[发明专利]腔壁温度可由生长程序实时设置的气相外延反应管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制造设备，尤其涉及一种腔壁温度可由生长程序实时设置的气相外延反应管。

背景技术：

当前，全世界正兴起规模宏大的节能减排运动，半导体照明（即发光二极管，LED）是其中一种有效措施，但是，若要走进中国的千家万户，还要大大降低成本，并继续提高电光转换效率。当前金属有机化学气相沉积设备（MOCVD）的生产厂家只有德国的AIXTRON、美国的VEECO和英国Thomasswan公司（简称TS）三家。目前，这三家生产的三种MOVCD的反应管的腔壁温度都是恒定的，无法在生长过程中，由外延生长程序实时设定与控制。而经过申请人研究，腔壁温度的实时控制对掺杂、界面陡峭、外延片的波长均匀性、MOCVD本身节能等均有益处，通过实时控制腔壁温度，可生产电光转换效率更高的LED。

LED的外延层是由几十层外延材料组成，每层的生长温度、成份组成、掺杂种类可能都不一样。一般都希望这些层的材料成份严格受控，但在LED外延层生长过程中，前一层的生长原料及掺杂物质会吸附在腔壁中，并一直慢慢释放，从而影响材料生长质量，最后影响LED的电光转换效率。目前，英国Thomasswan公司的腔壁温度是由冷却水的温度来恒定设置的，一般设置在50-60℃，一旦设定，生长过程中便不再更改，更不能由生长程度控制。其它两家的MOCVD设备也是如此。

当反应管开炉装片或取片时，空气中的氧及水也会吸附到反应管壁，这些外来气体对外延材料的质量控制均有影响，也影响生产的稳定性。为减少装、取片时的外来气体的影响，一般要将反应管置于氮气环境（手套箱）中或全部由机械手操作，这些装置的成本也很高，且操作极不方便。尽管使用这些措施可减少外来气体的影响，但维修时，反应管还是要暴露在大气中，往往维修后，反应管要长好几炉才能恢复，有时刚刚正常，又要拆开反应管，这样循环往复，维持外延生产非常痛苦，也造成极大的浪费。

要在生长过程中及时清除上一层（或上几层，甚至是前几炉）吸附在腔壁的杂质气体，就要让反应管的腔壁能加热并在线由生长程度控制腔壁的温度，通过加温让杂质脱附，但在关键层生长时，又要能降低腔壁温度，从而及时减少甚至结束杂质从腔壁的脱附。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种腔壁温度可由生长程序实时设置的气相外延反应管，这种气相外延反应管通过对腔壁的实时在线变温，加速腔壁杂质气体的脱附，控制腔壁吸附的杂质气体对外延层材料的影响，从而改善外延衬底的质量，提高电光转换效率和外延生长设备的可控性，降低生长成本。

本发明的目的是这样实现的：

一种腔壁温度可由生长程序实时设置的气相外延反应管，包括反应室和控制系统，在反应室内安装有MOCVD加热器，在MOCVD加热器的上面依次从下至上安装有石墨衬底基座和外延衬底，MOCVD加热器对石墨基座进行加热控温，石墨基座对外延衬底进行加热，在反应室内、外延衬底的上方安装有正对外延衬底且与外延衬底间隔放置的MOCVD喷头，在反应室的顶板中间设有一个进气孔，在反应室的底板两边各设有一个排气孔，特征是：在反应室内壁的顶部、底部和四周侧壁上设有封闭的循环介质通道，在反应室的左侧壁和右侧壁上分别设有反应室循环介质入口和反应室循环介质出口，反应室循环介质入口将循环介质通道和恒温机的恒温机循环介质出口连接在一起，反应室循环介质出口将循环介质通道和恒温机的恒温机循环介质入口连接在一起，使得循环介质在反应室的循环介质通道和恒温机之间循环流通；反应室和恒温机受控制系统控制。

循环介质为导热油、水或液态钠中的一种，循环介质的温度在20-600℃。导热油的温度为20-350℃，液态钠的温度为100-600℃。

本发明由于在反应室内壁的顶部、四周侧壁上设有封闭的循环介质通道，并与恒温机连通，循环介质就可以在反应室的循环介质通道和恒温机之间循环流通.循环介质除维持腔壁温度外，还起到冷却反应室的作用。反应室在控制系统的控制下保持反应室内的MOCVD加热器的加热温度，恒温机在控制系统的控制下保持恒温机中的循环介质的温度。

工作过程如下：当外延衬底放入反应室后，整个温度的控制程序如下：反应室内的温度升到中等温度后（如400℃），恒温机设到较高温（如150℃），对反应室进行低压除气，此时一方面用高纯气进行变压力冲洗，另一方面，高温可促使腔壁上的杂质气体脱附。这些杂质气体可以是上一炉的残留气体，也可以是打开反应室后吸附在腔壁上的氧及水气。