CN101281864B - 改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 - Google Patents
改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101281864B CN101281864B CN2008100191041A CN200810019104A CN101281864B CN 101281864 B CN101281864 B CN 101281864B CN 2008100191041 A CN2008100191041 A CN 2008100191041A CN 200810019104 A CN200810019104 A CN 200810019104A CN 101281864 B CN101281864 B CN 101281864B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spray head
- growth
- substrate
- quartzy
- phase epitaxy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000010453 quartz Substances 0.000 abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 8
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 8
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的方法，在HVPE生长过程中，将GaCl或者NH3源气体通过石英喷淋头均匀喷洒在生长衬底的表面上。喷淋头由均匀分布的小孔组成石英板喷淋头，石英板喷淋头与生长衬底平行。本发明通过特别的设计控制源气体GaCl或者NH3在衬底表面的均匀分布，从而改善衬底上方发生反应的源气体的分布更加均匀合适。矩形(方形)结构的喷淋头设计，可以使得气流分布的更加均匀，样品无需旋转。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种改进氢化物气相外延(HVPE)生长GaN材料生长均匀性的方法和装置。
二、技术背景
以GaN及InGaN、AlGaN合金材料为主的III-V族氮化物材料(又称GaN基材料)是近几年来国际上倍受重视的新型半导体材料。GaN基材料是直接带隙宽禁带半导体材料，具有1.9-6.2eV之间连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，在短波长半导体光电子器件和高频、高压、高温微电子器件制备等方面具有重要的应用，用于制造比如蓝、紫、紫外波段发光器件、探测器件，高温、高频、高场大功率器件，场发射器件，抗辐射器件，压电器件等。
GaN的生长有很多种方法，如金属有机物气相外延(MOCVD)、高温高压合成体GaN单晶、分子束外延(MBE)、升华法以及氢化物气相外延(HVPE)等。由于GaN本身物理性质的限制，GaN体单晶的生长具有很大的困难，尚未实用化。氢化物气相外延由于具有高的生长率和横向-纵向外延比，可用于同质外延生长自支撑GaN衬底，引起广泛地重视和研究。早期人们主要采用氢化物气相外延(HVPE)方法在蓝宝石衬底上直接生长GaN，再加以分离，获得GaN衬底材料。此法的突出缺点是GaN外延层中位错密度很高，一般达1010cm-2左右。目前的主要方法是采用横向外延、悬挂外延等方法，辅以HVPE高速率外延技术生长厚膜，最后将原衬底去除，从而获得位错密度较低的自支撑GaN衬底材料。迄今为止，HVPE生长得到的自支撑GaN衬底，位错密度低于106cm-2，面积已经超过1cm2。但是仍然远远不能满足实际应用的需求。
由于传统HVPE系统内部结构、气流输运等的限制，大面积(＞2平方英寸)GaN自支撑衬底的均匀性仍需要进一步研究改进。
三、发明内容
本发明目的是：提出一种卧式氢化物气相外延(HVPE)生长GaN材料均匀性的方法，改进传统HVPE生长设备的部件结构，使得源气体均匀的分布并混合，最终改善大面积(＞2英寸)GaN自支撑衬底生长的均匀性。
本发明目的还在于：提出了一种新的HVPE系统中生长GaN材料更均匀的生长装置结构，使得氢化物气相外延系统中的GaCl气体或者NH3均匀的散布在衬底表面，并在衬底表面和其他源气体均匀混合，提高GaN产品的厚度均匀性和质量。并且避免了源气体预先混合造成的预反应，提高了源气体的利用率和反应器的使用寿命。
本发明的技术解决方案：改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的方法，在HVPE生长系统中，将GaCl或者NH3源气体通过石英喷淋头均匀的喷洒在生长衬底的表面上。喷淋头由很多均匀分布的小孔组成石英板喷淋头，石英板喷淋头与生长衬底平行，石英板喷淋头尺寸略大于衬底的尺寸，以保证衬底上的源气体浓度和流速处处相同。在水平式HVPE系统中可以采用矩形(方形)或者圆形石英板喷淋头结构，使得气流分布更均匀。
改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置，常规HVPE生长系统设有一柱型或长方形生长腔内，腔内设有生长衬底、加热器、测温装置以及气体的进气口和排气口构成，进气口连接到石英喷淋头上，石英喷淋头设在生长衬底的表面上方，喷淋头是多均匀分布的小孔组成，即构成石英板喷淋头。在水平式HVPE系统中采用矩形(方形)或者圆形石英板喷淋头结构，使气流分布更均匀。石英板喷淋头将GaCl或者NH3源气体均匀的喷洒在衬底的表面。喷淋头设在石英板上并和衬底平行。石英板尺寸略大于衬底的尺寸，以保证衬底上的源气体浓度和流速处处相同。如图1。
本发明的有益效果是：通过特别的设计控制源气体GaCl或者NH3在衬底表面的均匀分布，从而改善衬底上方发生反应的源气体的分布更加均匀合适。矩形(方形)结构的喷淋头设计，可以使得气流分布的更加均匀。样品无需旋转。
四、附图说明
图1是本发明水平式石英喷淋头的方形结构示意图。
图2是图1喷淋头的截面示意图
图3是应用新型喷淋头结构获得的均匀高质量GaN薄膜照片
五、具体实施方式
图中箭头是源气的流向，石英板喷淋头1均匀分布的多个小孔2，小孔的孔径是1-4mm，分布的小孔的密度：3-20个/平方厘米。石英板喷淋头设在生长衬底的表面上方并与衬底的间距一般是5-20mm。石英板喷淋头的形状是圆形结构或矩形均可。
本发明技术实施可以有两种方式：1、GaCl气体及载气从喷淋头喷到衬底上方，NH3及载气和总N2混合后水平进入衬底上方在该处和GaCl气体混合并发生反应。2、NH3气体及载气从喷淋头喷到衬底上方，GaCl气体及载气和总N2混合后水平进入衬底上方在该处和NH3气体混合反应。采用这两种实施方式进行实际生长，均得到了均匀分布的高质量GaN样品，如图3所示。
