化合物气体喷射系统和方法技术方案

一汽相沉积系统的反应装置，它包括导向反应管出口的反应室和导向护套出口的护套。反应管出口和护套出口位于反应装置的远侧端，该远侧端包括化合物喷嘴。反应装置能产生用于喷向目标基片的化合物气体流。化合物气体流包括反应剂气体流和护套气体流，其中护套气体流至少部分地包围着反应剂气体流。还公开了产生和供送化合物气体流和进行汽相沉积的方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
与已有技术GaCl发生和输送，例如在HVPE系统中输送有关的一个主要困难，是固体GaCl违背人们意愿地沉积在系统的各组件上。GaCl是具有超过500℃的高汽化温度，因而趋于沉积在低于此温度的任何物体表面上。这种随时无序的沉积便减少了向基片上供送与氨反应的有效GaCl的量，因此减少了用于晶体外延生长的GaN的量。此外，GaCl的沉积趋于在气体供送系统中不断累积，最终阻碍反应剂的有效流动。在HVPE系统中不希望的沉积是一个特别严重的问题，因在该系统中向基片上晶体外延生长的速率是相当大的，因而在该系统中需要输入大量的反应剂。结果，必需频繁地清除反应系统以除去无用的沉积物。HVPE系统和设备组件的清除和维持是一种困难的、费用高昂的、耗费时间的以及危险的任务。而且，人们希望沉积一厚层GaN于基片上，在一个生长循环操作过程中不希望的沉积有可能达到成问题的水平，而HVPE系统的清除和维护却只能在一个生长循环完成之后来进行。先前的技术方法为了避免GaCl在HVPE系统中沉积，采用将所有的系统组件，例如管道、线路、喷嘴等加热到高温。这便使系统的设计复杂化，导致各种操作问题并增加费用。特别是，利用高温来防止GaCl沉积会限制系统的设计和操作，典型的限制在于GaCl必须在一个生长室内生产，该生长室的位置十分接近于在基片上进行沉积的基片。与已有技术HVPE系统和方法有关的另一缺点是，反应剂气体源常常过早地发生反应，亦即在达到基片之前就已发生反应。例如，GaCl和氨趋于结合形成GaN是在其它物件表面上，而不是在基片上。这样的过早沉积不仅减少了外延生长层的生长速率，而且也导致GaN非需要的沉积，例如沉积在反应器或生长室的周壁上。非需要的GaN沉积会导致晶体外延生长系统的阻塞，并且还会限制GaCl生产室与基片之间的距离。先前的技术企图为防止过早的、或未达到目标的沉积，曾将注意力集中于保持Ga低于1000-1100℃的反应温度。然而，这是困难的，因为还必须同时将其加热到GaCl汽化温度以上。本专利技术克服了已技术汽相化学沉积系统和方法中有关反应剂(例如GaCl)和反应产物(例如GaN)二者过早地或未达到目标的沉积的问题。本专利技术的一个特征是，提供了一种方法，用于产生一种化合物气体流来向晶体外延生长系统中的基片喷射。本专利技术的另一特征是提供了一种反应装置，该反应装置具有反应器出口和反应管护套出口。本专利技术的另一特征是，提供一种护套气体流，以防止反应剂气体在汽相沉积系统中过早的沉积。本专利技术的另一特征是，提供一种护套气体流，以防止反应剂气体在汽相沉积过程中过早的反应。本专利技术的另一特征是，提供一种方法促使有效地利用各反应剂气体在HVPE系统中进行晶体外延生长。本专利技术的一个优点是，提供了一种HVPE系统，它能防止在氢化物汽相外延过程中的非目标性的沉积。本专利技术的另一优点是，提从了一种反应装置，该反应装置具有一反应管出口，它至少部分地被反应管护套的出口所围绕。本专利技术的另一优点是，提供了一种反应装置，用以产生化合物气体流。本专利技术的另一优点是，提供了一种化合物气体流，它具有包围反应剂气体的护套气体。