喷头型mocvd初始状态的稳定方法及耐氯双层喷头与制作方法_2

文档序号:9430683阅读:来源:国知局
这样实现的:
一种喷头型MOCVD反应管初始状态的稳定方法,具体步骤如下:
A、每次完成一炉外延生长后,打开反应管,用卡钳取出装满外延衬底的石墨盘;
B换上上一炉未清理的“脏”石墨盘;
C、在“脏”石墨盘的表面放置多孔导热板,氯可通过多孔导热板上的多个小孔向下扩散到石墨盘的表面,从而保证石墨盘表面清理干净,热量则通过导热板向上传导到待清理的喷头下表面;若不使用多孔导热板,则须机械拉近喷头表面与石墨表面间的距离以增加喷头表面氯腐蚀的温度;
D、从氯通道充入1%-100%浓度的干燥氯进反应管进行在线清洗,清洗时石墨盘表面的温度设置在700—1000°C,充氯时间1—60分钟;111族有机源及V族源喷孔均喷出氮气或氩气或氢气,以免喷头的内部受氯污染;清理过程也对石墨盘之下的反应管尾气系统进行了氯清洗,即:不仅清洗了喷头主体的下表面及石墨盘的上表面,还清洗了石墨盘表面之下到尾气总阀之前的尾气气路,从而本质上稳定了喷头型MOCVD反应管的初始状态;
Ε、氯清洗后,换上一盘装满外延衬底的石墨盘,进行新的一炉外延生长。
[0017]本发明的第二个目的是这样实现的:
一种稳定喷头型MOCVD反应管初始状态的耐氯双层喷头,包括JII族有机源室、V族源室、冷却水层、喷头主体、光学通道、III族有机源喷孔^族源喷孔、喷头上盖、III族源与V族源之间的隔板、喷头上法兰、两块挡水板、喷头侧板、喷头下法兰、总进水水道、总出水水道;III族源快接头、光学窗口吹扫气快接头、V族源快接头、氯快接头;其特征在于:增设了氯通道及氯快接头;喷头主体是由一整块坯料电火花加工的喷头主体;喷头主体尤其是其与氯接触的下表面使用的是抗氯腐蚀的材料;111族有机源喷孔及V族源喷孔由电火花直接穿孔而成;用V族源室内众多的电火花整体加工的小柱替代了现有技术的不锈钢喷管;冷却水层由众多平行、直线贯通的小水道组成,各小水道中的水流方向相互平行并垂直于III族有机源喷孔与V族源喷孔中的气流方向。
[0018]喷头在材料上选耐氯材料;在结构上将III族有机源喷孔、V族源喷孔、冷却水层、V族源室这四部分整合成一个多孔、多层部件,此部件即电火花加工的喷头主体,此喷头主体出自一整块耐氯的坯料,不像现有技术的喷头由三块不锈钢圆板、两种长度的多根不锈钢毛细管通过真空钎焊连接成双层喷头;电火花加工的喷头主体还增设了氯通道,;具体来讲,这种耐氯双层喷头包括JII族有机源室、V族源室、冷却水层、电火花加工的喷头主体、氯通道、光学通道、III族有机源喷孔、V族源喷孔、喷头上盖、III族源与V族源之间的隔板、喷头上法兰、两块挡水板、喷头侧板、喷头下法兰、总进水水道、总出水水道、III族源快接头、光学窗口吹扫气快接头、V族源快接头、氯快接头;喷头上盖、III族源与V族源之间的隔板这两者组成III族有机源室;111族源与V族源之间的隔板、喷头上法兰、电火花加工的喷头主体这三者组成V族源室;两块挡水板将圆周的水道分成了两半圆,形成总进水水道与总出水水道;喷头上法兰、喷头侧板、喷头下法兰、电火花加工的喷头主体这四部分围成了圆周上的水道;反应管法兰和喷头下法兰之间使用“〇”圈密封,两者分开后露出反应室内的石墨盘及外延衬底等,从而可上下料及维护反应室内的零部件;111族源快接头负责将III族气体从反应管法兰,穿过喷头下法兰、圆周水道及喷头上法兰引至III族有机源室,反应管法兰与喷头下法兰开/合时,III族源快接头自动通/断;光学窗口吹扫气快接头负责将光学窗口吹扫气体从反应管法兰,穿过喷头下法兰、圆周水道及喷头上法兰引至光学通道,反应管法兰与喷头下法兰开/合时,光学窗口吹扫气快接头自动通/断族源快接头负责将V族源气体从反应管法兰,穿过喷头下法兰、圆周水道及喷头上法兰引至V族源室,反应管法兰与喷头下法兰开/合时,V族源快接头自动通/断;氯快接头负责将氯从反应管法兰,穿过喷头下法兰、圆周水道及喷头上法兰引至氯通道,反应管法兰与喷头下法兰开/合时,氯快接头自动通/断;氯通道位于喷头中心,通过管道和氯快接头在喷头