[发明专利]一种用于MOCVD反应器的格栅式气体分布装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于MOCVD反应器的格栅式气体分布装置，特别涉及一种用于MOCVD反应器的反应物源材料隔离的垂直格珊式气体喷淋头。

背景技术

MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）设备，即金属有机物化学气相沉积设备，通过使含有Ⅱ族或Ⅲ族元素的金属有机物源（MO源）与含有Ⅵ族或Ⅴ族元素的气体源在严格控制下的条件下在晶片上反应，生长得到所需要的薄膜材料。一般金属有机源通过载气进入反应室，载气可以为氢气、氮气、惰性气体等不与反应物源材料起化学反应的气体，含有MO源的载气称为第一前体气体；含有Ⅵ族或Ⅴ族元素的气体一般也混有一定比例的载气，称为第二前体气体。

MOCVD反应室在制作Ⅲ族、Ⅴ族（或Ⅱ族、Ⅵ族）化合物半导体材料，特别是GaN材料方面表现出了优异的性能，目前在蓝光LED、白光LED方面得到了广泛的应用。但是相对制备GaN薄膜，现有的MOCVD在制作AlN/AlGaN薄膜材料时出现了反应物源材料预反应大，AlN/AlGaN薄膜晶体质量低，薄膜均匀性差，反应物源材料利用率低的现象。出现上述现象的原因是生长AlN/AlGaN材料时一般需要更高的温度（GaN最高1200℃，AlN最高1500℃），以满足生长高质量AlN/AlGaN材料的要求，在此工况下使用的MO源三甲基铝（TMAl）比生长GaN使用的MO源三甲基镓（TMGa）更容易与Ⅴ族源发生预反应，从而导致反应物在反应室壁上大量沉积、生长薄膜的质量下降、反应物源材料的利用率低下。

发明内容

为了克服反应物源材料之间预反应强烈及垂直式反应室壁上沉积物过多的问题，同时保证喷淋头制作简单方便，本发明旨在提供一种用于MOCVD反应器的隔离式气体分布装置，该气体分布装置能够有效抑制反应物源材料之间的预反应，实现生长高质量AlN/AlGaN薄膜的目的，同时能够大大减少垂直式反应室中反应区域外壁上沉积反应物的出现，延长反应室清洗周期，提高设备利用率。

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反应器的格栅式气体分布装置，其结构特点是，包括位于反应腔室上方、且正对于晶片的气体喷嘴板，位于气体喷嘴板上方的上盖板，及位于气体喷嘴板与上盖板之间的一块气体分布结构板或多块上下叠置的气体分布结构板；

所述气体喷嘴板上开有第一前体气体喷嘴通道、第二前体气体喷嘴通道、第一载气喷嘴通道和第二载气喷嘴通道；其中所述第一前体气体喷嘴通道和第二前体气体喷嘴通道之间由第一载气喷嘴通道隔开，使载气气路喷射出来的载气形成隔离气帘将第一前体气体与第二前体气体隔离开；所述反应室腔体与反应室壁之间由第二载气喷嘴通道隔开，使载气喷嘴喷射出来的载气形成隔离气帘将反应室内部空间与反应室壁隔离开；

所述第一前体气体喷嘴通道、第二前体气体喷嘴通道、第一载气喷嘴通道、第二载气喷嘴通道单独地通过设置在所述气体分布结构板和上盖板上的不同管路与相应的气源管路连通。

由此，本发明的用于MOCVD反应器的格栅式气体分布装置具有三路相互独立的进气气路，分别为第一前体气体气路、第二前体气体气路及载气气路；三路气体单独从格珊式气体分布装置中不同的气体喷嘴进入反应室中，其中载气气路还具有一环形喷气口。载气气路的格珊式喷嘴喷射出来的载气形成隔离气帘将第一前体气体与第二前体气体隔离开，环形的载气喷嘴喷射出来的载气形成将反应室内部空间与反应室壁隔开的气帘。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

优选地，所述上盖板底端面上开有凹槽，该凹槽与最上面的一块气体分布结构板之间形成第一路载气预分布腔；所述气体喷嘴板上分布有第二载气预分布腔。

作为一种优选的技术方案，所述气体分布结构板数量为两块，分别为第一气体分布板与第二气体分布板；所述第二气体分布板上分布有第一载气喷嘴通道与第二前体气体喷嘴通道，第二前体气体连接管道及第二前体气体分布通道；所述第二前体气体连接管道、第二前体气体分布通道、第二前体气体喷嘴通道依次连通；所述第一气体分布板上分布有第一载气喷嘴通道、第一前体气体喷嘴通道、第一前体气体连接管道、第一前体气体分布通道；所述第一前体气体连接管道、第一前体气体分布通道和第一前体气体喷嘴通道依次连通。

所述第一气体分布板与第二气体分布板上分布有相应的前体气体预分布腔，可以调整气流。更进一步地，所述前体气体预分布腔内分布有匀气挡板。

所述第一前体气体喷嘴通道、第二前体气体喷嘴通道及第一载气喷嘴通道相互平行。