一种用于制备外延片的反应器、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种用于制备外延片的反应器、制备方法及应用，所述壳体由上至下分为依次对接的喷淋段、过渡段和反应段，所述过渡段包括流线型的多曲面结构；所述喷淋段内设置有喷淋装置，所述反应段内设置有旋转装置和位于所述旋转装置下方的加热装置，所述加热装置分为呈同心圆分布的若干加热区域，至少部分所述加热区域的加热参数不同；所述旋转装置上放置有外延片，所述喷淋装置用于向所述外延片表面喷射反应气体；所述旋转装置的外周面与所述过渡段的内壁之间具有供反应气排出的流线型通道。本发明专利技术设置的加热装置，使旋转装置上方的温度分布更均匀，设置的流线型通道可以降低气流扰动，实现气体的快速疏排。实现气体的快速疏排。实现气体的快速疏排。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备外延片的反应器、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于外延片制备
，涉及一种用于制备外延片的反应器、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]金属有机化学气相沉积(以下简称MOCVD)是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、
Ⅵ
族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种
Ⅲ‑
V主族、
Ⅱ‑Ⅵ
副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。MOCVD利用气相反应物间的化学反应，将所需产物沉积在基材衬底表面，蒸镀层的生长速率、性质成分和晶相会受到温度、压力、反应物种类、反应物浓度、反应时间、基材衬底种类和基材衬底表面性质等主观因素影响。目前，LED外延片的生长技术主要采用MOCVD法，MOCVD法具有广阔的发展前景。
[0003]其中，垂直型的高速转盘式MOCVD反应器以其维护周期长、工艺稳定性高等优点，被广泛应用。此类反应器通过转盘高速旋转形成吸泵效应，将喷淋头喷出的反应气体均匀的“拉到”转盘上方，进行外延片表面的沉积。传统的反应器中在转盘底部设置有转轴，转轴带动转盘旋转，但是由于当前的转轴都设置在转盘中心，而转轴本身带有水冷以防止高温变形。所以当内圈的加热丝对转盘进行加热时，由于冷轴的存在，相对于转盘其他的区域，中心区的温度仍然偏低，因此造成了中心区温度场的不均匀。
[0004]为提高外延片的生产速率，降低生产成本，MOCVD反应器中外延片的尺寸在不断增大，从传统的4英寸和6英寸迅速向8英寸甚至12英寸的大尺寸方向发展，对高均匀度的大尺寸外延片有着更高的需求。当使用此类反应器制备大尺寸外延片时，需要配备大尺寸的转盘，这会加剧温度分布的不均匀性。在传统的反应器中，还会出现中心区域气体混合不充分，流场和浓度场分布不均匀的问题，不均匀的温度场和浓度场会导致外延片的不均匀。
[0005]因此，亟需对现有的外延片反应器进行改进，解决温度场和浓度场不均匀的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于制备外延片的反应器、制备方法及应用。本专利技术在旋转装置中心位置处设置加热装置，扩大了旋转装置的中心加热区域，使得旋转装置上方的温度分布更均匀。所述喷淋装置向外延片表面喷射反应气体，通过旋转装置旋转，使得外延片上方的气体混合均匀，减少流场和浓度场的差异，以解决流场均匀性问题。此外，旋转装置的外周与过渡段的内壁之间的流线型通道能降低气流扰动，实现气体的快速疏排。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种用于制备外延片的反应器，所述反应器包括壳体，所述壳体由上至下分为依次对接的喷淋段、过渡段和反应段，所述过渡段包括流线型的多曲面结构，所述喷淋段和所述反应段之间通过所述过渡段形成平滑的曲面连接；
[0009]所述喷淋段内设置有喷淋装置，所述反应段内设置有旋转装置和位于所述旋转装置下方的加热装置，所述加热装置分为呈同心圆分布的若干加热区域，至少部分所述加热区域的加热参数不同；所述旋转装置上放置有外延片，所述喷淋装置用于向所述外延片表面喷射反应气体；
[0010]所述旋转装置的外周面与所述过渡段的内壁之间具有供反应气排出的流线型通道。
[0011]本专利技术在旋转装置中心位置处设置加热装置，扩大了旋转装置的中心加热区域，使得旋转装置上方的温度分布更均匀。所述喷淋装置向外延片表面喷射反应气体，通过旋转装置旋转，使得外延片上方的气体混合均匀，减少流场和浓度场的差异，以解决流场均匀性问题。此外，旋转装置的外周与过渡段的内壁之间的流线型通道能降低气流扰动，实现气体的快速疏排。本专利技术提供的反应器能满足大尺寸外延片的生产需求。
[0012]需要说明的是，本专利技术提供的过渡段至少包括一个由内至外凸起的第一曲面侧壁，第一曲面侧壁的顶端边缘与喷淋段对接，第一曲面侧壁的底端面边缘与反应段对接；优选地，过渡段还包括一个由内至外凹陷的第二曲面侧壁，第一曲面侧壁和第二曲面侧壁由上至下依次对接形成了S形的多曲面侧壁结构，通过第一曲面侧壁和第二曲面侧壁的结合，减少了不同直径的喷淋段和反应段的对接处的尖锐度，使得反应气体在壳体内沿曲面平缓流动，降低了气流扰动。
[0013]需要说明的是，本专利技术限定了在旋转装置外周，借助过渡段的流线型多曲面侧壁结构形成流线型通道，使得多余的反应气体可以沿流线型通道顺利排出。因此可以理解的是，只要能形成所述流线型通道即可，对结构上的实现方式不作具体限定和特殊要求，例如可以将旋转装置外侧壁设计为弧形表面，配合过渡段内壁的流线型结构形成所述流线型通道；也可以在旋转装置外周设置额外的结构件，结构件的顶端外周面设计为弧形表面，配合过渡段内壁的流线型结构形成流线型通道。当然，其他可用于形成流线型通道的任何一种结构设计同样属于本专利技术的保护范围和公开范围之内，本专利技术对此不作穷尽例举。
[0014]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述旋转装置的底面设置有筒形结构的驱动装置，所述驱动装置的一端敞口边缘与所述旋转装置的底面边缘对接，所述驱动装置用于带动所述旋转装置旋转。
[0015]需要说明的是，本专利技术提供的筒形结构的驱动装置一端面与旋转装置外缘接触以作为支撑，并将整个加热装置包裹在其内部。本专利技术对驱动装置的驱动方式不作具体要求和特殊限定，可以是皮带驱动，也可以是设置旋转主动件与电机输出轴连接，通过旋转主动件带动旋转。本专利技术对筒形结构的驱动装置的材质不作具体要求和特殊限定，可选地，筒形结构的驱动装置的材料可以是金属钼，也可以是非金属石英。
[0016]优选地，所述加热装置位于所述驱动装置内部，所述驱动装置带动所述旋转装置旋转的同时，所述加热装置静止。
[0017]优选地，所述驱动装置内设置有密封件，所述密封件内由上至下依次设置有反射板和若干电极，所述密封件用于密封所述反射板和所述电极。
[0018]优选地，所述壳体外周设置有保温层。
[0019]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述加热装置包括由内至外依次设置的中心加热件、第一过渡加热件、第一主加热件、第二过渡加热件以及第二主加热件。
[0020]所述中心加热件为圆形结构且位于所述旋转装置的底面中心区域，所述第一过渡加热件、所述第一主加热件、所述第二过渡加热件以及所述第二主加热件均为环形结构且以所述中心加热件为中心由内至外呈同心圆结构分布。
[0021]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述中心加热件的半径为R1，所述第一过渡加热件、所述第一主加热件、所述第二过渡加热件以及所述第二主加热件的环宽依次为R2、R3、R4和R5；R1、R2、R3、R4和R5之间的大小关系满足：
[0022]R3≥R1≥R5＞R4≥R2。
[0023]优选地，R1、R2和R3满足如下关系：
[0024]R2＝(1/50～1/25)(R1+R3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备外延片的反应器，所述反应器包括壳体，其特征在于，所述壳体由上至下分为依次对接的喷淋段、过渡段和反应段，所述过渡段包括流线型的多曲面结构，所述喷淋段和所述反应段之间通过所述过渡段形成平滑的曲面连接；所述喷淋段内设置有喷淋装置，所述反应段内设置有旋转装置和位于所述旋转装置下方的加热装置，所述加热装置分为呈同心圆分布的若干加热区域，至少部分所述加热区域的加热参数不同；所述旋转装置上放置有外延片，所述喷淋装置用于向所述外延片表面喷射反应气体；所述旋转装置的外周面与所述过渡段的内壁之间具有供反应气排出的流线型通道。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述旋转装置的底面设置有筒形结构的驱动装置，所述驱动装置的一端敞口边缘与所述旋转装置的底面边缘对接，所述驱动装置用于带动所述旋转装置旋转；优选地，所述加热装置位于所述驱动装置内部，所述驱动装置带动所述旋转装置旋转的同时，所述加热装置静止；优选地，所述驱动装置内设置有密封件，所述密封件内由上至下依次设置有反射板和若干电极，所述密封件用于密封所述反射板和所述电极；优选地，所述壳体外周设置有保温层。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述加热装置包括由内至外依次设置的中心加热件、第一过渡加热件、第一主加热件、第二过渡加热件以及第二主加热件；所述中心加热件为圆形结构且位于所述旋转装置的底面中心区域，所述第一过渡加热件、所述第一主加热件、所述第二过渡加热件以及所述第二主加热件均为环形结构且以所述中心加热件为中心由内至外呈同心圆结构分布。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的反应器，其特征在于，所述中心加热件的半径为R1，所述第一过渡加热件、所述第一主加热件、所述第二过渡加热件以及所述第二主加热件的环宽依次为R2、R3、R4和R5；R1、R2、R3、R4和R5之间的大小关系满足：R3≥R1≥R5＞R4≥R2；优选地，R1、R2和R3满足如下关系：R2＝(1/50～1/25)(R1+R3)；优选地，R3、R4和R5满足如下关系：R4＝(1/50～1/25)(R3+R5)；优选地，所述壳体的内径为100～500mm，所述中心加热件的半径R1为10～50mm；所述第一过渡加热件的环宽R2为3～8mm；所述第一主加热件的环宽R3为70～350mm；所述第二过渡加热件的环宽R4为5～10mm；所述第二主加热件的环宽R5为5～25mm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的反应器，其特征在于，所述中心加热件、所述第一过渡加热件、所述第一主加热件、所述第二过渡加热件以及所述第二主加热件的加热功率密度全部不同；优选地，所述中心加热件的加热功率密度为9
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107～2
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【专利技术属性】
技术研发人员：王国斌，李增林，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：