专利名称：氢化物气相外延装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体技术领域，涉及ー种氢化物气相外延装置。
背景技术：
以氮化镓(GaN)基化合物为代表的氮化物材料具有能带宽、饱和电子速率高、击穿电压大、介电常数小等特点。对于GaN而言，其化学性质稳定，耐高温、耐腐蚀，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件，因此GaN基化合物材料目前已成为飞速发展的研究热点。目前，氮化物材料生长面临的最主要的问题在于缺乏合适的衬底。因为直接合成GaN单晶比较困难，需要高温高压的条件，而且生长出来的单晶尺寸小，不能满足生产的要求。因此，目前商业化的GaN基器件基本都是采用异质外延，使用的衬底材料主要有蓝宝石、碳化硅和硅等，这些衬底与GaN材料之间的晶格失配和热失配较大，导致材料中存在较大的应カ并产生较高的位错密度，不利于GaN基器件性能的提高。如果能在GaN上进行同质外延生长，就可很大程度地減少缺陷，使器件的性能有巨大的飞跃。目前生长GaN体单晶的方法主要包括高温高压法、升华法、Na熔融结晶法和氢化物气相外延法，其中前三种方法对设备和エ艺都有很高要求，并且难以实现大尺寸GaN单晶，无法满足商业化的要求，而氢化物气相外延(HVPE)技术具有设备简单、成本低、生长速度快等优点，已成为生长GaN厚膜最为有效的方法。早期人们主要采用氢化物气相外延技术在蓝宝石衬底上直接生长GaN厚膜，再加以分离，获得GaN衬底材料。这种方法生长的GaN外延层中位错密度很高，目前的主要方法是米用横向外延、悬挂外延等方式辅以氢化物气相外延的高速率外延技术生长厚膜，来获得位错密度较低的GaN衬底材料。由于传统氢化物气相外延装置内部结构、气流输运等限制，生长大尺寸GaN衬底材料的均匀性无法得到保证，同时也难以进行大批量生产，因此仍需要进ー步改进传统的氢化物气相外延装置。
发明内容本实用新型的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供ー种新型氢化物气相外延装置。为实现上述目的，本实用新型提供的氢化物气相外延装置，主体为ー个气相外延反应腔，该反应腔上部设有进气装置，可根据外延エ艺的要求通入不同种类、不同流量或流速、不同浓度的反应气体或者氢气、氮气等载气；进气装置下方设有一石英舟以放置金属源，氯化氢反应气体与之发生反应生成金属氯化物；反应腔下部设有载片盘以放置衬底材料；载片盘下方和上方设有加热装置，可提供氯化氢气体与金属源反应所需的热源，同时两个加热装置可调节反应腔内部的温度梯度分布，以满足反应腔内氢化物气相外延所需要的反应条件；载片盘下方的加热装置与反应区由载片盘支撑隔开，反应腔底部设有排气ロ。 所述气相外延反应腔内进气装置下方的石英舟为带开ロ的石英管或者陶瓷管，该管为直管或环形管，多根管在ー个平面内间隔排列。所述气相外延反应腔内载片盘上方的加热装置设于石英舟下方，位于载片盘与石英舟之间，该加热装置由高温材料制造，如钨、钽等；该加热装置的加热元件在ー个平面内间隔排列。该加热装置的加热元件外表面有避免加热元件与气体反应的隔离材料。本实用新型的优点是可在一个反应腔内生成金属氯化物并进行材料的外延生长，结构简単。载片盘上方和下方的加热装置可调节反应腔内部的温度梯度分布，从而改进材料的晶体质量。同时该反应腔设计方案具有可扩展性，并可与金属有机化合物气相外延设备结合使用。
