一种多片大尺寸氢化物气相外延方法和装置

摘要

本发明提供一种采用氢化物气相外延（HVPE）技术同时在多片或大尺寸衬底上生长GaN材料的方法，同时提供可以实现该方法的装置，特别是用于提供大面积生长区域的喷口。在该装置上应用本发明提供的方法，可以一次同时生长5片以上（视恒温区范围及喷口大小而定）2英寸GaN衬底或者一片以上4英寸甚至6英寸衬底。喷头设计使得氯化镓GaCl和氨NH3在喷口处互不混合，减少喷口处的预反应，防止管路堵塞，仅在衬底表面混合，形成均匀的混合层，提高GaN产品的厚度均匀性和质量。

主权项

一种多片大尺寸氢化物气相外延方法，用于制备半导体单晶层或者自支撑单晶衬底，所述方法其特征在于：以水平式氢化物气相外延炉为基础，扩大生长区域的恒温区范围，设置3段以上恒温区，核心恒温区长度大于300mm，中间的恒温区用来维持生长区域的温度，提供的恒温区面积不应小于放置衬底的托盘面积；氯化镓GaCl和氨NH3通过载气携带，分别由不同的管路进入石英喷头，在石英喷头内各路气体互不混合，通过各自的输运通道，由相应喷口喷出；喷口由多组同心套环组成，每组同心套环由三层同心圆环组成，每个圆环与相应的源气通道相连，保证在喷出喷口之前氯化镓GaCl和氨NH3不会预先混合，抑制预反应的发生，每层圆环是圆柱结构或圆锥结构，用于保证有足够的横向扩散范围；同心套环组在喷头上的排列遵循有利于控制衬底表面氯化镓GaCl浓度分布均匀的原则，采用矩形行列式排列或三角形交错排列的方式；每层圆环的圆锥角度介于0度和30度之间；每组三层圆环中，内层圆环和中间层圆环最大内径比介于1:1.2～1:3,中间层圆环和外层圆环最大内径比介于1:1.005～1:1.4；内层圆环长度与最大内径比大于2:1，不超过50:1；中间层圆环长度及外层圆环长度都不超过内层圆环长度的2倍；在喷口下方放置承载待生长衬底片的托盘，托盘距离喷口的距离介于20mm至140mm之内；从喷口喷出的氯化镓GaCl和氨NH3在到达托盘表面处混合，每个喷口下方中心处GaCl浓度与外层圆环正下方处GaCl浓度之比介于1:0.98至1:0.65之间；托盘上每片衬底中心GaCl浓度与边缘GaCl浓度差小于10%。