[发明专利]化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备半导体膜的化学汽相淀积设备和一种用于制备半导体膜的化学汽相淀积方法。更具体地说，本发明涉及这样一种化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法：通过从配料气体送入反应管的进料方向基本上与衬底平行的方式配置的卧式反应管的气体引入段将配料气体引入到衬底上，使具有良好均匀性和结晶性的半导体膜在已加热的衬底上有效地进行汽相外延生长。

背景技术

近年来，氮化镓系列化合物半导体例如作为发光二极管或激光二极管元件的需求主要在光通信领域迅速增长。作为一种制造氮化镓系列化合物半导体的方法，这样一种化学汽相淀积方法通常是已知的：使用有机金属气体例如三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝等作为第III族金属源和氨作为氮源，通过汽相外延生长在精心放置在反应管中的青玉等衬底的表面上生成氮化镓系列化合物的半导体膜。

同时，作为一种生产氮化镓系列化合物半导体的设备，有这样一种包含卧式反应管的化学汽相淀积设备，它包含支承衬底的基座、加热衬底的加热器、使送入反应管的配料气体的进料方向与衬底平行的方式配置的配料气体引入段以及反应气体排放段。在有这种卧式反应管的化学汽相淀积设备中，采用这样一种化学汽相淀积方法：用以下步骤通过汽相外延生长在衬底的表面上生成半导体膜：将衬底放在反应管中的基座上；在用加热器加热衬底后，沿平行于衬底的方向送入含配料的气体。在这样一卧式反应管中，存在这样一些问题：不能得到均匀的和良好结晶度的半导体膜；或者由于在衬底周围的热对流引起的配料气体扩散和不能有效达到衬底，汽相外延生长的生长速率滞后。但是，近年来，通过在面对衬底的反应管壁上装备加压气体引入段以及通过竖直朝向反应管内的衬底送入不影响载气等反应的加压气体，开发了改变配料气体朝衬底方向流向的化学汽相淀积设备或化学汽相淀积方法。

据报导，根据这一技术，通过按配料气体的种类和流速适当控制加压气体的流速以及衬底的加热温度等制得有良好结晶度的半导体膜。但遗憾的是，根据所述的化学汽相淀积设备或所述的化学汽相淀积方法，存在许多种不利情况，因为垂直送入气流，即含配料的气体和加压气体在衬底上彼此混合，有易于产生气流扰动的倾向，加压气流的控制困难。

例如，在大型衬底上进行汽相外延生长或在多件衬底上同时进行汽相外延生长的情况中，难以在宽的衬底区域内送入均匀密度的配料气体。此外，在用上述三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝作为配料进行汽相外延生长的情况中，因为作为衬底的加热温度，1000℃或更高的高温是必要的，在衬底上产生复杂的气流，也使气流难以控制。

发明内容

所以，本发明的一个目的是提供这样一种使用卧式反应管的化学汽相淀积设备或化学汽相淀积方法，甚至在大型衬底上进行汽相外延生长(epitaxy)或在多件衬底上进行同时汽相外延生长的情况下，或通过调节高温进行汽相外延生长的情况下，能有效地使具有良好均匀性和结晶度的半导体膜在衬底上进行汽相外延生长。

为了达到所述的目的，由于本发明人积极地反复研究，已发现通过在配料气体气路的上游侧朝配料气体气路下游侧斜下方向或水平方向送入至少一部分从加压气体引入段提供的加压气体，可减轻含配料的气体和加压气体在衬底上混合产生的气流扰动。本发明在这些发现的基础上完成。也就是说，本发明提供这样一种制备半导体膜的化学汽相淀积设备，所述的设备包括这样一卧式反应管，它装有用于支承衬底的基座、用于加热衬底的加热器、使送入反应管的配料气体的进料方向与衬底基本上平行的方式配置的配料气体引入段以及反应气体排放段，此外在面对衬底的反应管壁上还有加压气体引入段，其中在配料气体气路上游侧至少一部分加压气体引入段的结构是这样的，以致由加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。

此外，本发明还提供这样一种在衬底上制备半导体膜的化学汽相淀积方法，所述的方法包括以下步骤：在卧式反应管中的基座上安装衬底，用加热器加热衬底、以送入反应管的气体进料方向基本上平行于衬底的方式送入含配料的气体以及从面对衬底的反应管壁上的加压气体引入段送入加压气体，所述方法的特征在于，在配料气体气路的上游侧将至少一部分从加压气体引入段提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。

附图说明

图1为说明本发明化学汽相淀积设备的一实施方案的垂直剖面图；