[发明专利]一种MOCVD反应器

说明书

本发明提供一MOCVD反应腔，所述反应腔体围绕形成反应空间；反应空间底部包括一个旋转基座，用于支撑并驱动设置在旋转基座上的基片托盘旋转，反应腔体顶部包括一进气装置，所述进气装置包括一个气体喷淋板，用于向下通入第一反应气体和第二反应气体；所述进气装置还包括一个长杆形的气体喷头，所述气体喷头穿过位于气体喷淋板中心或非中心区域的通孔向下延伸到低于所述气体喷淋板下表面，所述气体喷头顶部包括一辅助气体输入管道，通过所述辅助气体输入管道与所述第一反应气源或者第二反应气源之一相连接，所述气体喷头底部为气体喷嘴，所述气体喷嘴底面的多个出气通道向下方的基片托盘中心区域喷出来自所述辅助气体输入管道的气体。

技术领域

本发明涉及MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应器，还涉及可应用于上述装置的气体供应装置。

背景技术

作为III-V族薄膜中的一种，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。

包括GaN薄膜在内的III-V族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是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical VaporDeposition)的英文缩写。MOCVD工艺通常在一个具有温度控制的环境下的反应室或反应室内进行。通常，由包含第III-V族元素(例如镓(Ga))的第一反应气体和一含氮的第二反应气体(例如氨(NH3))被通入反应室内反应以在基片上形成GaN薄膜。一载流气体(carriergas)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-V族氮化物薄膜(例如GaN薄膜)而沉积在基片表面。其中第一反应气体和第二反应气体在进入反应腔之前需要互相隔离，避免提前反应形成污染物。但是在到达反应腔后又需要快速混合，最终在到达基片时充分反应形成半导体晶体。

第一反应气体和第二反应气体通常经一气体喷淋板注入反应室内，如图1所示为现有技术常用的MOCVD反应器结构，MOCVD反应器包括腔体100，腔体壁中还包括用于流通冷却液的渠道。腔体100围绕而成的内部空间的内底部设置有一个旋转轴12，旋转轴顶部放置有基片托盘10，基片托盘上可以放置一片或者多片的待处理基片。基片托盘下方还包括加热器14和围绕加热器14的热隔离板13。反应器顶部包括一个顶盖，顶盖中的下部为一个气体喷淋板20，气体喷淋板20内包括第一气体扩散腔201和第二气体扩散腔202，这两个气体扩散腔分别连接到第一反应气体源和第二反应气体源。第一气体扩散腔201通过多个第一进气通道211向下输送第一反应气体(g1)到下方的反应空间。第二气体扩散腔202通过多个第二进气通道212输送第二反应气体(g2)到下方反应空间。其中第一进气通道211和第二进气通道212经常是呈互相平行的长条形，这样向下流动过程中能够与相邻的另一种反应气体互相混合。其中气体喷淋头20的底部还包括一水冷渠道25，通过水流带走气体喷淋头上多余热量，控制气体喷淋头稳定在合适温度。反应腔壳体底部通过真空泵抽气使反应腔100内保持真空。气体喷淋头20用于将第一反应气体和第二反应气体注入反应腔100内，第一反应气体和第二反应气体在进入反应腔100前彼此要保持分离，进入反应腔100后开始混合最终到达基片托盘上表面设置的基片，发生充分的反应，从而在基片15表面形成所需的膜层。