[其他]带源的氯化物、氢化物系统的多次连续生长装置及其方法

说明书

本发明和制造化合物材料的气相化学淀积技术领域相关。

传统气相外延，耗费在辅助阶段的时间，远大于生长时间。衬底装入反应管后，要用大流量氢冲洗40～50分钟;反应管入炉后，炉温稳定要15～20分钟（见中科院上海冶金所，《掺Te砷化镓气相外延》载于中国《一九七二年砷化镓学术报告文集》172页）;源的重新饱和要20分钟;生长完从降炉温到取片也要半小时。而对于大多数微波器件薄层的生长，通常只要半小时，甚至几分钟的时间。曾经实验过许多提高效率的方法，如水平放片时前后多放几片，或在高度上分层放片，但由于炉温前后不一致，以及气流的分层作用，使这些片子彼此不重复。本发明的目的，就是提供一种高效率的多次连续生长方法。

附图说明：

图1为氯化物系统装置。石英反应管（10）由前边装源（12）的细管、中部供石英衬底托（20）移动的中粗管和后部放石英纳污管（30）、备片架（40）的粗管组成。后部带一磨口（15）涂少量抗腐蚀密封油，其外部用弹簧（16）拉紧。反应管自A点后都放在炉口外。（11）为进气管。

上部为平面，下部为外径比反应管内径略小的园形的纳污管，保证了自纳污管后的空间（不含纳污管内）没有化学物质沉积，这是实现连续生长的先决条件，这同时要求外延片的生长，应放在沉积区的前部。其尾端为一外径比粗管内径稍微略小的很短石英管（33），因而能与粗管内径大致密合，其端口经研磨能与反应管尾端大致密合，并正对出气管（19）。两个大致密合使从管（18）注入的逆流保护气体绝大部分都经纳污管排出，因直接从管（19）排出的阻力很大。纳污管上部的双棱（31）为使拉杆（26）移动时不离开其原定径向位置。凹槽（32）为放成品片的。

由四条腿（41）支起的备片架可由多种材料制成，其落脚与反应管壁上的小凹坑（14）内，以大致固定。其台面高度要高于托板（22）一小距离。许多处理好的衬底（43）放于由双层横向细棒组成的框隔（42）内，它使衬底倾斜于同一方向并彼此保持合于要求的距离。其下部是可在两相对直角棱边（46）上横拉的抽板（44）。往衬底托上装片时，可通过反应管外的线圈（13）磁拉封于抽板尾部朝上面上的小铁芯（45），令抽板后移一小距离，一个片子便恰好落在事先已移至其下方的衬底托板（22）上。架台前后的几个“小爪”（47）是为防止抽板过移脱落的。标尺（48）是为控制磁拉距离的。

片子装好后，先通过线圈（17）再通过线圈（13）分别磁拉铁芯（28）、（27），将衬底送入生长条件已稳定的炉中，先予热，再拉至微腐蚀区（紧靠饱和温度前的温度梯度小的区域）腐蚀，其后再拉至生长区生长。这样做的目的，是为避免片子升温过程中的生长和减小刚开始生长时的瞬态效应。标尺（29）为精确控制磁拉位置的。两个重的铁芯（27）（28）是封在底部是平面的半园石英管内，以防止拉杆（26）在水平方向上的转动。生长完毕后，将衬底托迅速后拉，至某一温度稍停，以避免过快降温造成的应力，当拉至成品槽（32）上方时，通过磁拉托板朝下面上封住的小铁芯（23），将托板在两相对的直角棱边（21）上前移，托板四个角上的尖端向下且靠近托板的四个小勾（24），阻止了外延片随托板的移动，因而使其落入槽中。前后两边向上的石英“小爪”（25），同样为防止托板过移脱落。其后，将托板拉至原位，再将整个衬底托拉至备片架下装片，开始下一次生长。

图2为立式生长的石英衬底托（20B）的前部。与图1中的衬底托（20）相比，有下列不同：托板（22C）变短，小于衬底长度的 1/2 ，但大于前勾（24E）与后勾（24F）间的距离，而其宽度仍比衬底宽，使衬底能立于其上;其后带一斜靠板（22D）;前勾（24E）其勾尖水平向后，后勾（24F）不带勾尖。其余标记及衬底托（20B）后部与图1对应部分同。立式生长时，可用它代替衬底托（20）。装衬底时，将托板（22C）后移直至斜靠板（22D）底部与后勾（24F）对齐为止，令衬底沿斜靠板下滑至托板上，再将托板前移，利用前勾使衬底紧靠于斜靠板上。生长完取片时，将托板后移，利用后勾将外延片脱开斜靠板至滑落入成品槽中。

图3为氢化物系统装置的前部，除加一氢化物进口管（11G）外，图上的其余标记以及整个装置的后部与图1同。它即可使衬底水平生长，也可使用如图2的衬底托立式生长。

本发明有下列优点：