图I为本实用新型装置的结构示意图；图2为本实用新型装置的石英舟4间隔排列的直管结构示意图；图3为本实用新型装置的加热元件间隔排列的加热装置结构示意图。图中1进气装置、2腔体水冷壁、3金属源、4石英舟、5加热装置、6载片盘、7衬底、8加热装置、9载片盘支撑、10排气ロ、11反应区、12支撑。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步详细描述本实用新型。实施例一如图I所示，为本实用新型装置的设计示意图。气相外延反应腔上部设有进气装置1，可根据外延エ艺的要求通入不同种类、不同 流量或流速、不同浓度的反应气体或者氢气、氮气等载气；进气装置I下方设有石英舟4，该石英舟4用带开ロ的石英管或者陶瓷管做成，石英舟4内放置金属源3，有进气装置I通入的氯化氢反应气体与之发生反应生成金属氯化物；反应腔下部设有载片盘6以放置衬底7 ;载片盘6下方设有加热装置8，载片盘6上方在石英舟4下方位于载片盘6与石英舟4之间设有加热装置5，该加热装置5的加热元件外表面有避免加热元件与气体反应的隔离材料，该加热装置5可提供氯化氢气体与金属源反应所需的热源，同时两个加热装置可调节反应腔内部的温度梯度分布，以满足反应腔内氢化物气相外延所需要的反应条件；加热装置5位于石英舟4下方，并与石英舟4共同由支撑12固定；加热装置8与反应区11由载片盘支撑9隔开；反应腔底部设有排气，10，反应后生成的气体由排气ロ 10排出。以氮化镓的外延生长过程为例，氯化氢气体与氨气由载气携帯经进气装置I进入反应腔内，将加热装置5加热到1000左右V，石英舟在加热装置5的上方，在适当距离的设置下，可以让石英舟4处在温度800度左右的区域。氯化氢气体与石英舟4内的金属源3发生反应生成氯化镓气体，在加热装置5附近氯化镓与氨气放生反应生长氮化镓，同时沉积在衬底7表面生成薄膜。将载片盘6下方加热装置8加热到1000°C左右，使得载片盘6上方加热装置5与衬底7之间形成合适的温度梯度，有利于生成氮化镓薄膜沉积在衬底7表面，反应生成的气体由排气ロ 10排出。实施例ニ本实施例与实施例一相同，所不同的是石英舟4为石英管或陶瓷管的直管或环形管，多根管在ー个平面内间隔排列的直管结构。如图2所示。实施例三本实施例与实施例一相同，所不同的是载片盘6上方的加热装置5加热元件在一个平面内间隔排列的加热装置结构。如图3所示。权利要求1.ー种氢化物气相外延装置，包括ー气相外延反应腔，其特征在于反应腔上部设有进气装置，进气装置下方设有ー石英舟，反应腔下部设有载片盘，载片盘下方和上方设有加热装置，载片盘下方的加热装置与反应区由载片盘支撑隔开，反应腔底部设有排气ロ。
2.根据权利要求I所述的氢化物气相外延装置，其中石英舟为带开ロ的石英管或者陶瓷管。
3.根据权利要求I所述的氢化物气相外延装置，其中石英舟为石英管或陶瓷管的直管或环形管，多根管在ー个平面内间隔排列。
4.根据权利要求I所述的氢化物气相外延装置，其中载片盘上方的加热装置的加热元件在ー个平面内间隔排列。
5.根据权利要求I所述的氢化物气相外延装置，其中载片盘上方的加热装置的加热元 件外表面设有避免加热元件与气体反应的隔离材料。
6.根据权利要求I所述的氢化物气相外延装置，其中载片盘上方的加热装置的位置为载片盘与石英舟之间。
专利摘要氢化物气相外延装置，包括一气相外延反应腔，反应腔上部设有进气装置，进气装置下方设有一石英舟，反应腔下部设有载片盘，载片盘下方和上方设有加热装置，载片盘下方的加热装置与反应区由载片盘支撑隔开，反应腔底部设有排气口。本实用新型的优点是可在一个反应腔内生成金属氯化物并进行材料的外延生长，结构简单；载片盘上方和下方的加热装置可调节反应腔内部的温度梯度分布，从而改进材料的晶体质量；该装置设计方案具有可扩展性，并可与金属有机化合物气相外延设备结合使用。
文档编号C30B25/10GK202390571SQ20112047225
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者甘志银 申请人:甘志银