[实用新型]金属有机化合物气相沉积技术倒置式生长反应器

说明书

本实用新型属于晶体生长领域，涉及金属有机化合物气相沉积技术(MOCVD)生长晶体薄膜材料，特别是一种倒置式安放衬底的新式反应器。

通常的MOCVD工艺生长半导体化合物薄膜材料的反应器中，衬底晶片是平放在石墨加热块上方的，外延面朝上，让反应源气体平流过生长表面，并在合适的工艺条件下生长上一层外延薄膜。这种安放衬底的方式，虽然十分简单，但是反应过程中的预分解物，以及其他微粒容易沉积到外延表面上，以至玷污破坏外延面的完整性与平整度，影响膜的结晶特性。因此有必要对这种衬底样品的放置方式进行改进。

本实用新型的目的在于提供一种带有过滤及自补给汞源装置的金属有机化合物气相沉积技术倒置式生长反应器。

本实用新型的目的通过以下技术方案完成：本金属有机化合物气相沉积技术倒置生长反应器，除石黑加热体外，其余均为石英制成，包括石墨加热块，石英搁架，在衬底片前方设置的Hg舟，Hg收集池，Hg舟和Hg收集池连接管，均在水平式常压开管腔体内，腔体外置有射频线圈，在腔体内靠近上腔壁，置有供放置外延衬底片的石英搁架，支撑衬底片，衬底外延面向下，面向反应物主气流，石墨加热块置于衬底上方，并紧贴衬底片；在生长反应器的后部设有Hg收集池，其收集的Hg通过连接管重新流回前部的Hg舟。另外在所说的在衬底片前方设置的Hg舟上方设置有Hg蒸气导引片，在Hg蒸气导引片的上方设置有Hg蒸气压调节板，通过Hg蒸气压调节板位置的前后移动，调节反应器内的Hg蒸气压。

为方便地说明技术方案，先对本实用新型的附图作简要说明。

图1为该装置的侧视图。

图2为该装置中衬底倒置部分的横截面图。

图3为Hg源提供部分的示意图。

图4为Hg收集和回流部分的示意图。

下面对本实用新型的具体实施结合附图进一步阐明。本装置包括石墨加热块1，石英搁架4，Hg舟5，Hg蒸气导引板8，Hg收集池6，Hg舟和Hg收集池连接细管11，以及Hg蒸气压调节板10等主要部件。在水平式常压开管腔体外，置有射频线图3。外延衬底片2放置于石英搁架上，靠近上腔壁，其外延面9朝下，面向反应物主气流。石墨加热块1置于衬底上方，石墨块紧贴衬底，在石墨加热块的前后设有阻止石墨在水平面内自由移动的机构。氢气携带着源气流经过Hg上方舟后，流经外延衬底表面，在合适的生长条件下，获得外延层。

在衬底前方放置Hg舟5，Hg舟上方设置Hg蒸气导引片8，它的作用是，一方面将Hg蒸气导入反应室，加入反应主气流，参与外延膜的生长；另一方面是阻挡反应源气流与Hg液面直接接触，避免有机源与Hg的反应，减少反应产物沉积在Hg源中。在Hg蒸气导引片8的上方设置有Hg蒸气压调节板10，通过移动调节板10的前后位置，可控制Hg源的有效蒸发面积，从而达到控制Hg压的目的。

Hg收集池6设置于反应主气流下游，位于石墨加热区外较冷的地方。在Hg舟5和Hg收集池6的底部各开有一小孔12和7，并通过一细石英管11连通，这样，Hg舟和Hg收集池中的Hg液面同高，均淹没小孔12和7。主气流中的Hg蒸气进入该冷区后，冷凝下来，沉降到具有收集斜面的Hg收集池6中。同时，随同沉积的还有部分反应产物，在Hg液表面呈灰尘状，并聚集成较大的颗粒。收集的Hg液通过小孔7重新流回前部的Hg舟5，参与生长过程Hg蒸气的提供，从而提高了Hg的利用效率。而Hg收集池中的灰尘颗粒总是浮在Hg液的表面，并大大高于孔7的上边缘，不会穿过小孔7的进入前部的Hg舟，从而起到对Hg收集池中灰尘的过滤作用，使得流回前部Hg池中的Hg均为清洁Hg。

本实用新型与现有技术相比，具有明显的有益效果。首先，一旦反应室内生成的微尘，也不易沉积到外延表面上去，获得的外延表面平整、干净。第二，该倒置方式与普通的生长面朝上的方式相比，外延生长速率没有明显的影响，外延膜的横向均匀性相近。提高了外延生长的成品率和外延材料的利用率。第三，Hg的利用率显著提高，较好地解决了生长厚的外延层时，Hg舟中的有限Hg量由于液面下降或蒸发面的减小而导致的Hg蒸气分压的不稳定，保证了外延层纵向方向上的组分均匀性。第四，由于减少了加Hg的次数，使得杂质引入的机会大大减小。第五，设置的Hg蒸气导引片，阻止了气源流与Hg液面的直接接触，Hg蒸气压调节板在气流方向上前后移动，改变Hg舟的有效蒸发面积，从而控制反应器腔体内的Hg蒸气分压。

采用本装置，已获得了具有良好的电学特性和光学特性的HgCdTe/CdTe/GaAs外延材料。