[发明专利]一种基于HVPE工艺的GaN晶体转运托盘装置及转运方法

说明书

本发明公开了一种基于HVPE工艺的GaN晶体转运托盘装置及转运方法及转运方法，装置包括托盘、相变材料；托盘形成为中空结构；GaN晶体转运托盘装置中托盘采用了石墨材料制成，托盘内填充相变材料，托盘可以循环重复使用，利用GaN晶体生长环境吸热，在出炉区放热，充分利用了现有设备的环境，完成了现有技术中准备区的功能，简化了硬件，能耗、成本低；GaN晶体转运托盘装置的转运方法，包括密封工艺的设计；在填充过程中，增加了手套箱的操作，设计了抽负压的工艺流程环节，提高了装置的安全性能；将原有工艺中需要1h的工艺流程简化为约30min，大大提高了GaN晶体生长工艺的效率，提高了产能的同时，降低了成本。

技术领域

本发明属于HVPE晶体生长设备技术领域，具体涉及一种基于HVPE工艺的GaN晶体转运托盘装置及转运方法。

背景技术

GaN材料作为第三代半导体材料，由于其具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点，成为制作大功率、高频、高温及抗辐射电子器件的理想材料。宽带隙半导体器件是新一代雷达及通讯系统中最为关键的半导体材料，也是新一代半导体照明应用中的主要器件，对军事设备研制、通讯器件开发、LED产业发展等具有十分重要的意义。

1968年，RCA实验室Maruska第一次采用了HVPE法生长GaN单晶薄膜，经过逐渐发展，HVPE法生长逐渐成为了GaN晶体生长主流方法。

晶体生长过程：

金属Ga放在850℃的高温环境中，HCL气体从上方经过，发生如下反应：

2HCL+2Ga＝2GaCL+H2；

生成的GaCL传送至蓝宝石衬底，将NH3气体输送至衬底环境，发生如下反应：

GaCL+NH3＝GaN+HCL+H2；

从而在衬底上生长处GaN单晶，衬底温度一般保持在1100℃。

1100℃高温环境下，将长出GaN晶体的衬底从HVPE设备中转出，中间经过准备区、出炉区等工艺步骤，最后将转运机构4通过机械手等手段将衬底及单晶转入激光剥离设备，进行剥离。

国内外研究现状：

现阶段国内采用的HVPE晶体生长设备中内腔结构如图1所示，结构中包含了晶体生长的反应区、准备区以及出炉区，组成HVPE内腔结构1。其中含有HCL等特殊气体；不同的区域温度环境并不相同。GaN单晶片(含蓝宝石基底)的石墨托盘进出HVPE的过程如下：

运转托盘在传输机构的作用下进入HVPE内腔反应区，在高温(1100℃)、特殊气氛下(含NH3、H2、HCl)生长GaN单晶；

GaN单晶长到需要的程度后，将托盘下降至准备区，使托盘及GaN单晶片降到600℃，时间约10min；

再将托盘在50min内降至出炉区，待托盘及GaN单晶片温度降至200℃时打开HVPE舱门，用机械手等转运机构4将托盘及GaN单晶片移出至转运车中。

上述过程中，从晶体生长结束至运送至晶体剥离设备，需耗时约1h，经历不同的温度环境。

1、上述过程中，从晶体生长结束后，运送至转运设备，需首先经过600℃环境条件的准备区，这是因为由于GaN晶体与蓝宝石衬底的材料是不同的，在1100℃高温条件下取出后，如果直接转出至200℃或更低的温度环境，经历极快速的降温，形成温度冲击，极易造成晶体破裂。现阶段工艺中，托盘在准备区的停放时间约为10min。

2、托盘转运至出炉区后，由于温度较高，机械手等器件亦难以正常工作，需将温度降低至400℃以下时方可正常工作。现阶段工艺中，托盘在出炉区的停放时间约为50min。

缺点：