CN105926035A - 一种用于混晶化学气相外延的进气装置 - Google Patents

一种用于混晶化学气相外延的进气装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混晶化学气相外延的进气装置，包括：设置在生长室上的混气装置，混气装置上划分有第一预设数量的混气区域；与混气区域的入口导通的第二预设数量的进气通道，混气区域的出口与生长室导通；进气通道用于各种反应气体的输入；混气区域用于预反应程度差值在预设范围内的反应气体的盛放。使用时，将各种反应气体通过进气通道输送到各自对应的混气区域，其中，同一混气区域盛放的为反应气体中预反应程度接近的气体，最后，所有反应气体进入生长室进行晶体生长。本发明将各种反应气体分开输送到各自对应的混气区域，在输入的过程中，可各自调节，且将预反应程度相差多的区分开，降低了预反应，提高了混晶的晶体质量。

Description

一种用于混晶化学气相外延的进气装置
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，尤其是涉及一种用于混晶化学气相外延的进气装置。
背景技术
III族氮化物多元系材料属于直接带隙的半导体材料，AlxGa(1-x)N的带隙(0<x<1)从3.4eV到6.2eV连续可调，颜色覆盖近紫外到深紫外波长，然而，在室温下其发光效率受材料缺陷的影响很强，因此，用AlGaN作为量子阱生长的紫外LED器件发光效率很低，实用性差。而实验研究表明，使用InAlGaN四元混晶代替AlGaN作为量子阱可以显著降低室温下发光效率受材料缺陷的影响，从而制作出高光效的紫外LED。
然而，InAlGaN四元混晶材料的金属有机物化学气相外延在理论上存在一定的困难，因为：
1.铟源的预反应弱，需要在生长室中与氨气充分混合，而铝源的预反应强，需要在生长室中尽量不与氨气混合，二者在进气模式上存在显著差异，其他有机源的预反应程度比较接近铟源；
2.在晶体生长时铟原子需要较低的温度才能进入薄膜中，在温度高于850℃时基本以气相存在于生长室中而不会以固相进入薄膜，而铝原子由于自身的表面迁移率较低，加上低温下原子的表面迁移率会进一步降低，在温度低于850℃时难以实现二维台阶流的生长，镓原子的适宜生长温度介于铟原子与铝原子之间，最终导致生长出的薄膜晶体质量差，晶体缺陷严重。
现有金属有机物化学气相外延的进气装置是将铝源与其他有机源直接混合在一起进气，生长InAlGaN四元混晶时铟的预反应不够或者铝的预反应太强，导致生长出的晶体质量很差。
因此，如何提高InAlGaN四元混晶的晶体质量是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于混晶化学气相外延的进气装置，以提高InAlGaN四元混晶的晶体质量。
为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于混晶化学气相外延的进气装置，包括：
设置在生长室上的混气装置，所述混气装置上划分有第一预设数量的混气区域；
与所述混气区域的入口导通的第二预设数量的进气通道，所述混气区域的出口与所述生长室导通；
所述进气通道用于反应气体的输入；
所述混气区域用于预反应程度差值在预设范围内的所述反应气体的盛放。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，还包括开有多个均匀透气孔的匀气板；
所述匀气板设置在所述混气装置与所述生长室之间。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，还包括密封圈；
所述密封圈设置在所述混气装置与所述匀气板之间，能够密封所述混气装置与所述匀气板。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，所述混气装置为法兰顶盘。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，所述法兰顶盘上开有3个所述混气区域：第一混气区域，第二混气区域和第三混气区域；
所述第一混气区域用于盛放镓源、铟源、镁源、硅烷及载气；
所述第二混气区域用于盛放铝源及载气；
所述第三混气区域用于盛放氨气及载气；