本专利技术的另一优点是，提供了一种产生化合物气体的方法，该化合物气体具有包封用的护套气体和被包封的反应剂气体。本专利技术的另一优点是，提供了一种方法用以引入惰性载气的化合物护套气体和蚀刻气体(corrosive etching gas)如HCl。该蚀刻气体会影响被沉积的氮化物膜的生长速率并能得到具有高度结晶特性的高度均匀的薄膜。引入蚀刻气体并结合以惰性载气的第二个优点是，腐蚀气体可防止在反应装置喷射部分或喷射部分附近的氮化物沉积的聚集，因而可减少与清洗沉积设备有关的维护次数。上述目的、优点和特征都已经实现了，是通过提供一种在晶体生长室内的基片上进行汽相沉积的方法来实现的，该方法包括(a)提供包括生长室在内的一个种沉积系统；(b)在生长室中设置基片；及(c)向生长室中引入反应剂气体流，其中反应剂气体流是至少部分地被包围在护套气体流内。上述这些和其它目的、优点及特征都已经实现了，是通过提供一种产生化合物气体流的方法，包括以下步骤(a)提供一种反应装置，该反应装置包括一个反应管护套、一个位于护套内的反应室、通向护套的护套入口、通向反应室的反应室或反应管入口、从护套导出的护套出口及从反应室或反应管导出的反应管出口；(b)从反应管出口喷射出反应剂气体；以及(c)与步骤(b)同时从护套出口喷射出护套气体。上述这些和其它目的、优点和特征已经实现了，是通过提供一种在基片上汽相沉积一种材料的系统，其中该系统包括一个晶体生长室，它包括生长室入口，该生长室适用于包罩基片；和一反应装置，它包括一护套、一位于护套中的反应室、一通向护套的护套入口、一通向反应室的反应管入口、一从护套出来的护套出口、以及从反应室导出的反应管出口。本专利技术的上述这些和其它目的、优点和特征将在下面的说明书中作部分的描述，和通过以下的考察本领域的技术人员将会部分地清楚，或者从本专利技术的实践中学习。按照在后附的权利要求中特别指出的方案，本专利技术的优点可以实现和获得。一些优选实施方案的详细描述为了说明，下面描述本专利技术主要是涉及GaN或类似材料沉积的卧式HVPE系统。然而，本专利技术也适用于其它汽相沉积系统，包括立式HVPE系统，并适用于沉积非氮化镓的其它材料。现在参照附图，附图说明图1是示意表示已有技术的HVPE系统8，其中系统8包括一已有技术的反应装置26。系统8还包括一反应器或生长室21，该生长室具有生长室入口22和生长室出口19。反应装置26包括一入口、一反应剂气体生产室，和一出口(均未示出)。将前体气体引入反应装置26的生产室中。在该生产室中所产生的反应剂气体便从反应装置26的出口喷射出来并射向位于生长室21中的基片14。系统8可整体包含在一个高温炉24内。晶体外延沉积是通过向反应器21中引入反应剂气体源的汽相反应来进行。反应剂气体如GaCl可通过反应装置26喷射向基片14，同时可将NH3通过生长室入口22加入到生长室21中。箭头5指出了气流的方向。反应剂气体，是优选一氯化物如GaCl，InCl，AlCl，它们在生长室21中与氨反应分别形成氮化物GaN，InN或AlN，但反应剂气体也是镓、铟和铝的三氯化物。这些反应产物的一部分沉积在目标基片上。这些反应产物还有一部分，与反应剂气体一道，沉积在其它非目标的表面上(例如生长室21的周壁23)，如上所述。图2示意式地表示一HVPE系统10，它包括本专利技术的反应装置30。该系统10可全部包含在一种两区域的高温炉24内，(虽然一种单一区域的高温炉也可以使用)。在高温炉24内设置一晶体生长室21，通常是由石英制作的。生长室21含有一个加热的基片14，在该基片上利用GaCl与NH3之间的汽相反应进行GaN晶体的外延沉积。氨气是通过生长室21的入口22直接供给，例如由标准气体源供给。另一方面，GaCl是在反应装置30内产生。反应剂气体流的方向是用箭头5指示。