上盖的上方相连;111族有机源室、V族源室、冷却水层这三者间彼此相互独立,互不相通;光学通道用于在线光学监测,顶端设石英玻璃密封窗,光学探测器安装于喷头上盖的上方,透过光学通道的石英窗监测外延衬底的生长情况;喷头冷却水从总进水口流入,然后通过总进水水道将冷却水均分到冷却水层,随后通过总出水水道,从总出水口流出;与氯接触的喷头主体下表面禁止任何不耐氯的钎焊工艺,然后用电火花穿孔机分别穿出多个直径0.3-1.0mm的III族有机源喷孔及V族源喷孔;为使水道密封,各水道切缝用氩弧焊堵上;加工好多个方形孔的III族源与V族源之间的隔板焊接在电火花加工的喷头主体的各小柱上,从而隔成两独立的III族有机源室及V族源室,焊接优选用氩弧焊;由于此位置不与氯直接接触,钎焊连接也是正确的选择;以喷头下法兰的表面为界,位于喷头下法兰之下的反应管法兰、多孔导热板、外延衬底、反应管侧壁、石墨盘、加热器均属喷头之外的反应管部件,其中反应管法兰焊接在反应管侧壁上,加热器对石墨盘进行加热;生长时外延衬底放置于石墨盘的表面,在线清洗时,则是多孔导热板放置于石墨盘的表面;生长及清理时,石墨盘绕中心轴旋转。
[0019]喷头主体的材料为抗氯腐蚀并能用氩弧焊焊接的材料,牌号为316L的不锈钢材料或哈氏合金,选择条件是抗氯腐蚀并适合氩弧焊焊接。
[0020]本发明的第三个目的是这样实现的:
一种稳定喷头型MOCVD反应管初始状态的耐氯双层喷头的制作方法,具体步骤如下: A、坯料加工成一个方块,厚度是喷头的厚度,边长为喷头的直径;
B、方形坯料的一个侧面(即方形的一个边)整个精加工出一个定位面(称为a面);
C、定位面投下,将坯料竖放,按电火线切割的轨迹(30)完成一个方向的所有切割,从而可得到冷却水层的各长方形水道;随后用线切割割出与a定位面垂直的另一定位面(称为b定位面);
D、坯料旋转90度竖放,b定位面投下,再次用电火花线切割,此次加工,只对V族源室所对应的坯料部分进行加工;这样通过两个垂直方向的线切割,就能形成V族源室中众多的方形小柱(这些方形小柱相当AIXTRON公司喷头上众多的不锈钢毛细管,那些毛细管用真空钎焊固定,钎焊料不抗氯腐蚀);
E、将坯料平放,沿着众多的方形小柱子的中心轴线用电火花穿孔,得到众多V族源喷孔;同样用电火花穿孔得到众多III族有机源喷孔;
F、用氩弧焊或激光焊堵各水道的工艺缝,使各水道四周封闭,为减少焊接形变,焊前缝中应插入等厚薄金属片,其材料等同坯料材料;
G、对氯通道及光学通道进行打孔焊接;光学通道的焊接及连接方式同目前AIXTRON的垂直气流型MOCVD设备,属业内常用方式;增加的氯通道的焊接连接方式同光学通道;
H、将事先加工好多个方形孔的III族源与V族源之间的隔板与位于V族源室内众多的方形小柱一一配对焊接,焊接方法为氩弧焊;若方形小柱加工成圆柱形小柱,则III族源与V族源之间的隔板上众多的孔也相应为圆孔,并可套入圆形小柱,总之,不管小柱是何形状,均应能--配对焊接;
1、III族源与V族源之间的隔板在圆周上再与喷头上法兰焊接,随后再用氩弧焊焊接挡水板,喷头下法兰、喷头侧板,使之成为总进水水道及总出水水道,并在总进水水道上焊接总进水口,在总出水水道上焊接总出水口 ;从而得到一种稳定喷头型MOCVD反应管初始状态的耐氯双层喷头。
[0021]本发明的工作原理:
外延衬底位于石墨盘上,加热器对石墨盘进行加热;外延生长前,升起反应管喷头,即喷头下法兰与反应管法兰分开,四个快接头也各自分开,露出反应管内部的石墨盘等;取出多孔导热板,放置外延衬底,随后开始外延生长;外延生长时,三甲基镓之类的有机源从III族有机源室通过III族有机源喷孔喷向外延衬底的表面,氨气之类的V族源通过V族源孔也喷向外延衬底表面,这样在外延衬底的表面进行氮化镓之类的第三代半导体材料的晶体生长;生长过程中,通过光学通道对生长温度、外延层的厚度及外延层的应力进行实时监测;生长完成并取出外延片后,在石墨盘的表面、电火花加工的喷头主体的下表面及反应管侧
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