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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行反應(yīng)，氯化氫氣體從進(jìn)氣管道進(jìn)入最上層反應(yīng)層，隨后從氣體通道向下進(jìn)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(jìn)行反應(yīng)。并且，本發(fā)明中進(jìn)氣管道和出氣管道在不同的反應(yīng)層，大大降低了從進(jìn)氣管道進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(biāo)號說明

1反應(yīng)層

2氣體通道

3進(jìn)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(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)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(diǎn)及功效。

請參閱圖1至圖2，本發(fā)明第一實(shí)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(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)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(dá)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(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

如圖1所示，本實(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器進(jìn)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(jìn)氣管道3注入到最上層反應(yīng)層1中，當(dāng)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(jìn)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(dāng)然，在其他實(shí)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(shí)施方式并不對此進(jìn)行限制。

請繼續(xù)參閱圖1和圖2，在本實(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)施方式中，進(jìn)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(jìn)氣管道3進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)施方式中，進(jìn)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(jìn)氣管道3進(jìn)入的氯化氫氣體直接從出氣管道4排出的概率。

另外，本實(shí)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(shí)施方式中，反應(yīng)層1采用石英材質(zhì)制備而成。當(dāng)然，在其他實(shí)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(shí)施方式的穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器中進(jìn)行氯化氫氣體與金屬鎵的反應(yīng)時，氯化氫氣體從進(jìn)氣管道3進(jìn)入最上層反應(yīng)層1，隨后從氣體通道2向下進(jìn)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(shí)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(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)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(jìn)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(shí)施方式涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實(shí)施方式中，相鄰兩層反應(yīng)層1之間的直接進(jìn)行疊置。而在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，相鄰兩層反應(yīng)層1之間通過一支撐柱6進(jìn)行疊置。具體地說：

本實(shí)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(shí)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(jì)。

由于本實(shí)施方式是在本發(fā)明第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，第一實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)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(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施方式中。

請參閱圖4和圖5，本發(fā)明第三實(shí)施方式涉及一種穩(wěn)定鎵源反應(yīng)器。第三實(shí)施方式與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實(shí)施方式和第二實(shí)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(shí)施方式中，對出氣管道4進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，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(jìn)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(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)施方式是在本發(fā)明第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)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(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施方式或第二實(shí)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(jìn)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(jìn)行反應(yīng)，氯化氫氣體從進(jìn)氣管道進(jìn)入最上層反應(yīng)層，隨后從氣體通道向下進(jìn)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(jìn)行反應(yīng)。并且，本發(fā)明中進(jìn)氣管道和出氣管道在不同的反應(yīng)層，大大降低了從進(jìn)氣管道進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實(shí)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(shí)施例進(jìn)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。