，尾气腔室(103)。其前端与喷气口(9)对接，源气体和携带气体从喷气口流经内部反应室￠)，在衬底托盘(7)上进行外延生长，尾气从它的10个尾气孔(607)排出内部反应室￠)，然后经尾气腔室(103)冷却后，由总抽气口(23)抽出。
[0055]内部反应室(6)，其材料可以石英、刚玉、石墨或碳纤维、或者耐高温金属(钨、钥、钽、钼、铱、镍铬合金等)，依生长温度和化学环境而定。一般情况下，如果生长氮化镓材料，生长温度在1050°C附近，采用石英做内部反应室(6)更好些。
[0056]衬底托盘(7)是生长材料时放置衬底的地方,夕卜形为圆形，图5A、图5B是一个直径150毫米的衬底托盘(7)，适合生长4片2英寸衬底。平时衬底托盘(7)嵌入圆孔(604)内。衬底托盘(7)的下部与托盘旋转升降机构(8)中的旋转轴(801)相连。在进行材料外延生长时，由托盘旋转升降机构(8)带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10?120转之间。在往托盘上装卸衬底或样品时，由托盘旋转升降机构(8)往上顶出内部反应室(6)，如图2所示。
[0057]衬底托盘(7)，其材料可以是石墨、耐高温导热陶瓷(碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等)，也可以是耐高温导热金属材料(钨、钥、钽、钼、铱、镍铬合金等)。
[0058]托盘旋转升降机构(8)是由旋转轴(801)、电机(802)、磁流体轴承(803)、波纹管(804)及直线滑移机构(含电机、直线轴承等，这些都是成熟技术，在图1和图2中未画出)等组成，其中衬底托盘(7)的下部与旋转轴(801)相连。它的主要作用是:在进行材料外延生长时，该机构带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10?120转之间。在往托盘上装卸衬底或样品时，该机构将衬底托盘(7)往上顶出内部反应室(6)，如图2所示。
[0059]喷气口(9)外形为长方体，如图4所示，由不锈钢(包括耐热不锈钢、镍铬合金等)加工，一般情况下需要通水冷却。它有3个进气口(901)，分别通金属源(MO源)、气体源(氨气)、顶层气体(氮气)，这些进气口与设备总进气口(24)相连，接源气体；另有密集的喷气孔(902)，孔径在I毫米以下，这些喷气孔(902)与内部反应室(6)对接。为了喷气口
(9)和内部反应室(6)之间准确对接，在喷气口(9)上另外有对接槽(903)。它的主要作用是将源气体强制分开成为横向均匀的气体，在内部反应室￠)的内部成层流形流动。喷气口(9) 一般需要通水冷却，但图4没有将冷却水管画出来。
【主权项】
1.一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:其结构包括水冷不锈钢腔室(I)，保温层(2)，托盘加热器(3)，天棚加热器(4)，内部反应室(6)，衬底托盘(7)，托盘旋转升降机构(8)，喷气口(9)； 水冷不锈钢腔室⑴分为三部分，分别为上盖板(IA)、下底板(IB)、墙板(1C)，中间用胶圈(21)密封，合起来是一个整体； 当上盖板(IA)、下底板(IB)、墙板(IC)合起来时，形成一个完整的水冷不锈钢腔室(I);按照空间划分，这个腔室又分为以下三部分:(a)前端腔室(101)、生长腔室(102)、尾气腔室(103)； 前端腔室(101)没有加热器和保温层； 生长腔室(102)内有托盘加热器(3)、天棚加热器(4)和保温层(2); 尾气腔室(103)内没有加热器和保温层； 保温层(2)分为上下两部分，分别为上保温层(2A)和下保温层(2B)，其中上保温层(2A)与上盖板(IA)固定，下保温层(2B)与下底板(IB)固定； 托盘加热器(3)与下底板(IB)固定，主要作用是给衬底托盘(7)加热； 天棚加热器(4)与上盖板(IA)固定，主要作用是给内部反应室(6)的天棚加热，其中“天棚”包括装卸孔专用盖子￠06)以及附近区域； 托盘加热器(3)、天棚加热器(4)分别由两个温度控制器控制，两个加热器的温度可以是一致的，也可以略有差异； 