[实用新型]一种适用于制备高In组分InGaN材料的反应装置

说明书

本实用新型公开了一种适用于制备高In组分InGaN材料的反应装置，该反应装置包括反应腔体、样品台装置、束源炉、气体离化器、真空系统和加热装置，其中：加热装置包括衬底加热装置和腔体加热装置。本实用新型提供的反应装置通过在加热器载板上设置衬底加热装置和带冷却管道的反光杯，使得加热光束和辐射热量聚焦至衬底的表面，提高了加热功率利用率，并隔绝加热光源对腔体内的各种元器件的直接辐照，降低了元器件因温度过高而产生损坏的风险。本实用新型提供的反应装置还具有能耗低、产量大、材料质量优异等诸多优点。

技术领域

本实用新型涉及半导体薄膜外延生长技术领域，尤其是涉及一种适用于制备高In组分InGaN材料的反应装置。

背景技术

氮化物材料因其优异的性能被广泛用于发光二极管、电子器件、太阳能电池等领域。

当前常用的有机金属化学气相沉积方法，在制备高In组分InGaN材料时，过高的生长温度容易导致In脱附，不利于In的并入；相对较低的生长温度则不利于NH₃的分解，无法提供充足的N源，因此难以制备In组分高于30%的InGaN材料。另外，采用有机金属化学气相沉积法制备材料时所用的MOCVD设备无法达到的较高的真空环境，容易引入C、H、O等杂质，影响材料的生长质量。等离子体辅助分子束外延（RF-MBE）生长技术，通过射频电源产生氮等离子体，能提供充足的N源，可以实现低温条件下生长高In组分InGaN材料。然而，目前常用的RF-MBE生长装置中，由于样品台只可与加热器一起进行自旋转，这会严重影响盛放的衬底数量，不利于大规模生产。原子层沉积是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，可在较低的温度下生长薄膜质量优异的氮化物材料，但其不足之处也很明显，如沉积速率极慢，无法实现量产。其他常见的材料制备装置包括磁控溅射、氢化物气相外延、蒸发台等，均难以制备复杂的InGaN/GaN量子阱结构，无法达到要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于制备高In组分InGaN材料的反应装置，该装置能提供高真空和低温氛围，并解决现有技术中低产能和高In组分材料生长困难等问题。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种适用于制备高In组分InGaN材料的反应装置，特征是：包括反应腔体、气体离化器、束源炉、样品台装置、真空系统和加热装置，其中：

在反应腔体内的顶部设有样品台装置，样品台装置包括样品台旋转装置和载片架，载片架用以盛放衬底，样品台旋转装置带动载片架进行自转和公转；

在反应腔体内设有加热装置，加热装置包括加热衬底的衬底加热装置和烘烤腔体的腔体加热装置；若干个衬底加热装置设置在反应腔体内的反应腔体底板上，衬底加热装置为聚光型辐射加热装置，包括加热光源、反光杯和加热器载板，加热器载板的底端固定在反应腔体内的反应腔体底板上，反光杯的底端固定在加热器载板上，呈立置状态，反光杯与加热器载板共同围成一个向上开口且只有顶端可供光线出射的半封闭空间；加热光源设置在反光杯与加热器载板共同围成的半封闭空间内；反光杯为双层结构，反光杯的内表面和外表面之间设有中空的夹层，冷却管道从加热器载板引入至反光杯中，并缠在反光杯内、外表面的夹层之中，通过在冷却管道中通入不同的冷却介质来控制反光杯和加热器载板的温度，避免反光杯和加热器载板对周侧元器件的加热；通过控制冷却管道内的冷却介质和流速能将加热器载板和反光杯的温度控制在0~100℃之间；在反应腔体底板的中间上方设有腔体加热装置，且位于气体离化器、束源炉、衬底加热装置的中间，腔体加热装置采用热辐射法对整个反应腔体进行加热；

对反应腔体抽真空的真空系统包括机械泵、分子泵和低温泵三组泵，其中：分子泵设在反应腔体外，且分子泵的输入端设在反应腔体的中部左侧壁上，以连通反应腔体，机械泵作为分子泵的前级泵，机械泵的输入端接分子泵的输出端；低温泵设在反应腔体外，且低温泵的输入端设在反应腔体外的顶部，与反应腔体连通；真空系统配合腔体加热装置的腔体烘烤作用，能实现较高的本底真空；