CN104141116B - 金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法 - Google Patents
金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元包括间隔设置的A型气体分配腔，B型气体分配腔和C型气体分配腔，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，且所述间隔设置在水平面与垂直面截面皆为连续迂回截面。本发明使得可以调节两种反应气体的气体分配腔的数量，在单一反应单元内实现了多种材料生长。本发明分配单元为一体成型的单层结构，避免了多层、多点焊接的复杂加工，极大降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体薄膜的制备设备及制备工艺领域，本发明尤其涉及一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法。
背景技术
化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。化学气相沉积包含很多种类，如等离子体气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition,PECVD)、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,LPCVD)以及金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)等，各个CVD方法分别适用于不同种类的薄膜固体材料的制备。
MOCVD主要用于氮化镓、砷化镓、磷化铟等III-V族化合物半导体及合金的薄层单晶功能结构材料的制备，随着上述功能结构材料的应用范围不断扩大，MOCVD装置已经成为化学气相沉积装置的重要装置之一。MOCVD—般以III族金属有机源和V族氢化物源等作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种III-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。由于III族金属有机源和V族氢化物源的传输条件不同，因此需要通过不同的进气装置分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至基片上方。现有技术中的MOCVD装置一般包括：
反应腔；
位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，所述气体喷淋组件包括两个进气装置，所述两个进气装置分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至基片上方，所述气体喷淋组件具有排气面，所述排气面上具有排气孔，用于排出所述III族金属有机源和V族氢化物源；
与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座具有加热单元，所述基座用于支撑和加热基片。
对于单层的气体喷淋组件，其具有一系列气体分配腔，所述气体分配腔包含A型气体分配腔和B型气体分配腔，所述A型、B型气体分配腔间隔设置，分别用于收容III族金属有机源和V族氢化物源，收容于所述A型、B型气体分配腔中的两种反应气体经由所述排气面进入所述反应腔内，因而在所述排气面下方的反应腔内形成了间隔分布的两种气体区域，即III族金属有机源区和V族氢化物区。在两种气体区域的接触面上，III族金属有机源区和V族氢化物源具有一定程度的混合，如果所述III族金属有机源包含A1等反应活性较高的金属元素，所述反应腔内的温度就可以使所述III族金属有机源与V族氢化物源发生反应。两种反应气体在到达基片前提前发生反应会造成反应气体的浪费，也会造成最终沉积得到的薄膜中活性较高的金属元素含量的降低。
当所述气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数较少，沉积AlGaN等含A1的半导体薄膜材料时，由于所述两种气体区域的接触面较少，两种反应气体在反应腔内的混合相对较少，因此提前发生寄生反应而损失掉的所述III族金属有机源气体也较少，最终在基片上沉积得到的薄膜的A1含量较高。如申请号为CN201280001823.5的中国专利申请提供的这类气体喷淋组件，其供气的反应腔里可生长A1含量可高达85％AlGaN的薄膜。
然而在金属有机气相化学外延成膜过程中，同时有要求所述两种反应气体在反应腔内的混合均匀性相对高的工艺步骤，如生长InGaN/GaN多量子阱。In的组份均匀性是基于GaN的LED器件最重要的指标之一。生长InGaN层时，两种反应气体在反应腔内必须充分混合，而当气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数较少时，充分混合难以实现，因此气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数必须增加。
综上所述，在MOCVD反应腔内连续进行外延成膜时需要一种气体喷淋组件，使得当沉积反应前体活性较高的薄膜材料时，在保证某一工艺中成膜时掺杂物均一性的同时，又能在另一工艺成膜时避免所述反应前体在到达基片之前提前发生反应，从而提高沉积得到的薄膜中反应活性较高的金属元素，如铝的含量。进一步说明，即同一喷淋组件内的所述两种气体分配腔的数量在不同工艺步骤间可以调节。
另外现有多种气体分配腔的喷淋组件为多层结构，加工为多点焊接，通常要成千上万个焊接点，如由德国的艾克斯特朗(Aixtron)公司申请的申请号为CN200880019034的中国专利所公开的包含多个结构化盘的气体喷淋组件，或公开号为US20110186228美国专利所公开的气体喷淋组件。其加工极其复杂、昂贵，而后续维护成本高。因此需要一种简单的、低成本的、但又能实现多种气体分配腔的气体喷淋组件，如单层一体成型的气体喷淋组件。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋头及其气体分配的控制方法，使得在不同的工艺步骤间可以通过调节同一喷淋组件内的两种气体分配腔的数量，控制两种反应气体的分配比例和在反应腔内的分布区域，避免在沉积反应前体活性较高的薄膜材料时反应气体在到达基片之前提前发生寄生反应，从而在单一反应单元内实现多种材料的生长。
