一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中：金属卤化物供应炉外部设有加热装置，该供应炉设有通气管道；该供应炉内部放置金属镓、铟、铝、铁、镁中的一种或多种或者经过提纯的金属卤化物；该供应炉设有反应气体／载气通道，生成或者直接的金属卤化物通过载气携带进入氢化物气相外延炉进行氮化物材料的生长；氢化物气相外炉延生长室包括有；一外延生长室；一衬底装置设于外延生长室内，衬底装置在外延生长室外部接有调速马达；反应气体管道通过外延生长室的密封盘进入外延生长室，载气携带反应气体通过该反应气体管道进入外延生长室内，并流动到衬底上进行反应生长氮化物单晶衬底；一加热装置，环绕于外延生长室外。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体
，是指为了生长氮化物薄膜、厚膜或者单 晶衬底材料而设计制造的一种方便易用、可控性强、可靠性和重复性高的氢化物气相外延装置(HVPE)，具体地说是一种独立供应金属卤化物的氢 化物气相外延装置。
技术介绍
氮化物多元系材料的光谱从0.7ev到6.2ev，可以用于带间发光，颜色 覆盖从红外到紫外波长，不仅在光电子应用方面，如蓝光、绿光、紫外光 发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)，紫外探测器、布拉格反射 波导等方面获得了重要的应用和发展，而且在微电子应用方面也得到了广 泛的关注，可以制作高温、高频和大功率器件，如高电子迁移率晶体管 (HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)等。氮化镓(GaN)材料作为第三 代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、 高击穿电场和高热导率、优异的物理化学稳定性等优异性能。尤其是近些 年来发光二极管照明迅猛发展，氮化物系的LED大量应用于显示器、照明、 指示灯、广告牌、交通灯等，在农业中作为加速光合成光源，在医疗中作 为诊断和治疗的工具。但是目前，氮化物材料生长面临的最大的问题是缺少同质衬底，采用传统的单晶生长方法很难生长出体单晶；使用异质衬底， 如蓝宝石、碳化硅等存在着由于晶格失配和热失配带来的外延材料缺陷密 度大等的问题。而利用氢化物气相外延的方法具有高生长速率，高结晶质 量，高均匀性生长和低的设备成本和运行成本，能够实现氮化物材料的厚 膜生长，可以生长出具有衬底厚度的氮化物材料，也称之为氮化物自支撑 衬底。本专利技术以前有关用于氮化物单晶衬底制备的氢化物气相外延装置存 在金属源置于反应管内部，导致整个反应炉的设计复杂，金属卤化物的 反应效率不易控制而且随着金属源的消耗有较大变化，金属卤化物的实际 消耗量无法精确控制；此外更换或者补充金属源时必须暴露整个反应室到 大气中，影响反应室的洁净程度，也使得整个操作非常复杂，增加了设备 维护的时间，降低了生产效率，使得氮化物衬底的成本居高不下。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置。为实现上述目的，本专利技术提供的独立供应金属卣化物的氢化物气相外 延装置，包括一金属卤化物供应炉和一氢化物气相外延炉；其中金属卤化物供应炉外部设有加热装置，该供应炉设有通气管道，通入 卤族氢化物或者卤族元素等反应气体或者氮气、氦气、氩气、氢气等载气;该供应炉内部放置金属镓、铟、铝、铁、镁中的一种或多种，使卣族 氢化物或者卤族元素与供应炉内的金属反应生成金属卤化物的反应气体，或者直接放置经过提纯的金属卤化物；该供应炉设有反应气体/载气通道，生成或者直接的金属卤化物通过载 气携带后进入氢化物气相外延炉进行氮化物材料的生长氢化物气相外炉延生长室包括有-一外延生长室一衬底装置设于外延生长室内，衬底装置在外延生长室外部接有调速 马达，以控制衬底装置的转速；反应气体管道通过外延生长室的密封盘进入外延生长室，载气携带反 应气体通过该反应气体管道进入外延生长室内，并流动到衬底上进行反应 生长氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底；一加热装置，环绕于外延生长室外-所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，外延生长 室为石英材料。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，外延生长 室外的加热装置为多温区加热，温区数目为1至3个，加热方式为电阻加热 或者射频感应加热，每个温区独立控制。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，衬底装置 釆用橡胶圈加真空油脂密封或磁流体密封，转速为10-500转/分钟。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，载气为氮 气、氦气、氢气、氩气或者其混合气体。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，反应气体 中可以加入一种或者多种金属有机源或者掺杂剂流动到衬底上进行反应， 实现类似于MOCVD的装置。