图3A是表示本专利技术的反应装置30的一侧视图。反应装置30包括一个护套36，它具有护套入口32a和护套出口32b；还包括一个主反应室或反应管(gullet)38，它具有反应管入口34a和反应管出口34b。主反应室38可以由护套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向基片上供送反应剂气体用于在基片上进行汽相沉积材料的方法，它包括步骤：向基片喷射反应剂气体流，其中反应剂气体流有一部分被包围在护套气体流内。

【技术特征摘要】
US 1999-4-16 09/293,2051.一种向基片上供送反应剂气体用于在基片上进行汽相沉积材料的方法，它包括步骤向基片喷射反应剂气体流，其中反应剂气体流有一部分被包围在护套气体流内。2.权利要求1所述的方法，其中护套气体包含有一惰性气体。3.权利要求1所述的方法，其中护套气体是选自氩，氮，氦及氢。4.权利要求1所述的方法，其中护套气体是与蚀刻气体相结合，能够蚀刻金属氮化物。5.权利要求1所述的方法，其中蚀刻气体是选自HCl，HBr，HF，Cl2，Br2，F2，NF3及SF6。6.权利要求1所述的方法，其中反应剂气体包含有选自元素周期表中第III族元素中一种元素的氯化物。7.权利要求1所述的方法，其中反应剂气体是金属氯化物，它含选自Ga，Al及In的一种金属。8.权利要求1所述的方法，其中反应剂气体含有GaCl，而护套气体含有氮。9.权利要求1所述的方法，其中反应剂气体流基本上与护套气体流是同心的。10.权利要求1所述的方法，其中护套气体是用作反应剂气体的引导者或导管。11.权利要求1所述的方法，其中护套气体能减少反应剂气体的沉积。12.权利要求1所述的方法，其中护套气体能防止反应剂气体过早的沉积。13.权利要求1所述的方法，其中基片是位于沉积系统的生长室内，沉积系统包括一反应装置，该反应装置安置在生长室内，该反应装置包括有反应管出口和护套出口，从反应管出口流出的反应剂气体和从护套出口流出的护套气体，以及朝向基片的反应管出口和护套出口。14.权利要求12所述的方法，其中护套出口和反应管出口包含有化合物气体喷嘴用来向基片上喷射化合物气体流，化合物气体流包含有护套气体和反应剂气体。15.权利要求1所述的方法，其中将材料向基片上的汽相沉积包括氢化物的汽相外延生长。16.权利要求15所述的方法，其中基片是被安置在生长室中，该方法还包括将氨引入生长室的步骤，以及其中护套气体能防止在反应剂气体流达到基片附近之前反应剂气体与氨发生反应。17.在基片上汽相沉积的方法，它包含以下各步骤(a)提供一种包括生长室在内的沉积系统；(b)在生长室中安置基片；以及(c)向生长室中引入反应剂气体流，其中反应剂气体是至少部分地被包围在护套气体流内。18.权利要求17所述的方法，其中沉积系统还包括一个反应装置，该反应装置适用于产生化合物气体流，该化合物气体包含有反应剂气体以及护套气体，其中反应剂气体是至少部分地被包围在护套气体内。19.权利要求18所述的方法，其中护套含有惰性气体和反应剂气体，其中反应剂气体包含有一种金属氯化物，该金属氯化物包含有至少一种选自镓，铟、和铝的金属。20.权利要求17所述的方法，其中汽相沉积包括氢化物汽相外延生长。21.权利要求17所述的方法，其中反应剂气体是从反应管出口喷射出来，护套气体是从护套出口喷射出来，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦S所罗门，戴维J米勒，泰特苏佐于达，
申请(专利权)人：CBL技术公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]