[发明专利]一种用于MOCVD设备GaN外延MO源供给系统无效
申请号: | 201210200710.X | 申请日: | 2012-06-18 |
公开(公告)号: | CN102732956A | 公开(公告)日: | 2012-10-17 |
发明(设计)人: | 刘欣;魏唯;陈特超;罗才旺;李克;陈峰武;林伯奇;贾京英 | 申请(专利权)人: | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 |
主分类号: | C30B25/02 | 分类号: | C30B25/02;C30B25/14;C30B29/38;C23C16/34;C23C16/455;H01L21/205 |
代理公司: | 长沙正奇专利事务所有限责任公司 43113 | 代理人: | 马强 |
地址: | 410111 湖南*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 mocvd 设备 gan 外延 mo 供给 系统 | ||
技术领域
本发明涉及金属有机物化学气相外延MOCVD生长设备技术领域,为一种用于MOCVD设备GaN外延MO源供给系统,特别适合于UV-LED,UV-LD的GaN及其相关材料生长的MOCVD设备系统,可用于使用具有挥发性的高纯金属有机物MO源的所有CVD,HVPE以及MBE等半导体材料生长设备之中。
背景技术
MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的金属有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料,以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料的设备。
目前,MOCVD是现在Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体最主要的生产设备,特使是对于工业生产来说其重要地位显现的尤为明显,因为MOCVD非常适合大批量的生长外延片。随着半导体技术的发展,半导体器件已经被广泛的使用到了我们生活的每个角落,其潜在的巨大市场价值逐渐表现出来,尤其是以发光二极管芯片(LED)为代表。
MOCVD利用气相反应物之间化学反应将所需产物沉积在外延衬底表面形成所需要的外延层,外延层的晶相、成长速率以及组成成分会受到温度、压力、反应物种类、反应物浓度、反应时间、外延衬底材料、外延衬底表面性质等诸多因素的影响。其中反应物浓度的控制是非常关键的一环,对于GaN基半导体材料的生长,常用的金属有机源反应物有五种,分别是TMGa, TMAl, TEGa, TMIn,Cp2Mg。这些金属有机源通常是易燃、易爆、毒性很大的物质,并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。反应室MO源注入摩尔流量的控制直接影响外延层薄膜生长的厚度和质量,它是MOCVD气路控制系统中非常关键的一环。每层材料生长时针对各种MO源浓度的需求各有不同,因此在MO源供给系统的设计思想上,针对每种MO源的工艺需要以及物理特性的不同,设计不同的管路满足对每种源的注入摩尔流量的精确控制,同时又要满足系统密封性,以及源瓶安全便捷更换的需要。
在MOCVD系统中有非常独特的run/vent切换回路设计,这是由于每种MO源的饱和蒸汽压或者说摩尔流量的稳定需要一定的时间,而在薄膜生长时为了满足陡峭的异质结构或突变掺杂的需要,反应的MO源必须能在两管线件快速、平稳地切换。工作时首先参与反应的MO源先由载气输送至切换开关处处于准备状态,先通过vent管路排空,等待MO源的摩尔流量稳定后,在需要时快速切换进run管路,进入反应腔,这样可精确控制MO源的摩尔流量,有效提高了生长薄膜的质量。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明要解决的问题是:
(1)MOCVD常用于交替生长不同物质的外延层,层厚都有不同,如生长LED芯片的多量子阱层,每一层的厚度为几十纳米甚至只有几个纳米。液态MO源是通过载气通入液体中产生鼓泡效应,从而携带出高浓度的气态MO源,这样高浓度的MO源不能满足生长多量子阱层时极少反应摩尔流量的需求。针对上述情况采用双稀释回路,除了标准管路的配置外,还有一个输入质量流量控制器MFC与钢瓶出口相连,对MO源提供一个可控的稀释作用。
(2)MO源中TMIn, Cp2Mg属于固态源,气体流过源瓶时经常出现固态床路径缩短的“沟流现象”造成固态源输出剂量不稳定。针对这种现象采用固体MO源浓度计标准管路,利用超声波浓度计测量固态源输出的浓度,再通过计算机调整质量流量控制器(MFC)的流量值达到控制MO源量的目的。
(3)由于固态MO源不能产生鼓泡效应所以进气管不能伸入钢瓶底部,载气只能通过固态MO源的上方将其挥发出来的气态MO源带出钢瓶。这种携带出的MO源的量是非常少的,不能满足外延生长工艺的需要。对于这样的固态MO源,反应室注入量较大的如TMIn采用双源瓶串联管路,载气经过两次源瓶带走挥发出来的MO源,可成倍提高MO源的浓度。反应室注入量较小如Cp2Mg,则采用浓度计的标准管路。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种用于MOCVD设备GaN外延MO源供给系统,其结构特点是,包括分别通过载气进气管与气源相连的标准管路、双稀释管路、双重标准管路、浓度计管路和双源瓶串联管路;所述标准管路、双稀释管路、双重标准管路、浓度计管路和双源瓶串联管路分别通过MO源出气管与Run/Vent切换回路相连;所述气源通过管道与Run/Vent切换回路相连;
所述标准管路包括源瓶部件,该源瓶部件的载气进气管上装有质量流量控制器,该源瓶部件的MO源出气管上装有压力控制器;
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