一种氢化物气相外延用的喷头结构的制作方法

本发明涉及一种氢化物气相外延用的多层喷头结构。

背景技术：

氮化镓（gan）作为第三代宽禁带半导体材料，广泛应用于蓝光led和高温高频大功率电子器件的制备。氢化物气相外延（hydridevaporphaseepitaxy,hvpe）技术具有生长速率高（最高可达800μm/h），生产成本低等特点，非常适合氮化镓（gan）晶片的大批量生产。氮化镓（gan）晶片厚度均匀性和晶体质量是保持市场竞争力的关键。通常nh3极易扩散由于其物理特性极易扩散，且通入反应腔内的量远大于gacl，因此保证氮化镓（gan）晶片度均匀性和晶体质量的关键是使得gacl浓度均匀分布在衬底表面。

目前氢化物气相外延（hvpe）技术所使用的喷头大多由石英或陶瓷材料制作成的多根圆管组合成的喷淋式喷头，由于石英或陶瓷材料易碎的特点，为保证gacl浓度均匀分布在衬底表面，需要将圆管加工成细管，但在输运或者装配过程中，小管又极易断裂。这导致不得不使用直径较大的圆管，但又会导致gacl到达衬底时浓度分布极不均匀，最后使得氮化镓（gan）晶片生长均匀性和生长质量都较差。

因此，对于氢化物气相外延（hvpe）技术使用的喷头进行改进是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种氢化物气相外延用的喷头结构，控制gacl在反应腔衬底上方形成均匀的浓度场，从而生长出均匀性好，质量高的氮化镓晶片。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种氢化物气相外延用的喷头结构，包括围合封闭的圈壁和喷管，所述圈壁的上端和下端均为开口结构，圈壁内设置至少一块隔板，该隔板将圈壁的内部空间分隔成至少两个腔体，喷管设在圈壁内且从上往下穿过隔板延伸至喷头反应腔，喷头的底面延伸至反应腔，隔板上设有若干通气孔，隔板上设置通气孔后形成为喷头。

所述隔板至少设置两个，不同隔板上的通气孔的大小相同或者不相同。

所述不同隔板上的通气孔正对设置，或者错位设置。

所述不同隔板上的通气孔的形状相同或者不相同。

所述不同隔板上的通气孔的数量相同或者不相同。

所述圈壁、隔板和喷管均由石英或者陶瓷材料制成。

所述喷管上设有流量开关。

所述喷管至少设置一根。

本发明解决了由于石英和陶瓷材料加工成小管在输运和装配过程中易碎，使得氢化物气相外延（hvpe）技术无法进一步将喷头上的喷管加工得较细，最终导致生长的gan均匀性和生长质量较差的问题。从而实现gan均匀性和生长质量大幅提升，增加市场竞争力。本发明多重喷头使用在高温下不与hcl、gacl、h2和nh3发生化学反应，且在高温下热膨胀系数较低的石英或陶瓷制作，因此在高温下使用不会对材料生长及对设备产生影响；喷头设置成与反应腔相同的形状，不存在装配不适问题。喷头上的每根喷管上都由独立的流量计控制，根据实际生长需要控制通入反应腔内的流量，对工艺调试具有极大帮助。喷头每重腔体的目的都是为了控制gacl在反应腔衬底上方形成均匀的浓度场，从而生长出均匀性好，质量高的氮化镓(gan)晶片，利用喷头实现单种物质的均匀输送。

附图说明

附图1为本发明实施例一的剖面结构示意图；

附图2为本发明实施例二的剖面结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图1所示，本发明揭示了一种氢化物气相外延用的喷头结构，包括围合封闭的圈壁5和喷管7，所述圈壁的上端和下端均为开口结构，圈壁内设置至少一块隔板6，该隔板将圈壁的内部空间分隔成至少两个腔体，喷管设在圈壁内且从上往下穿过隔板延伸至喷头反应腔，喷头的底面延伸至反应腔，隔板上设有若干通气孔，隔板上设置通气孔后形成为喷头。圈壁、隔板和喷管均由石英或者陶瓷材料制成。

所述隔板至少设置两个，不同隔板上的通气孔的大小、形状、数量可相同或者不相同。而且不同隔板上的通气孔正对设置，或者错位设置。

所述喷管上设有流量开关。喷管可根据需要设置一定的数量。比如可设置六根喷管，每根喷管都单独装配一个流量开关，单独控制，根据实际情况调节通入气体的流量。

实施例1

如附图1所示，在圈壁5内设置四块石英或陶瓷隔板6，每个石英或陶瓷隔板上均设置有若干通气孔，每块石英或陶瓷板为一个喷头。由上往下依次定义为第一重喷头1、第二重喷头2、第三重喷头3和第四重喷头4，第一重喷头与圈壁上方空间形成第一重腔体，第二重喷头与第一重喷头之间形成第二重腔体，第三重喷头与第二重喷头之间形成第三重腔体，第四重喷头与第三重喷头之间形成第四重腔体。另外设置九根石英喷管，该石英喷管从第一重喷头贯穿至第四重喷头，每根石英喷管上单独设置一个流量开关。

惰性载气（n2、h2等）及nh3经由九根喷管输运至反应腔内。惰性载气（n2、h2等）及gacl进入第一重腔体，被第一重喷头分配至第二重腔体，再被第二重喷头分配至第三腔体，再经第三重喷头分配至第四重腔体，如最终被第四重喷头均匀的分配至反应腔。由于nh3极易扩散，gacl在衬底获得均匀的浓度场时，nh3也将在衬底上方获得均匀的浓度场。最后nh3与gacl在衬底上发生化学反应，生成均匀性好，质量高的氮化镓gan晶片。

实施例二

如附图2所示，在圈壁5内设置三块石英或陶瓷隔板6，每个石英或陶瓷隔板上均设置有若干通气孔，每块石英或陶瓷板为一个喷头。由上往下依次定义为第一重喷头8、第二重喷头9和第三重喷头10，第一重喷头与圈壁上方空间形成第一重腔体，第二重喷头与第一重喷头之间形成第二重腔体，第三重喷头与第二重喷头之间形成第三重腔体。由8根相同管径的石英喷管71及一根相对较大管径的石英喷管72，直通喷头下方放置的反应腔，每根石英喷管上单独设置一个流量开关。

根据实际情况通入不同流量的气体。惰性载气（n2、h2等）及nh3经由九根喷管输运至反应腔内。惰性载气（n2、h2等）及gacl进入第一重腔体，被第一重喷头分配至第二重腔体，再被第二重喷头分配至第三重腔体，最后被第三重喷头均匀的分配至反应腔。由于nh3极易扩散，gacl在衬底获得均匀的浓度场时，nh3也将在衬底上方获得均匀的浓度场。最后nh3与gacl在衬底上发生化学反应，生成均匀性好，质量高的氮化镓gan晶片。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氢化物气相外延用的喷头结构，包括围合封闭的圈壁和喷管，所述圈壁的上端和下端均为开口结构，圈壁内设置至少一块隔板，该隔板将圈壁的内部空间分隔成至少两个腔体，喷管设在圈壁内且从上往下穿过隔板延伸至喷头反应腔，喷头的底面延伸至反应腔，隔板上设有若干通气孔，隔板上设置通气孔后形成为喷头。本发明控制GaCl在反应腔衬底上方形成均匀的浓度场，从而生长出均匀性好，质量高的氮化镓晶片。

技术研发人员：黄业;刘鹏;李成明;左然
受保护的技术使用者：东莞市中镓半导体科技有限公司
技术研发日：2017.12.19
技术公布日：2018.05.18