[实用新型]用于金属有机化学气相沉积反应器的气体分布装置及反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及生长第III族元素和第V族元素化合物薄膜的反应器，尤其涉及一种用于金属有机化学气相沉积反应器的气体分布装置及相关反应器。

背景技术

氮化镓(GaN)是一种广泛应用于制造蓝光、紫光和白光二极管、紫外线检测器和高功率微波晶体管的材料。由于GaN在制造适用于大量用途的低能耗装置(如，LED)中具有实际和潜在的用途，GaN薄膜的生长受到极大的关注。

GaN薄膜能以多种不同的方式生长，包括分子束外延(MBE)法、氢化物蒸气阶段外延(HVPE)法、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法等。目前，MOCVD法是用于为生产LED得到足够质量的薄膜的优选的沉积方法。

MOCVD工艺通常在一个具有温度控制的环境下的反应腔或反应腔内进行。通常，由包含第III族元素(例如镓(Ga))的第一前体气体和一含氮的第二前体气体(例如氨(NH3))被通入反应腔内反应以在基片上形成晶体GaN薄膜。一载流气体(carrier gas)也可以被用于协助运输前体气体至基片上方。这些前体气体在被加热的基片表面混合反应，进而形成第III族氮化物薄膜(例如GaN薄膜)而沉积在基片表面并形成晶体外延层。

前述的第一前体气体第二前体气体需要在到达基片时要按比例均匀混合，但是第一前体气体和第二前体气体又不能过早的混合，因为基片被加热到反应温度(通常大于1000℃)时基片上方空间受辐 射温度也很高，所以两种反应气体的混合气体在温度足够高的其它空间也能发生反应而形成结晶固体。这种结晶固体会随着气流扩散形成污染而不会在基片上形成晶体GaN。传统MOCVD反应气体供气形式有多种，其中包括多种气体水平供气的方法，如现有技术US5370738中所示含V族元素和III族元素的气体通过不同层的通道在接近基片附近的空间混合并流过基片表面，并在基片另一端被抽走。用这种方法供气存在明显的问题：混合气体流过基片的上游和下游，若气体混合度不同则反应气体成份就不同，这会造成整个基片表面的沉积均一性降低。

为了解决这个问题Thomas Swan公司提出了利用接近基片的喷淋头来供气的方法，如专利EP0687749所示，利用该方法基本可以实现基本表面的均匀处理，但是由于要在整个反应区表面均匀地供应不同的反应气体，而且在到达反应区前两种前体气体要互相隔离，所以气体喷淋头的结构非常复杂、难以制造，在使用中的维护和清洗也非常困难。

CN10167849提出了一种层叠的气体喷淋头结构，每层气体分布板中均包括多个互相隔离的腔体，将多层气体喷淋头部件在高温下压焊形成一个整体，构成一个完整功能的气体喷淋头。这种结构的喷淋头在工业应用中仍然存在不可弥补的缺陷，由于不同气体分布板之间是压焊的，在每个高温处理循环中气体喷淋头都会经历一次伸缩过程，长时间运行后，不同气体管道之间不可避免地会发生串扰，在基片的高温辐射下还会发生化学反应形成沉积物，污染气体管道。而且由于整个气体喷淋头是被整体焊接在一起的，这些污染物很难被清洗掉，严重影响后续处理的效果。

所以业界需要一种既能实现在整个反应表面均匀供气，又能防止不同反应气体在进入反应区前互相串扰的气体喷淋头，而且该气体喷淋头要易于制造和维护。

实用新型内容

针对背景技术中的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种既能实现在整个反应基片表面均匀供气，又能防止不同反应气体在进入反应区前互相串扰的气体分布装置及相关反应器，而且该气体分布装置要易于制造和维护、大大节省使用者的成本。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种用于金属有机化学气相沉积反应器的气体分布装置，包括：

顺序叠加、彼此连接在一起的控温气体分布板、第一气体分布板和第二气体分布板，其中所述控温气体分布板与所述第一气体分布板之间焊接固定，所述第一气体分布板和所述第二气体分布板之间通过可拆卸固定装置固定连接；

所述控温气体分布板、第一气体分布板和第二气体分布板上分别预设有若干通道，在所述控温气体分布板、第一气体分布板和第二气体分布板彼此连接后，所述若干通道相互连通并构成相互隔离的若干个第一气体分布通道与若干个第二气体分布通道，所述若干个第一气体分布通道与第一反应气体源相连通，所述若干个第二气体分布通道与第二反应气体源相连通；

所述控温气体分布板上还设置有与冷却源相连接的冷却腔。

其中，所述控温气体分布板包括一上表面和一下表面，所述下表面靠近所述反应器的反应区，并且所述第一反应气体源与所述第二反应气体源从所述下表面逸出而进入反应区。