Claims (1)
1.改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置，包括一柱型或长方形生长腔，生长腔内设有生长衬底、加热器、测温装置以及气体的进气口和排气口，其特征是设有石英喷淋头，进气口连接到石英喷淋头上，石英喷淋头设在生长衬底的表面上方并与衬底平行，喷淋头设有多个均匀分布的小孔；所述石英喷淋头的尺寸略大于衬底的尺寸；石英喷淋头上小孔的孔径为1-4mm，分布的小孔的密度：3-20个/平方厘米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100191041A CN101281864B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100191041A CN101281864B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101281864A CN101281864A (zh) | 2008-10-08 |
| CN101281864B true CN101281864B (zh) | 2010-06-02 |
Family
ID=40014254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100191041A Expired - Fee Related CN101281864B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101281864B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106381523A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-02-08 | 南京大学 | 一种立式氢化物气相外延生长系统 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102465337B (zh) * | 2010-11-18 | 2014-07-16 | 南京大学 | 一种多片多源卧式氢化物气相外延生长系统 |
| CN103806092B (zh) * | 2014-01-23 | 2016-05-18 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种用于氢化物气相外延的反应器 |
| CN109468680A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-15 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种应用于氢化物气相外延设备的气体预热装置 |
-
2008
- 2008-01-11 CN CN2008100191041A patent/CN101281864B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106381523A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-02-08 | 南京大学 | 一种立式氢化物气相外延生长系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101281864A (zh) | 2008-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW544775B (en) | Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition method | |
| US20100263588A1 (en) | Methods and apparatus for epitaxial growth of semiconductor materials | |
| CN105441904A (zh) | 气体喷淋装置、化学气相沉积装置和方法 | |
| CN101281864B (zh) | 改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的装置 | |
| CN201626981U (zh) | 一种化学气相淀积外延设备用的进气装置 | |
| CN102108547B (zh) | 一种多片大尺寸氢化物气相外延方法和装置 | |
| TWI570262B (zh) | 利用金屬－有機化學氣相沈積法於單晶基材上產生二元半導體材料的磊晶層之方法 | |
| JP2002110564A (ja) | 気相成長装置及び気相成長方法 | |
| CN102465337B (zh) | 一种多片多源卧式氢化物气相外延生长系统 | |
| CN100428410C (zh) | 一种改进氢化物气相外延生长GaN材料均匀性的方法和装置 | |
| CN103088414A (zh) | 可实现氮化物晶体同质外延的气相外延沉积装置 | |
| CN101475150B (zh) | 一种改进hvpe传输气流均匀性的装置 | |
| TW201339353A (zh) | 金屬有機化合物化學氣相沉積方法及其裝置 | |
| JP2934740B2 (ja) | 半導体結晶のエピタキシャル成長装置 | |
| JP3702403B2 (ja) | 気相成長方法 | |
| CN204138762U (zh) | 一种hvpe的气体混合装置 | |
| Wu et al. | Optimizing HVPE flow field to achieve GaN crystal uniform growth | |
| CN110164757A (zh) | 化合物半导体及其外延方法 | |
| CN216639708U (zh) | 一种共用金属源的hvpe装置 | |
| JP3104677B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 | |
| CN113508189B (zh) | 一种用于GaN材料生长的线性喷头 | |
| JP2002261021A (ja) | 気相成長装置及び気相成長方法 | |
| CN1242093C (zh) | 一种用于气相沉积的水平式反应器结构 | |
| JPS6333811A (ja) | 気相成長方法 | |
| WO2013075390A1 (zh) | 氢化物气相外延装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100602 Termination date: 20170111 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |