可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置制造方法及图纸

可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置，包括一金属氯化物供应腔和一气相外延反应腔，其中供应腔外部设有加热装置和通气管道，内部设有一石英舟以放置金属源；气相外延反应腔上部设有一个反应气体进气装置，内部设有载片盘以放置衬底材料，在载片盘上、下方设有加热装置。本发明专利技术的优点是载片盘上、下方设置加热装置改变反应腔内的温度梯度分布，结合氢化物气相外延与金属有机物化学气相外延各自的优点，在同一个反应腔内实现氮化的氢化物外延与金属有机物外延，实现厚膜及薄膜的外延生长，从而实现同质外延；本方法也可以单独用于通过反应腔内的温度梯度改变而改善独立的金属有机物外延工艺，改进氮化物晶体的质量，提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，涉及一种可实现氮化物同质外延的气相外延沉积装置。
技术介绍
以氮化镓(GaN)基化合物为代表的氮化物材料具有能带宽、饱和电子速率高、击穿电压大、介电常数小等特点。对于GaN而言，其化学性质稳定，耐高温、耐腐蚀，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件，因此GaN基化合物材料目前已成为飞速发展的研究热点。GaN基半导体材料的生长方法主要有金属有机物气相外延沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延沉积法(HVPE)和分子束外延法(MBE)等方法。其中MOCVD是最常用的技术之一，具有晶体质量高、均匀性好、操作简单、容易控制等优点。HVPE法具有很高的生长速度，可达每小时几十甚至上百微米，十分适于生长厚膜GaN衬底，但由于生长速率快，外延薄膜容易产生裂纹，而且均匀性也有待提高。MBE法生长速率慢，目前生产上极少采用。目前，氮化物材料生长面临的最主要的问题在于缺乏合适的衬底。因为直接合成GaN单晶比较困难，需要高温高压的条件，而且生长出来的单晶尺寸小，不能满足生产的要求。因此，目前商 业化的GaN基器件基本都是采用异质外延，使用的衬底材料主要有蓝宝石、碳化硅和硅等，这些衬底与GaN材料之间的晶格失配和热失配较大，导致材料中存在较大的应力并产生较高的位错密度，不利于GaN基器件性能的提高。如果能在GaN上进行同质外延生长，就可很大程度地减少缺陷，使器件的性能有巨大的飞跃。目前生长GaN体单晶的方法主要包括高温高压法、升华法、Na熔融结晶法和氢化物气相外延法，其中前三种方法对设备和工艺都有很高要求，并且难以实现大尺寸GaN单晶，无法满足商业化的要求，而氢化物气相外延(HVPE)技术具有设备简单、成本低、生长速度快等优点，已成为生长GaN厚膜最为有效的方法。如能利用HVPE与MOCVD各自的优势，生长高质量的GaN厚膜并以它为衬底进行同质外延，就可大大改进氮化物晶体的质量，提高器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置。为实现上述目的，本专利技术提供的气相外延沉积装置，包括:一金属氯化物供应腔和一金属有机化合物气相外延反应腔(简称:气相外延反应腔)；其中:金属氯化物供应腔外部设有加热装置；该供应腔外部设有通气管道，通入氯化氢反应气体或者氢气、氮气等载气；该供应腔内部设有一石英舟以放置金属源，使氯化氢与之反应生成金属氯化物；该供应腔设有反应气体及载气通道，生成的金属氯化物反应气体通过载气携带进入气相外延反应腔内进行氮化物材料的生长；金属有机化合物气相外延反应腔下部设有一承载金属源的载片盘以放置衬底材料；气相外延反应腔上部设有一个反应气体进气装置，可使镓、铟、镁、铝的有机物反应气体、V族源反应气体如氨气以及硅烷等掺杂源气体进入反应腔，反应气体流动到衬底表面进行反应生长氮化物材料；载片盘下方和上方设有加热装置以调节反应腔内部的温度梯度分布，以同时满足反应腔内氢化物气相外延及金属有机物化学气相外延所需要的反应条件。所述气相外延反应腔内载片盘上方的加热装置可由耐高温材料制造，如用不同金属材料:钨、钽等；载片盘上方的加热装置的加热元件为行列式网状布置。本专利技术的优点是通过在载片盘上方和下方设置加热装置改变反应腔内的温度梯度分布，结合氢化物气相外延与金属有机物化学气相外延各自的优点，在同一个反应腔内可实现氢化物气相外延与金属氧化物气相外延，从而实现同质外延。该方案也可以独立在金属有机化合物气相沉积设备上使用，通过改变衬底片上的温度梯度，大大改进氮化物晶体的质量与生长速度，来提高金属有机化合物气相外延设备的性能。