，在水冷腔13兩端對應的側壁3上分別安裝有冷卻水進水管16和冷卻水出水管11 ；在下進氣腔8與反應室15之間安裝有將下進氣腔8與反應室15連通的下出氣管10，在上進氣腔5和下出氣管10之間安裝有將上進氣腔5和下出氣管10連通的上出氣管7，上出氣管7的外徑小于下出氣管10的內徑，且上出氣管7的下端伸入到下出氣管10內，但不能縮到下進氣腔8內，上出氣管7與下出氣管10 之間設有間隙18。上出氣管7的下端伸入到下出氣管10內，且上出氣管7的出口到下出氣管10的出口的距離h為2—30mm。下出氣管10的出口到襯底14的距離設為10—20mm。一種類型的反應氣體從上進氣管2進入上進氣腔5中，另一種類型的反應氣體從下進氣管1進入下進氣腔8中，上進氣腔5內的反應氣體經由上出氣管7送出，并進入下出氣管10內與下出氣管10內的另一種來自于下進氣腔8的反應氣體混合，然后混合氣體經由下出氣管10送入反應室15并到達襯底14表面，冷卻水通過冷卻水進水管16進入水冷腔13，帶走由反應室15傳導到底板12、上出氣管7和下出氣管10的熱量，然后從冷卻水出水管11流出。
權利要求
1.一種MOCVD設備的進氣噴頭裝置，包括一個由頂板、側壁以和底板組成的封閉型外殼，封閉型外殼的內部被上中層板和下中層板分成三個部分，分別為上進氣腔、下進氣腔以及水冷腔，在上進氣腔對應的側壁上安裝有負責將一種類型的氣體輸運到上進氣腔內的上進氣管，在下進氣腔對應的側壁上安裝有負責將另一種類型的氣體輸運到下進氣腔內的下進氣管，在水冷腔兩端對應的側壁上分別安裝有冷卻水進水管和冷卻水出水管，其特征在于在下進氣腔與反應室之間安裝有將下進氣腔與反應室連通的下出氣管，在上進氣腔和下出氣管之間安裝有將上進氣腔和下出氣管連通的上出氣管，上出氣管的外徑小于下出氣管的內徑，且上出氣管的下端伸入到下出氣管內，上出氣管與下出氣管之間設有間隙。
2.根據權利要求1所述的MOCVD設備的進氣噴頭裝置，其特征在于上出氣管的下端伸入到下出氣管內，且上出氣管的出口到下出氣管的出口的距離h為2-30mm。
3.根據權利要求1所述的MOCVD設備的進氣噴頭裝置，其特征在于下出氣管的出口到襯底的距離設為10-20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MOCVD設備的雙層進氣噴頭裝置，它包括一個內有上進氣腔、下進氣腔和水冷腔的封閉型外殼體，特征是在下進氣腔與反應室之間安裝有將下進氣腔與反應室連通的下出氣管，在上進氣腔和下出氣管之間安裝有將上進氣腔和下出氣管連通的上出氣管，上出氣管的外徑小于下出氣管的內徑，且上出氣管的下端伸入到下出氣管內，但不能縮到下進氣腔內，上出氣管與下出氣管之間設有間隙。兩種類型的反應氣體在進入反應室前在上出氣管的出口與下出氣管出口之間的空間進行預混合。本發(fā)明具有將不同反應氣體分別送入反應室、使不同反應氣體到達襯底就已經能充分混合、預反應小的特點，可提高材料生長的晶體質量以及原材料利用率。
文檔編號C23C16/455GK102230166SQ20111018804
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權日2011年7月6日
發(fā)明者劉軍林, 方文卿, 江風益, 王立, 蒲勇 申請人:劉軍林