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，掺杂剂可 以为SiH4或者Mg的有机源如Cp2Mg或者Fe的有机物如Cp2Fe。本专利技术解决了现有氢化物气相外延炉金属源置于反应管内部，整个反 应炉的设计复杂，金属卤化物的反应效率不易控制且随金属源的消耗有较 大变化，金属卤化物的实际消耗量无法精确控制；更换或者补充金属源时 必须暴露整个反应室到大气中，影响反应室的洁净程度，操作复杂等问题， 进一步简化生长氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底的氢化物气相外延炉，降 低了设备维护的时间，提高生产效率，从而降低氮化物衬底的生成成本附图说明图1是本专利技术的独立金属卤化物源炉设计示意图2是本专利技术的实施例一的示意图3是本专利技术的实施例二的示意图4是本专利技术的实施例三的示意图5是本专利技术的实施例四的示意图6是本专利技术的实施例五的示意图7是本专利技术的实施例六的示意图8是本专利技术的实施例七的示意图。具体实施例方式本专利技术的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，包括独立金属 卤化物供应炉和氢化物气相外延炉，其中氢化物气相外延炉又包括外延 生长室、生长室加热装置、衬底旋转装置和气体管道等。所述的一种独立供应金属卤化物的金属卤化物反应炉，其所述的金属反应源可以单独作为一个源炉进行反应，通过镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)、 铁(Fe)、镁(Mg)等不同金属源和卤族氢化物包括HC1、 HBr或者HI等或 者卤族元素如Cl2、 12等反应生成相应的金属卤化物或者直接装入提纯的相 应金属卤化物， 一种或者多种金属卤化物通过载气携带通入氢化物气相外 延炉的生长室用于生长氮化物材料。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，外延生长室一般 为耐高温耐腐蚀的石英等材料。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，外延生长室加热 装置可以为多温区加热，温区数目可以为1至3个，加热方式为电阻加热或 者射频感应加热，每个温区可以独立控制。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，衬底装置可以具 有旋转功能，采用橡胶圈加真空油脂密封、磁流体密封或者其它方式密封， 旋转由可调速马达控制，直接带动衬底装置或者通过齿轮等传动带动衬底 装置，转速为10-500转/分钟可调。所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，载气可以采用不 同的气体，包括氮气(N2)、氦气(He)、氢气(H2)、氩气(Ar)等及其 混合气体，载气携带反应气体包括氨气(NH3)以及一种或者多种金属卤 化物气体，同时可以加入一种或者多种金属有机源(MO)或者掺杂剂如 SiH4等进入反应室，流动到衬底上进行反应，可以通过改变气体的空间分布和混合时间长短等来减少气相反应的发生，同时有效增加气体在衬底上的均匀沉积，也可以方便地实现和MOCVD的集成。实现本专利技术所采取的技术措施主要为采用独立的金属卤化物供应炉， 从而降低了氢化物气相外延炉的复杂程度，减小体积，降低设备成本；增 加金属卤化物的可控性和稳定性，使得在整个生长过程中都可以保持氮化 物反应的完全可控；由于使用了独立的金属卤化物源，可以方便地和 MOCVD结合，制备出更高质量的氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底材料； 降低了更换或者添加金属源材料的复杂程度，增加了氢化物气相外延炉的生长周期，减少了用于维护的时间，提高了生产率，降低氮化物薄膜、厚 膜或者单晶衬底的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，包括一金属卤化物供应炉和一氢化物气相外延炉；其中：金属卤化物供应炉外部设有加热装置，该供应炉设有通气管道，通入卤族氢化物或者卤族元素等反应气体或者氮气、氦气、氩气、氢气等载气；该供应炉内部放置金属镓、铟、铝、铁、镁中的一种或多种，使卤族氢化物或者卤族元素与供应炉内的金属反应生成金属卤化物的反应气体，或者直接放置经过提纯的金属卤化物；该供应炉设有反应气体／载气通道，生成或者直接的金属卤化物通过载气携带后进入氢化物气相外延炉进行氮化物材料的生长；氢化物气相外炉延生长室包括有；一外延生长室；一衬底装置设于外延生长室内，衬底装置在外延生长室外部接有调速马达，以控制衬底装置的转速；反应气体管道通过外延生长室的密封盘进入外延生长室，载气携带反应气体通过该反应气体管道进入外延生长室内，并流动到衬底上进行反应生长氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底；一加热装置，环绕于外延生长室外。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段瑞飞，王军喜，曾一平，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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