專利名稱：氫化物氣相外延裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種氫化物氣相外延裝置。
背景技術(shù)：
以氮化鎵(GaN)基化合物為代表的氮化物材料具有能帶寬、飽和電子速率高、擊穿電壓大、介電常數(shù)小等特點。對于GaN而言，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫、耐腐蝕，非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件以及藍、綠光和紫外光電子器件，因此GaN基化合物材料目前已成為飛速發(fā)展的研究熱點。目前，氮化物材料生長面臨的最主要的問題在于缺乏合適的襯底。因為直接合成GaN單晶比較困難，需要高溫高壓的條件，而且生長出來的單晶尺寸小，不能滿足生產(chǎn)的要求。因此，目前商業(yè)化的GaN基器件基本都是采用異質(zhì)外延，使用的襯底材料主要有藍寶石、碳化硅和硅等，這些襯底與GaN材料之間的晶格失配和熱失配較大，導(dǎo)致材料中存在較大的應(yīng)カ并產(chǎn)生較高的位錯密度，不利于GaN基器件性能的提高。如果能在GaN上進行同質(zhì)外延生長，就可很大程度地減少缺陷，使器件的性能有巨大的飛躍。目前生長GaN體單晶的方法主要包括高溫高壓法、升華法、Na熔融結(jié)晶法和氫化物氣相外延法，其中前三種方法對設(shè)備和エ藝都有很高要求，并且難以實現(xiàn)大尺寸GaN單晶，無法滿足商業(yè)化的要求，而氫化物氣相外延(HVPE)技術(shù)具有設(shè)備簡單、成本低、生長速度快等優(yōu)點，已成為生長GaN厚膜最為有效的方法。早期人們主要采用氫化物氣相外延技術(shù)在藍寶石襯底上直接生長GaN厚膜，再加以分離，獲得GaN襯底材料。這種方法生長的GaN外延層中位錯密度很高，目前的主要方法是米用橫向外延、懸掛外延等方式輔以氫化物氣相外延的高速率外延技術(shù)生長厚膜，來獲得位錯密度較低的GaN襯底材料。由于傳統(tǒng)氫化物氣相外延裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣流輸運等限制，生長大尺寸GaN襯底材料的均勻性無法得到保證，同時也難以進行大批量生產(chǎn)，因此仍需要進ー步改進傳統(tǒng)的氫化物氣相外延裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對已有技術(shù)中存在的缺陷，提供ー種新型氫化物氣相外延裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的氫化物氣相外延裝置，主體為ー個氣相外延反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔上部設(shè)有進氣裝置，可根據(jù)外延エ藝的要求通入不同種類、不同流量或流速、不同濃度的反應(yīng)氣體或者氫氣、氮氣等載氣；進氣裝置下方設(shè)有一石英舟以放置金屬源，氯化氫反應(yīng)氣體與之發(fā)生反應(yīng)生成金屬氯化物；反應(yīng)腔下部設(shè)有載片盤以放置襯底材料；載片盤下方和上方設(shè)有加熱裝置，可提供氯化氫氣體與金屬源反應(yīng)所需的熱源，同時兩個加熱裝置可調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)部的溫度梯度分布，以滿足反應(yīng)腔內(nèi)氫化物氣相外延所需要的反應(yīng)條件；載片盤下方的加熱裝置與反應(yīng)區(qū)由載片盤支撐隔開，反應(yīng)腔底部設(shè)有排氣ロ。 所述氣相外延反應(yīng)腔內(nèi)進氣裝置下方的石英舟為帶開ロ的石英管或者陶瓷管，該管為直管或環(huán)形管，多根管在ー個平面內(nèi)間隔排列。所述氣相外延反應(yīng)腔內(nèi)載片盤上方的加熱裝置設(shè)于石英舟下方，位于載片盤與石英舟之間，該加熱裝置由高溫材料制造，如鎢、鉭等；該加熱裝置的加熱元件在ー個平面內(nèi)間隔排列。該加熱裝置的加熱元件外表面有避免加熱元件與氣體反應(yīng)的隔離材料。本實用新型的優(yōu)點是可在一個反應(yīng)腔內(nèi)生成金屬氯化物并進行材料的外延生長，結(jié)構(gòu)簡単。載片盤上方和下方的加熱裝置可調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)部的溫度梯度分布，從而改進材料的晶體質(zhì)量。同時該反應(yīng)腔設(shè)計方案具有可擴展性，并可與金屬有機化合物氣相外延設(shè)備結(jié)合使用。

圖I為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型裝置的石英舟4間隔排列的直管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型裝置的加熱元件間隔排列的加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1進氣裝置、2腔體水冷壁、3金屬源、4石英舟、5加熱裝置、6載片盤、7襯底、8加熱裝置、9載片盤支撐、10排氣ロ、11反應(yīng)區(qū)、12支撐。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖進一步詳細(xì)描述本實用新型。實施例一如圖I所示，為本實用新型裝置的設(shè)計示意圖。氣相外延反應(yīng)腔上部設(shè)有進氣裝置1，可根據(jù)外延エ藝的要求通入不同種類、不同 流量或流速、不同濃度的反應(yīng)氣體或者氫氣、氮氣等載氣；進氣裝置I下方設(shè)有石英舟4，該石英舟4用帶開ロ的石英管或者陶瓷管做成，石英舟4內(nèi)放置金屬源3，有進氣裝置I通入的氯化氫反應(yīng)氣體與之發(fā)生反應(yīng)生成金屬氯化物；反應(yīng)腔下部設(shè)有載片盤6以放置襯底7 ;載片盤6下方設(shè)有加熱裝置8，載片盤6上方在石英舟4下方位于載片盤6與石英舟4之間設(shè)有加熱裝置5，該加熱裝置5的加熱元件外表面有避免加熱元件與氣體反應(yīng)的隔離材料，該加熱裝置5可提供氯化氫氣體與金屬源反應(yīng)所需的熱源，同時兩個加熱裝置可調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)部的溫度梯度分布，以滿足反應(yīng)腔內(nèi)氫化物氣相外延所需要的反應(yīng)條件；加熱裝置5位于石英舟4下方，并與石英舟4共同由支撐12固定；加熱裝置8與反應(yīng)區(qū)11由載片盤支撐9隔開；反應(yīng)腔底部設(shè)有排氣，10，反應(yīng)后生成的氣體由排氣ロ 10排出。以氮化鎵的外延生長過程為例，氯化氫氣體與氨氣由載氣攜帯經(jīng)進氣裝置I進入反應(yīng)腔內(nèi)，將加熱裝置5加熱到1000左右V，石英舟在加熱裝置5的上方，在適當(dāng)距離的設(shè)置下，可以讓石英舟4處在溫度800度左右的區(qū)域。氯化氫氣體與石英舟4內(nèi)的金屬源3發(fā)生反應(yīng)生成氯化鎵氣體，在加熱裝置5附近氯化鎵與氨氣放生反應(yīng)生長氮化鎵，同時沉積在襯底7表面生成薄膜。將載片盤6下方加熱裝置8加熱到1000°C左右，使得載片盤6上方加熱裝置5與襯底7之間形成合適的溫度梯度，有利于生成氮化鎵薄膜沉積在襯底7表面，反應(yīng)生成的氣體由排氣ロ 10排出。實施例ニ本實施例與實施例一相同，所不同的是石英舟4為石英管或陶瓷管的直管或環(huán)形管，多根管在ー個平面內(nèi)間隔排列的直管結(jié)構(gòu)。如圖2所示。實施例三本實施例與實施例一相同，所不同的是載片盤6上方的加熱裝置5加熱元件在一個平面內(nèi)間隔排列的加熱裝置結(jié)構(gòu)。如圖3所示。權(quán)利要求1.ー種氫化物氣相外延裝置，包括ー氣相外延反應(yīng)腔，其特征在于反應(yīng)腔上部設(shè)有進氣裝置，進氣裝置下方設(shè)有ー石英舟，反應(yīng)腔下部設(shè)有載片盤，載片盤下方和上方設(shè)有加熱裝置，載片盤下方的加熱裝置與反應(yīng)區(qū)由載片盤支撐隔開，反應(yīng)腔底部設(shè)有排氣ロ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氫化物氣相外延裝置，其中石英舟為帶開ロ的石英管或者陶瓷管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氫化物氣相外延裝置，其中石英舟為石英管或陶瓷管的直管或環(huán)形管，多根管在ー個平面內(nèi)間隔排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氫化物氣相外延裝置，其中載片盤上方的加熱裝置的加熱元件在ー個平面內(nèi)間隔排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氫化物氣相外延裝置，其中載片盤上方的加熱裝置的加熱元 件外表面設(shè)有避免加熱元件與氣體反應(yīng)的隔離材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氫化物氣相外延裝置，其中載片盤上方的加熱裝置的位置為載片盤與石英舟之間。
專利摘要氫化物氣相外延裝置，包括一氣相外延反應(yīng)腔，反應(yīng)腔上部設(shè)有進氣裝置，進氣裝置下方設(shè)有一石英舟，反應(yīng)腔下部設(shè)有載片盤，載片盤下方和上方設(shè)有加熱裝置，載片盤下方的加熱裝置與反應(yīng)區(qū)由載片盤支撐隔開，反應(yīng)腔底部設(shè)有排氣口。本實用新型的優(yōu)點是可在一個反應(yīng)腔內(nèi)生成金屬氯化物并進行材料的外延生長，結(jié)構(gòu)簡單；載片盤上方和下方的加熱裝置可調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)部的溫度梯度分布，從而改進材料的晶體質(zhì)量；該裝置設(shè)計方案具有可擴展性，并可與金屬有機化合物氣相外延設(shè)備結(jié)合使用。
文檔編號C30B25/10GK202390571SQ20112047225
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者甘志銀 申請人:甘志銀