本发明的另一目的在于提供一种气体喷淋组件，其具有简单、能实现多种气体分配的优点，并能避免在利用现有技术制造多层气体喷淋组件时多层、多点焊接的复杂工艺，降低制造成本。
一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件以及与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座可以相对所述气体喷淋组件旋转，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。
现有技术涉及的金属有机化学气相沉积装置中的气体喷淋组件只有用于分配III族金属有机源和V族氢化物源这两种反应气体的两条进气管路气体，和与之对应的A型、B型气体分配腔，因而无法调节气体的分配比例。而本发明在其基础上增添了所述第三进气管路和对应的所述C型气体分配腔，所述C型气体分配腔可以用于分配III族金属有机源、V族氢化物源和载气中的任何一种，因而所述A型、B型气体分配腔的数量是可以调节的，进而可以控制所述两种反应气体的分配比例。当沉积反应前体活性较高的薄膜材料时，所述两种反应气体在所述反应腔内的分布区域也可以通过在C型气体分配腔内通入载气来调节，这避免了所述两种反应气体在到达基片之前提前发生寄生反应，提高了沉积得到的薄膜中反应活性较高的金属元素，如铝的含量。利用MOCVD方法制备LED薄膜通常包含沉积多种薄膜的多个工艺步骤，本发明由于可以在不同工艺步骤间调节所述两种气体分配腔的数量，在单一反应单元内实现了多种材料的生长。
此外，本发明提供的气体喷淋组件为一体成型的单层结构，其包含一种间隔设置，用于设置所述A型、B型和C型气体分配腔。这种单层一体成型的结构在能实现多种气体分配的同时，结构较为简单，制造较为容易，能够避免在利用现有技术制造多层气体喷淋组件时多层、多点焊接的复杂工艺，降低了制造成本。
优选的，所述气体分配单元远离基座的面具有圆形凹部，所述圆形凹部与所述第一进气管路连通，用以传输所述第一气体至所述A型气体分配腔。
优选的，所述气体分配单元的中心有一环形槽道，所述环形槽道与所述B型气体分配腔连接，且与所述第二进气管路连通，用以传输所述第二气体至所述B型气体分配腔，所述环形槽道与所述A型、C型气体分配腔连接处有一隔板，用以隔绝所述第二气体进入所述A型、C型气体分配腔。
优选的，所述气体缓冲区通过一狭缝与所述C型气体分配腔连通，所述第三气体经由所述狭缝进入所述C型气体分配腔。
优选的，所述第一进气管路接III族金属有机源，所述第二进气管路接V族氢化物源，所述第三进气管路接V族氢化物源或载气。
优选的，所述第一进气管路中接V族氢化物源，所述第二进气管路接III族金属有机源，所述第三进气管路接III族金属有机源或载气。
优选的，所述III族金属有机源包括Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3、Ga(C2H5)3、Zn(C2H5)2等气体中的一种或多种。优选的，所述V族氢化物源包括NH3、PH3、AsH3等气体中的一种或多种。优选的，所述载气包括N2、H2、Ar等气体中的一种或多种。
优选的，所述第一、第二及第三进气管路均设置有气体流量计，用以控制所述第一、第二和第三进气管路中气体的流量。优选的，所述第三进气管路设置有控制阀，用以控制所述第三进气管路通入的气体的类型。
本发明还提供了一种气体喷淋组件，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。
优选的，所述气体分配单元与所述板部件材质为下列材质中至少一种：石墨、不锈钢、铝、氮化铝、碳化硅、镍、氮化硼。
本发明还提供了两种气体分配的控制方法，包括第一控制方法和第二控制方法。所述第一控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第二进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第三进气管路通入所述V族氢化物源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
优选的，所述第一控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第二进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第三进气管路通入所述载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
所述第二控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第二进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第三进气管路通入所述III族金属有机源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
优选的，所述第二控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第二进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第三进气管路通入所述载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
优选的，所述第一种III-V族化合物半导体薄膜为含镓化合物半导体薄膜；所述第二种III-V族化合物半导体薄膜为含铝化合物半导体薄膜。
本发明所提供的气体分配的所述第一、第二控制方法的有益效果是：当沉积所述第一种III-V族化合物半导体薄膜时，通过向所述第三进气管路通入所述III族金属有机源和所述V族氢化物源中的一种，能够调节两种反应气体的分配比例，即向所述第三进气管路通入需要过量的一种反应气体；当沉积所述第二种III-V族化合物半导体薄膜时，通过向所述第三进气管路中通入载气，所述载气能够在所述气体分配单元的排气面的下方形成新的载气分布区。由于载气与所述III族金属有机源和所述V族氢化物源均不发生反应，所述载气分布区能有效的隔离喷入所述反应腔的活性较高的所述III族金属有机源和所述V族氢化物源的分布区域，避免了两者因为反应腔的高温而在到达基片前在其接触面上提前发生寄生反应，减小了所述III族金属有机源的浪费，有效提高了沉积得到的薄膜中活性较高的金属元素，如铝的含量。利用上述气体分配的控制方法可以在单一反应单元内实现多种材料的生长。
附图说明
图1为金属有机气相沉积装置的剖面结构示意图；
图2为本发明优选的实施方式中气体喷淋组件的纵向剖面结构示意图；
图3为所述气体分配单元远离基座的面的示意图；
图4为所述气体分配单元沿O-A线的截面的示意图；
图5为所述气体分配单元沿O-B线的截面的示意图；
图6为所述气体分配单元沿O-C线的截面的示意图；
图7为本发明优选的实施方式中所述第三进气管路的控制阀示意图；
图8为LED的结构示意图及利用本发明所提供的金属有机气相沉积装置制备所述LED的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1为本发明所提供的金属有机气相沉积装置的剖面结构示意图。参见图1，所述金属化学气相沉积装置10包括反应腔11，设置于所述反应腔11内的气体喷淋组件12及基座13；所述气体喷淋组件12固定设置于反应腔11的顶部，所述基座13设置于所述反应腔11的底部。所述气体喷淋组件12与所述基座13相对设置。所述气体喷淋组件12与所述基座13之间形成反应区。反应气体从所述气体喷淋组件12引入到所述反应区。
所述基座13包括一面向所述气体喷淋组件12的基片支撑面，所述基片支撑面用于支撑一个或多个待处理基片14。在进行化学气相沉积的过程中，一个或多个基片14被设置在所述基片支撑面上；所述基座13支撑于一转轴上，所述转轴使得所述基座13绕一垂直所述基片支撑面的轴线旋转。由于所述喷淋组件12固定于反应腔11上，因此，所述基座13同时也相对所述气体喷淋组件12旋转。
图2为本发明优选的实施例中所述气体喷淋组件的剖面结构示意图。参照图2，所述气体喷淋组件12包括反应腔顶板110、第一进气管路111、第二进气管路112、第三进气管路113、位于所述反应腔顶板110下方的气体分配单元122和板部件123；所述气体分配单元包括A型气体分配腔210、B型气体分配腔220和C型气体分配腔(图中未示)。所述第一、第二、第三进气管路111/112/113穿过所述顶板110分别向所述气体分配单元122输送所述第一气体、第二气体和第三气体至所述A型、B型和C型气体分配腔；所述板部件123设置于所述气体分配单元122邻近所述基座13的一侧，所述板部件123上具有排气孔，用于排出所述第一气体；所述气体分配单元122具有排气面124，所述排气面124上具有一体成型的排气孔(图中未示)，用于排出所述第二和第三气体。
图3为本发明优选的实施例中所述气体分配单元122远离基座的面的结构示意图。参照图3，所述气体分配单元122为一体成型的单层结构，所述气体分配腔122包括A型气体分配腔210、B型气体分配腔220和C型气体分配腔230，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体。所述A型气体分配腔210、B型气体分配腔220和C型气体分配腔230间隔设置，由所述气体分配单元122内的间隔板将所述A型、B型和C型气体分配腔隔开。如图3所示，所述间隔板在所述气体分配单元122远离基座的面上截到的轮廓线具有连续的结构。
这种单层一体成型的结构在能实现多种气体分配的同时，结构较为简单，制造较为容易，能够避免在利用现有技术制造多层气体喷淋组件时多层、多点焊接的复杂工艺，降低了制造成本。
本发明在现有的气体喷淋组件上增添了所述第三进气管路113和对应的所述C型气体分配腔230，所述C型气体分配腔230可以用于分配III族金属有机的载气中的任何一种，因而所述A型、B型气体分配腔210/220数量是可以调节的，进而可以控制所述两种反应气体的分配比例。当沉积反应前体活性较高的薄膜材料时，所述两种反应气体在所述反应腔内的分布区域也可以通过在C型气体分配腔内通入载气来调节，这避免了所述两种反应气体在到达基片之前提前发生反应，提高了沉积得到的薄膜中反应活性较高的金属元素，如铝的含量。利用MOCVD方法制备LED薄膜通常包含沉积多种薄膜的多个工艺步骤，本发明由于可以在不同工艺步骤间调节所述两种气体分配腔的数量，在单一反应单元内实现了多种材料的生长。
图4为所述气体分配单元122沿OA线的截面示意图；图5为所述气体分配单元122沿OB线的截面示意图；图6为所述气体分配单元沿OC线的截面示意图。
请同时参照图3和图4，所述气体分配单元122远离基座的面具有圆形凹部125，所述圆形凹部125与所述第一进气管路111连通，用以传输所述第一气体至所述A型气体分配腔210。所述A型气体分配腔210下方安装有板部件123，所述板部件具有排气孔1230，用于排出所述第一气体。
请同时参照图3和图5，所述气体分配单元122的中心有一环形槽道126，所述环形槽道126与所述B型气体分配腔220连接，且与所述第二进气管路112连通，用以传输所述第二气体至所述B型气体分配腔220，所述环形槽道126与所述A型、C型气体分配腔230连接处有一隔板127，用以隔绝所述第一、第二气体进入所述C型气体分配腔230。所述排气面124上具有排气孔1240，用以排出所述第二气体。
请同时参照图3和图6，所述气体分配单元122的边缘有一圆环形气体缓冲区128，所述气体缓冲区128与所述第三进气管路113连通，用以收容所述第三气体。所述气体缓冲区通过一狭缝129与所述C型气体分配腔230连通，所述第三气体经由所述狭缝129进入所述C型气体分配腔230。所述排气面124上具有排气孔1240，用以排出所述第三气体。
在本发明的一类优选的实施方式中，所述第一进气管路111接III族金属有机源，所述第二进气管路112接V族氢化物源，所述第三进气管路113接V族氢化物源或载气。
在本发明的另一类优选的实施方式中，所述第一进气管路111接V族氢化物源，所述第二进气管路112接III族金属有机源，所述第三进气管路113接III族金属有机源或载气。
其中，所述III族金属有机源包括Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3、Ga(C2H5)3、Zn(C2H5)2等气体中的一种或多种；所述V族氢化物源包括NH3、PH3、AsH3等气体中的一种或多种；所述载气包括N2、H2、Ar等气体中的一种或多种。
在本发明优选的实施方式中，所述第一、第二及第三进气管路111/112/113均设置有气体流量计，用以控制所述第一、第二和第三进气管路中气体的流量。所述第三进气管路113设置有控制阀，用以控制所述第三进气管路通入的气体的类型。
图7为本发明优选的实施方式中所述第三进气管路的控制阀示意图。参照图7，第三进气管路200包含第一支路210和第二支路220。第一支路210接反应气体，其开闭由第一控制阀211控制；第二支路220接载气，其开闭由第二控制阀221控制；通过第三进气管路200的气体流量由气体流量计230控制，第三进气管路200的开闭由第三控制阀231控制。当需要向第三进气管路中通入反应气体时，可以打开第一控制阀211和第三控制阀231，同时关闭第二控制阀221；当需要向第三进气管路中通入载气时，可以打开第二控制阀221和第三控制阀231，同时关闭第一控制阀211。
本发明还提供了一种气体喷淋组件，参照图1和图2，所述气体喷淋组件包括第一进气管路111、第二进气管路112和第三进气管路113，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元112，所述气体分配单元112为一体成型的单层结构，所述气体分配单元包括A型气体分配腔210，B型气体分配腔220和C型气体分配腔230，所述A型气体分配腔210、B型气体分配腔220和C型气体分配腔230间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件123，所述板部件123具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面124，所述排气面124上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体。
所述气体分配单元与所述板部件材质为下列材质中至少一种：石墨、不锈钢、铝、氮化铝、碳化硅、镍、氮化硼。
本发明还提供了气体分配的控制方法。所述A型气体分配腔和B型气体分配腔内通入的反应气体的类型是可以互换的，即所述A型、B型气体分配腔可以分别通入所述III族金属有机源和所述V族氢化物源中的一种，因此存在两种气体分配的控制方法，包括第一控制方法和第二控制方法。
所述第一控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第二进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第三进气管路通入所述V族氢化物源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
在本发明所优选的实施方式中，所述第一控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第二进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第三进气管路通入所述载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
所述第二控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第二进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第三进气管路通入所述III族金属有机源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
在本发明优选的实施方式中，所述第二控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入所述V族氢化物源，向所述第二进气管路通入所述III族金属有机源，向所述第三进气管路通入所述载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
在本发明优选的实施方式中，所述第一种III-V族化合物半导体薄膜为含镓化合物半导体薄膜；所述第二种III-V族化合物半导体薄膜为含铝化合物半导体薄膜。典型的，所述第一种III-V族化合物半导体薄膜为GaN薄膜，所述第二种III-V族化合物半导体薄膜为AlGaN薄膜。
图8为LED的结构及其制备工艺流程图。参见图8，所述LED由下到上依次包含单晶硅衬底层、uGaN层、nGaN层、InGaN/GaN多量子阱(Multi-quantumWell，MQW)层、pGaN层。可选的，所述LED还包括位于所述衬底层上的AlN和AlGaN缓冲层。对应的，所述LED的制备工艺包含下述步骤：
S1.提供一衬底；
S2.依次沉积uGaN层和nGaN层；
S3.沉积InGaN/GaN层MQW层；
S4.沉积pGaN层。
可选的，所述制备工艺在步骤S1后还包括步骤S2’：在所述衬底上沉积AlN和AlGaN缓冲层。
当在步骤S2’中沉积AlN和AlGaN半导体薄膜时，由于A1的反应活性很高，在反应腔的温度下就能提前与所述V族氢化物源NH3发生寄生反应，这时可以向所述第三进气管路中通入载气，所述载气能够在所述气体分配单元的排气面的下方形成新的载气分布区，将两种反应气体隔离，避免了反应气体的损耗，提高沉积得到的薄膜中A1的含量。而在步骤S3中沉积如InGaN/GaN半导体薄膜时，为使In能均匀掺杂到薄膜中去，需要两种反应气体在反应腔内均匀混合，这时可以在所述第三进气管路中通入反应气体，增加接触面以使得反应气体混合均匀。利用上述工艺方法可以实现在单一反应单元内进行多种半导体材料的生长，简化了LED的制备工艺。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件以及与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座可以相对所述气体喷淋组件旋转，其特征在于，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。
2.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体分配单元远离基座的面具有圆形凹部，所述圆形凹部与所述第一进气管路连通，用以传输所述第一气体至所述A型气体分配腔。
3.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体分配单元的中心有一环形槽道，所述环形槽道与所述B型气体分配腔连接，且与所述第二进气管路连通，用以传输所述第二气体至所述B型气体分配腔，所述环形槽道与所述A型、C型气体分配腔连接处有一隔板，用以隔绝所述第一、第二气体进入所述C型气体分配腔。
4.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体缓冲区通过一狭缝与所述C型气体分配腔连通，所述第三气体经由所述狭缝进入所述C型气体分配腔。
5.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一进气管路接IIIA族金属有机源，所述第二进气管路接VA族氢化物源，所述第三进气管路接VA族氢化物源或载气。
6.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一进气管路中接VA族氢化物源，所述第二进气管路接IIIA族金属有机源，所述第三进气管路接IIIA族金属有机源或载气。
7.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述IIIA族金属有机源包括气体Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3、Ga(C2H5)3中的一种或多种。
8.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述VA族氢化物源包括气体NH3、PH3、AsH3中的一种或多种。
9.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述载气包括气体N2、H2、Ar中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一、第二及第三进气管路均设置有气体流量计，用以控制所述第一、第二和第三进气管路中气体的流量。
11.如权利要求10所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第三进气管路设置有控制阀，用以控制所述第三进气管路通入的气体的类型。
12.一种气体喷淋组件，其特征在于，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。
13.如权利要求12所述的气体喷淋组件，其特征在于，所述气体分配单元与所述板部件材质为下列材质中至少一种：石墨、不锈钢、铝、氮化铝、碳化硅、镍，氮化硼。
14.如权利要求1-11中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置的气体分配的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入IIIA族金属有机源，向所述第二进气管路通入VA族氢化物源，向所述第三进气管路通入VA族氢化物源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
15.如权利要求14所述的气体分配的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入所述IIIA族金属有机源，向所述第二进气管路通入所述VA族氢化物源，向所述第三进气管路通入载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
16.如权利要求1-11中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置的气体分配的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
S1.提供一待加工基片，将其固定于所述基座上，对所述基片进行加热，并转动所述基座；
S2.向所述第一进气管路通入VA族氢化物源，向所述第二进气管路通入IIIA族金属有机源，向所述第三进气管路通入IIIA族金属有机源，用以在所述基片上沉积第一种III-V族化合物半导体薄膜。
17.如权利要求16所述的气体分配的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
S3.向所述第一进气管路通入VA族氢化物源，向所述第二进气管路通入IIIA族金属有机源，向所述第三进气管路通入载气，用以在所述基片上沉积第二种III-V族化合物半导体薄膜。
18.如权利要求14-17中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置的气体分配的控制方法，其特征在于，所述第一种III-V族化合物半导体薄膜为含镓化合物半导体薄膜；所述第二种III-V族化合物半导体薄膜为含铝化合物半导体薄膜。
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