附图说明图1为本专利技术装置的设计示意图；图2为实施例二中的加热装置示意图；图3为实施例三中的加热装置示意图；图4为实施例四中的加热装置示意图；图5为实施例五中的加热装置示意图。图中:1进气管道、2进气管道、3金属氯化物供应腔、4加热装置、5金属源、6石英舟、7金属氯化物的气体管道、8金属有机化合物气相外延反应腔、9反应气体进气装置、10加热装置、11载片盘、12加热装置、13出气口、14反应气体进气管道、15反应气体进气管道、16反应气体进气管道、17喷淋、18反应气体进气管道、19反应气体进气管道、20喷淋、21反应气体进气管道、22反应气体进气管道、23反应气体进气管道、24反应气体进气管道、25气流法兰盘、26反应气体进气管道、27反应气体进气管道、28反应气体进气管道。具体实施例方式下面结合实施例及附图进一步详细描述本专利技术。实施例一如图1所示，为本专利技术装置的设计示意图。金属氯化物供应腔3外部设有加热装置4和通入氯化氢反应气体或者氢气或氮气为载气的通气管道，生成的金属氯化物反应气体通过载气携带进入金属有机化合物气相外延反应腔；金属氯化物供应腔3内部设有一石英舟6，金属有机化合物气相外延反应腔8(简称:气相外延反应腔)上部设有一个反应气体进气装置9，可使镓、铟、镁、铝的有机物反应气体、V族源反应气体如氨气以及硅烷等掺杂源气体进入反应腔；气相外延反应腔8下部设有一承载金属源的载片盘11以放置衬底材料，载片盘11下方和上方设有加热装置10和12来调节反应腔内部温度梯度分布。 以GaN的外延生长过程为例，载气由进气管道I进入金属氯化物供应腔3内，氯化氢气体由进气管道2进入金属氯化物供应腔3内，由腔体外部的加热装置4加热到7000C -1OOO0C，通入的氯化氢气体在载气的携带下进入腔内，与石英舟6内的金属源5发生反应，生长GaN薄膜时，金属源为镓，反应生成的氯化镓等混合气体与载气一起由进气管道7进入气相外延反应腔8内，氨气及载气经由反应气体进气装置9进入反应腔8内，将载片盘11下方的加热装置12升温至1000°C以上，同时将载片盘11上方的加热装置10加热，使其温度高于载片盘表面的温度，氯化镓气体与氨气混合发生反应，生成的氮化镓沉积在载片盘11上的衬底表面，此时进行的是氮化镓厚膜的生长，当氮化镓薄膜达到一定厚度时，关闭进气管道7，由进气装置9通入由载气携带的金属镓有机化合物及氨气，同时调节载片盘11上方的加热装置10，使其温度低于载片盘表面的温度，来进行氮化镓的薄膜生长。当需要进行氮化镓基多元化合物薄膜的生长或掺杂时，可由进气装置9通入反应源气体和掺杂源气体。反应结束后，尾气由出气口 13排出。实施例二:本实施例与上述实施一相同,所不同的是反应气体进气装置为如图2所示的中央三层流喷口进气结构，进行氮化镓厚膜的生长时，氯化镓气体与载气一起由进气管道15进入气相外延反应腔8内，氨气与载气混合气体由进气管道14与进气管道16进入反应腔8内；进行氮化镓薄膜的生长时，由进气管道15通入由载气携带的金属镓有机化合物。实施例三:本实施例与实施例一相同，所不同的是反应气体进气装置为如图3所示的喷淋结构，进行氮化镓厚膜的生长时，氯化镓气体与载气一起由进气管道7进入喷淋17的气体缓冲腔内，氨气与载气混合气体由进气管道19进入喷淋17的气体缓冲腔内，两种反应气体由喷淋孔流出后混合发生反应；进行氮化镓薄膜的生长时，关闭进气管道7，由进气管道18通入由载气携带的金属镓有机化合物。实施例四: 本实施例与实施例二相同,所不同的是反应气体进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置，包括：一金属氯化物供应腔和一金属有机化合物气相外延反应腔其中：金属氯化物供应腔外部设有加热装置和通入氯化氢反应气体或者氢气或氮气为载气的通气管道，内部设有一承载金属源的石英舟，该金属氯化物供应腔还设有反应气体及载气通道，金属有机化合物气相外延反应腔上部设有一个反应气体进气装置，气相外延反应腔下部设有一放置衬底材料的载片盘，载片盘下方和上方设有调节反应腔内部温度梯度分布的加热装置。

【技术特征摘要】
1.一种可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置，包括:一金属氯化物供应腔和一金属有机化合物气相外延反应腔其中:金属氯化物供应腔外部设有加热装置和通入氯化氢反应气体或者氢气或氮气为载气的通气管道，内部设有一承载金属源的石英舟，该金属氯化物供应腔还设有反应气体及载气通道，金属有机化合物气相外延反应腔上部设有一个反应气体进气装置，气相外延反应腔下部设有一放置衬底材料的载片盘，载片盘下方和上方设有调节反应腔内部温度梯度分布的加热装置。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘志银，
申请(专利权)人：甘志银，
类型：发明
国别省市：