内部反应室(6)为长方形管，它的前端有两块隔板(601)，隔开金属源(MO源)、气体源(氨气)、顶层气体(氮气)；它后端有两个圆孔:一个圆孔为托盘镶嵌孔￠04)，其的直径略大于衬底托盘(7)的直径；平时衬底托盘嵌入圆孔￠04)内；另一个圆孔为样品装卸孔(605)，平时用装卸孔专用盖子￠06)盖上；内部反应室(6)的尾端有若干尾气孔￠07)，化学反应后尾气从尾气孔￠07)中排出； 内部反应室(6)前端有两块隔板(601)，分成3个气道，从上到下以此为:顶层气体(氮气)、金属源(MO源)、气体源(氨气)； 内部反应室(6)两端与墙板(IC)固定； 内部反应室(6)横跨前端腔室(101)，生长腔室(102)，尾气腔室(103);它的前端与喷气口(9)对接，源气体和携带气体从喷气口流经内部反应室￠)，在衬底托盘(7)上进行外延生长，尾气从它的尾气孔(607)排出内部反应室￠);衬底托盘(7)是生长材料时放置衬底的地方，外形为圆形，其直径略小于托盘镶嵌孔￠04)的直径；平时衬底托盘(7)嵌入托盘圆孔(604)内；衬底托盘(7)的下部与托盘旋转升降机构(8)中的旋转轴(801)相连；在进行材料外延生长时，由托盘旋转升降机构(8)带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10?120转之间；在往托盘上装卸衬底或样品时，由托盘旋转升降机构(8)往上顶出内部反应室⑶; 托盘旋转升降机构(8)是由旋转轴(801)、电机(802)、磁流体轴承(803)、波纹管(804)及直线滑移机构等组成，其中衬底托盘(7)的下部与旋转轴(801)相连； 喷气口(9)外形为长方体；它有3个进气口(901)，这些进气口分别接顶层气体(氮气)、金属源(MO源)、气体源(氨气)；另有密集的喷气孔(902)，孔径在I毫米以下，这些喷气孔(902)与内部反应室(6)对接。
2.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:水冷不锈钢腔室(1)，可以是双层不锈钢结构，在夹层中通水；也可以是单层不锈钢结构，在不锈钢腔室的内侧(或外侧)紧贴一层专用的水冷板。
3.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:保温层(2)由多层金属片做成的光反射屏，或者由保温材料做成的保温体。
4.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:托盘加热器(3)和天棚加热器(4)，由耐高温的金属、石墨、碳纤维，或耐高温的导电陶瓷做成；而且加热方式既可以是电阻加热，也可以是电磁感应加热。
5.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:内部反应室￠)由石英、刚玉、石墨或碳纤维、或者耐高温金属做成。
6.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:衬底托盘(7)由石墨、耐高温导热陶瓷，或者耐高温导热金属做成。
7.如权利要求1所述的一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于:喷气口(9) 一般由不锈钢做成，使用时需要通水冷却。
【专利摘要】本发明公开了一种热壁金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备。该设备包括水冷不锈钢真空腔室、保温层、托盘加热器、天棚加热器、隔热器、内部反应室、衬底托盘和旋转机构、喷气口、以及样品出入口等。本发明区别于常规的MOCVD设备主要在：本设备不仅有托盘加热器，而且还有天棚加热器。这两个加热器由两个温度控制器分开控制，既可以使两个加热器的温度一致，也可以使得两个加热器的温度略有差异。用两个加热器加热，可以使内部反应室的顶部和底部都加热，使内部反应室处于“热壁状态”，完全区别于常规MOCVD是“冷壁状态”。本设备特别适合生长氮化镓(GaN)、氮化铝(AIN)材料，尤其适合氮化镓发光二极管生产。
【IPC分类】C23C16-34, C23C16-44
【公开号】CN104561927
【申请号】CN201310473135
【发明人】刘祥林
【申请人】刘祥林
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月12日