[发明专利]一种MOCVD反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相沉积技术，更具体地，本发明涉及一种金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器。

背景技术

金属有机化学气相沉积(MOCVD)将金属有机化合物作为源物质，利用气相反应物，或是前驱物和III族的有机金属和V族的NH3，在基材衬底表面进行反应，传到基材衬底表面固态沉积物。

MOCVD广泛被关注与LED的兴起有关，在蓝光LED芯片的生长中，一般使用MOCVD反应系统作为生长工具。对于LED来说，LED芯片由不同半导体材料的多层次架构构成，这些材料放在一个装入金属有机化学气相沉积系统的圆形芯片上。MOCVD对镀膜成分、晶相等品质容易控制，可在形状复杂的基材、衬底上形成均匀镀膜，使得MOCVD成为工业界主要的镀膜技术。

通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H₂的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用射频感应加热石墨衬托(衬底基片在石墨衬托上方)，H₂通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。通常，被精确控制流量的反应源在载气(通常为H₂或者N₂)的携带下通入石英或者不锈钢的反应室，在衬底上发生表面反应后，生长外延层，衬底放置在被加热的衬托上。反应后残留的尾气被扫出反应室，通过去除微粒和毒性的尾气处理装置后，排出系统。

一台MOCVD生长设备通常包括气体操作系统、反应室、加热系统和尾气处理系统。其中，气体操作系统包括控制III族金属有机源和V族氢化物源的气流及其混合物所采用的所有的阀门、泵以及各种设备和管路，用于对通入反应室进行反应的原材料的量进行精确控制。反应室是MOCVD生长系统的核心组成部分，如图1所示，通常包括上盖、保护盖、沉积区和底部，沉积区包括衬托、腔室、石英板、通气管和射频膜等。不同的MOCVD设备的生产厂家对反应室的设计也有所不同，但为了避免在反应室中出现离壁射流和湍流的存在，都保证只存在层流，从而实现在反应室内的气流和温度的均匀分布，有利于大面积均匀生长。MOCVD设备的反应室或者反应炉经过多次生长后，反应炉内壁会沉积上影响气体流场、污染反应环境的副产品，使得必须对沉积较多副产品的部件进行更换清洗。

图2示出生长前、后的水平式反应炉顶板。左图中是晶体生长前的保护板，其中A表示间距固定板，B表示石英制保护板，C表示气体出口。右图为经晶体生长后的顶板表面。反应炉顶盖如果没有石英保护板保护，一方面反应气体将与不锈钢顶盖反应，并沉积在顶盖上，造成顶盖损坏；另一方面石墨载盘的高温将加热不锈钢顶盖，分解不锈钢，造成对反应环境的污染。所以反应腔的顶盖需要冷却并与化学反应区隔离。可知，保护板可以使用其他耐高温材料制造。

常用的解决方法是更换保护板，每1-6次生长(就是每天或每隔一天)就要更换，成本很高。更换保护板容易带入杂质污染腔体，影响晶体生长的连续性和稳定性。还有一种解决方法是通过反应炉自身清洗方法，比如高温烘烤，通入腐蚀性气体腐蚀。但是，高温烘烤剥落杂物，将会再次污染反应炉。腐蚀性气体一方面带入其他杂质，另一方面因其腐蚀性会腐蚀设备，为保护设备进一步增加成本。

美国专利US6309465B1公开了一种水平式反应炉，如图3所示，该反应室包括带盖的外罩、用于一个或者多个晶片的衬托，衬托布置在反应器外罩内，包括多个开口的液体入口，该多个开口正对上述的晶片，这些晶片通过CVD介质，被适度加热，反应器外罩的外边缘布置出口，该出口用来释放所导入的介质。其中，反应器内部的盘片采用易碎的石英制造，将其表面粗化，与金属接触部分采用气体冷却，减少热膨胀应力。

美国专利US2009/0064935公开了一种上下高度可调的保护板，如图4所示，该反应器包括衬底，衬底上布置多个层，还包括腔室，腔室布置在反应器内部，并且具有可加热的底部，保护板与衬托的位置可调至一个高度。在这个高度下，方便通入HCl腐蚀保护板和衬托的生长副产品，从而达到清洁反应炉的目的。

包括上述两个申请的现有技术方案的保护板均采用石英制造，不易加工，且易碎；石英制保护板在反复清洗利用的过程中影响了晶体生长的连续性和稳定性，同时清洗过程容易造成对石英的腐蚀，保护板在晶体生长一轮后会附着晶体生长副产品的杂物，如果黏附不牢，会掉落到反应炉中，影响晶体生长。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器。