[发明专利]一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，是指为了生长氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底材料而设计制造的一种方便易用、可控性强、可靠性和重复性高的氢化物气相外延装置(HVPE)，具体地说是一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置。

背景技术

氮化物多元系材料的光谱从0.7ev到6.2ev，可以用于带间发光，颜色覆盖从红外到紫外波长，不仅在光电子应用方面，如蓝光、绿光、紫外光发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)，紫外探测器、布拉格反射波导等方面获得了重要的应用和发展，而且在微电子应用方面也得到了广泛的关注，可以制作高温、高频和大功率器件，如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)等。氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、高击穿电场和高热导率、优异的物理化学稳定性等优异性能。尤其是近些年来发光二极管照明迅猛发展，氮化物系的LED大量应用于显示器、照明、指示灯、广告牌、交通灯等，在农业中作为加速光合成光源，在医疗中作为诊断和治疗的工具。但是目前，氮化物材料生长面临的最大的问题是缺少同质衬底，采用传统的单晶生长方法很难生长出体单晶；使用异质衬底，如蓝宝石、碳化硅等存在着由于晶格失配和热失配带来的外延材料缺陷密度大等的问题。而利用氢化物气相外延的方法具有高生长速率，高结晶质量，高均匀性生长和低的设备成本和运行成本，能够实现氮化物材料的厚膜生长，可以生长出具有衬底厚度的氮化物材料，也称之为氮化物自支撑衬底。

本发明以前有关用于氮化物单晶衬底制备的氢化物气相外延装置存在：金属源置于反应管内部，导致整个反应炉的设计复杂，金属卤化物的反应效率不易控制而且随着金属源的消耗有较大变化，金属卤化物的实际消耗量无法精确控制；此外更换或者补充金属源时必须暴露整个反应室到大气中，影响反应室的洁净程度，也使得整个操作非常复杂，增加了设备维护的时间，降低了生产效率，使得氮化物衬底的成本居高不下。

发明内容

本发明的目的是提供一种独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置。

为实现上述目的，本发明提供的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，包括一金属卤化物供应炉和一氢化物气相外延炉；其中：

金属卤化物供应炉外部设有加热装置，该供应炉设有通气管道，通入卤族氢化物或者卤族元素等反应气体或者氮气、氦气、氩气、氢气等载气；

该供应炉内部放置金属镓、铟、铝、铁、镁中的一种或多种，使卤族氢化物或者卤族元素与供应炉内的金属反应生成金属卤化物的反应气体，或者直接放置经过提纯的金属卤化物；

该供应炉设有反应气体/载气通道，生成或者直接的金属卤化物通过载气携带后进入氢化物气相外延炉进行氮化物材料的生长；

氢化物气相外炉延生长室包括有：

一外延生长室；

一衬底装置设于外延生长室内，衬底装置在外延生长室外部接有调速马达，以控制衬底装置的转速；

反应气体管道通过外延生长室的密封盘进入外延生长室，载气携带反应气体通过该反应气体管道进入外延生长室内，并流动到衬底上进行反应生长氮化物薄膜、厚膜或者单晶衬底；

一加热装置，环绕于外延生长室外。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，外延生长室为石英材料。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，外延生长室外的加热装置为多温区加热，温区数目为1至3个，加热方式为电阻加热或者射频感应加热，每个温区独立控制。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，衬底装置采用橡胶圈加真空油脂密封或磁流体密封，转速为10-500转/分钟。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，载气为氮气、氦气、氢气、氩气或者其混合气体。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，反应气体中可以加入一种或者多种金属有机源或者掺杂剂流动到衬底上进行反应，实现类似于MOCVD的装置。

所述的独立供应金属卤化物的氢化物气相外延装置，其中，掺杂剂可以为SiH₄或者Mg的有机源如Cp₂Mg或者Fe的有机物如Cp₂Fe。