一种氢化物气相外延设备

摘要

本发明公开了一种氢化物气相外延(HVPE)设备。该设备包括水冷不锈钢真空腔室，保温层，源加热器，衬底加热器，腔室隔热器，内部反应室，衬底托盘和旋转机构，喷气口，金属舟，以及样品出入口等。本发明区别于常规的HVPE设备主要在以下方面：(a)水冷不锈钢腔室代替常规的石英腔室；(b)在真空腔室内置加热器代替常规的外置加热器。

主权项

一种氢化物气相外延设备，其特征在于：其结构包括水冷不锈钢腔室(1)，保温层(2)，源加热器(3)，衬底加热器(4)，腔室隔热器(5)，内部反应室(6)，衬底托盘(7)，托盘旋转升降机构(8)，喷气口(9)，金属舟(10)，等。 水冷不锈钢腔室(1)分为三部分，分别为上盖板(1A)、下底板(1B)、墙板(1C)，中间用胶圈(21)密封，合起来是一个整体。水冷不锈钢腔室(1)的作用是将空气与腔室内部隔开，通过压强控制装置保存腔室(1)内部的压强。通过机械装置可以将上盖板(1A)、下底板(1B)、墙板(1C)分开，方便样品取出和装入。 当上盖板(1A)、下底板(1B)、墙板(1C)合起来时，形成一个完整的水冷不锈钢腔室(1)。按照空间划分，这个腔室又分为以下四部分：(a)前端腔室(101)、金属舟腔室(102)、生长腔室(103)、尾气腔室(104)。 前端腔室(101)没有加热器和保温层，主要作用是安装喷气口(9)。 金属舟腔室(102)内有源加热器(3)和保温层(2)，主要作用是为金属舟(10)以及内部反应室(6)的前端加热并提供合适的温度环境。 生长腔室(103)内有衬底加热器(4)和保温层(2)，主要作用是为衬底托盘(7)以及内部反应室(6)的后端加热并提供合适的温度环境。 尾气腔室(104)内没有加热器和保温层，主要作用是收集尾气并给尾气降温。 保温层(2)分为上下两部分，分别为上保温层(2A)和下保温层(2B)，其中上保温层(2A)与上盖板(1A)固定，下保温层(2B)与下底板(1B)固定。保温层(2)的作用是将腔室内部的高温区和水冷腔室隔开，防止热量从高温区传向水冷腔室。 源加热器(3)也分为上下两部分，分别为上层源加热器(3A)和下层源加热器(3B)，其中上层源加热器(3A)与上盖板(1A)固定，下层源加热器(3B)与下底板(1B)固定。源加热器(3)的作用是加热内部反应室(6)的前部以及金属舟(10)，使得内部反应室(6)的前部以及金属舟(10)维持在一定的温度。上层源加热器(3A)和下层源加热器(3B)分别由两个温度控制器控制，两个加热器的温度可以是一致的，也可以略有差异。 衬底加热器(4)也分为上下两部分，分别为上层衬底加热器(4A)和下层衬底加热器(4B)，其中上层衬底加热器(4A)与上盖板(1A)固定，下层衬底加热器(4B)与下底板(1B)固定。衬底加热器(4)的作用是加热内部反应室(6)的后部以及衬底托盘(7)，使得内部反应室(6)的后部以及衬底托盘(7)维持在一定的温度。上层衬底加热器(4A)和下层衬底加热器(4B)分别由两个温度控制器控制，两个加热器的温度可以是一致的，也可以略有差异。 腔室隔热器(5)也分为上下两部分，分别为上腔室隔热器(5A)和下腔室隔热器(5B)，其中上腔室隔热器(5A)与上盖板(1A)固定，下腔室隔热器(5B)与下底板(1B)固定。腔室隔热器(5)的作用是将金属舟腔室(102)和生长腔室(103)隔开，防止这两个腔室内的热量相互传递，保持这两个腔室内有一定的温度差，以致使得金属舟(10)和衬底托盘(7)保持一定的温度差。 内部反应室(6)为长方形管，它的前端有一块和两块隔板(601)，隔开金属(镓、铝等)源、气体源或顶层气体(一般是携带气体)。它前端还有一金属源加料口(602)，加料完毕后用加料口专用盖子(603)盖上。它后端有两个圆孔：一个圆孔为托盘镶嵌孔(604)，其的直径略大于衬底托盘(7)的直径，一般大2～4毫米即可。平时衬底托盘嵌入圆孔(604)内。另一个圆孔为样品装卸孔(605)，平时用装卸孔专用盖子(606)盖上。内部反应室(6)的尾端有若干尾气 孔(607)，化学反应后尾气从尾气孔(607)中排出。 内部反应室(6)两端与墙板(1C)固定。它的主要作用是为源材料气体和携带气体提供一个通道，并将所需要所有气体限制在内部反应室(6)的内部，形成一个平流层气流。 内部反应室(6)横跨前端腔室(101)，金属舟腔室(102)，生长腔室(103)，尾气腔室(104)。它的前端与喷气口(9)对接，源气体和携带气体从喷气口流经内部反应室(6)，在衬底托盘(7)上进行外延生长，尾气从它的尾气孔(607)排出内部反应室(6)。 衬底托盘(7)是生长材料时放置衬底的地方，外形为圆形，直径略小于托盘镶嵌孔(604)，一般小2～4毫米即可。平时衬底托盘(7)嵌入托盘圆孔(604)内。衬底托盘(7)的下部与托盘旋转升降机构(8)中的旋转轴(801)相连。在进行材料外延生长时，由托盘旋转升降机构(8)带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10～120转之间。在往托盘上装卸衬底或样品时，由托盘旋转升降机构(8)往上顶出内部反应室(6)。 托盘旋转升降机构(8)是由旋转轴(801)、电机(802)、磁流体轴承(803)、波纹管(804)及直线滑移机构等组成，其中衬底托盘(7)的下部与旋转轴(801)相连。它的主要作用是：在进行材料外延生长时，该机构带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10～120转之间。在往托盘上装卸衬底或样品时，该机构将衬底托盘(7)往上顶出内部反应室(6)。 喷气口(9)外形为长方体。它有2～3个进气口(901)，这些进气口接源气体；另有密集的喷气孔(902)，孔径在1毫米以下，这些喷气孔(902)与内部反应室(6)对接。它的主要作用是将源气体强制分开成为横向均匀的气体，在内部反应室(6)的内部成层流形流动。 金属舟(10)是一长方形器皿，口大深度浅。横向尺寸略小于内部反应室(6)宽度的内尺寸，一般情况下小于4毫米即可。深度一般小于10毫米。它的主要作用是装金属材料(如镓、铝等)。在外延生长时，当有氯化氢等气体经过金属舟(10)上面时，氯化氢与熔融金属发生化学反应生成金属氯化物。