所述第一混气区域与所述第三混气区域相邻设置，所述第二区域与所述第三区域间隔设置。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，3个所述混气区域通过设置在所述法兰顶盘上的隔离挡板分隔设置。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，3个所述混气区域包括第三预设数量的子区域，同一所述混气区域的子区域之间导通，且所述第一混气区域的子区域与所述第三混气区域的子区域相邻设置，所述第二混气区域的子区域与所述第三混气区域的子区域间隔设置。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，所述子区域为以所述法兰顶盘的中心为圆心均分的扇形区域。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，所述法兰顶盘上开有放置所述密封圈的凹槽。
优选地，在上述用于混晶化学气相外延的进气装置中，所述凹槽开在所述隔离挡板的下方。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的用于混晶化学气相外延的进气装置，使用时，将各种反应气体通过进气通道输送到各自对应的混气区域，其中，同一混气区域盛放的为反应气体中预反应程度接近的气体，最后，所有反应气体进入生长室进行晶体生长。本发明提供的用于混晶化学气相外延的进气装置，将各种反应气体分开输送到各自对应的混气区域，在输入的过程中，可各自调节，且将预反应程度相差多的区分开，降低了预反应，提高了混晶的晶体质量。
当用于生产InAlGaN四元混晶的晶体时，由于各个反应气体通过不同的进气通道进入，使得铝源的进气与铟源等其他有机源及硅烷的进气单独区分开，铝源与铟源的进气可单独调节，且铝源的进气与氨气分开，降低了铝源的预反应，使铟源与铝源在进气模式上各自符合自身的特点，从而达到提高InAlGaN四元混晶的晶体质量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于混晶化学气相外延的进气装置的结构示意图；
图2为图1的混气装置的结构示意图。
其中，图1-2中：
混气装置1、生长室2、匀气板3、密封圈4、隔离挡板5、凹槽6。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
名词解释：
混晶：即置换固溶体，两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相，在本发明中特指多元化合物晶体。
请参阅图1-2，本发明公开了一种用于混晶化学气相外延的进气装置，包括：
设置在生长室2上的混气装置1，混气装置1上划分有第一预设数量的混气区域，第一预设数量的是指根据具体混晶成分而定的混气区域的个数，可依据实际情况进行调整；与混气区域的入口导通的第二预设数量的进气通道，混气区域的出口与生长室2导通；其中，进气通道用于各种反应气体的输入；混气区域用于预反应程度差值在预设范围内的反应气体的盛放。这里，预反应程度差值在预设范围内是指预反应程度接近，可依据实际调整。
本发明提供的用于混晶化学气相外延的进气装置，使用时，将各种反应气体通过进气通道输送到各自对应的混气区域，其中，同一混气区域盛放的为反应气体中预反应程度接近的气体，最后，所有反应气体进入生长室2进行晶体生长。本发明提供的用于混晶化学气相外延的进气装置，将各种反应气体分开输送到各自对应的混气区域，在输入的过程中，可各自调节，且将预反应程度相差多的区分开，降低了预反应，提高了混晶的晶体质量。
当用于生产InAlGaN四元混晶的晶体时，由于各个反应气体通过不同的进气通道进入，使得铝源的进气与铟源等其他有机源及硅烷的进气单独区分开，铝源与铟源的进气可单独调节，且铝源的进气与氨气分开，降低了铝源的预反应，使铟源与铝源在进气模式上各自符合自身的特点，从而达到提高InAlGaN四元混晶的晶体质量的目的。
在本发明提供又一实施例中，本实施例中的用于混晶化学气相外延的进气装置和实施例一中的用于混晶化学气相外延的进气装置的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。
在本实施例中，为了便于反应气体均匀的进入生长室2中，本发明公开的用于混晶化学气相外延的进气装置还包括开有多个均匀透气孔的匀气板3；匀气板3设置在混气装置1与生长室2之间。匀气板3为开有透气孔的金属板，上面均布的透气孔便于反应气体均匀的进入生长室2。
为了增加混气装置1与匀气板3的密封性，本发明还公开了进气装置还包括密封圈4；密封圈4设置在混气装置1与匀气板3之间，能够密封混气装置1与匀气板3。
本发明还公开了混气装置1具体为法兰顶盘，法兰顶盘上开有放置密封圈4的凹槽6，凹槽6开在隔离挡板5的下方，这样设置，便于隔离挡板5的加工制造。密封圈4的个数为8个，分别设置在开有的8个凹槽6内。
进一步地，本发明公开了第一预设数量的为3个，即法兰顶盘上开有3个混气区域，分别命名为：第一混气区域，第二混气区域和第三混气区域；其中，第一混气区域用于盛放镓源、铟源、镁源、硅烷及载气；第二混气区域用于盛放铝源及载气；第三混气区域用于盛放氨气及载气；第一混气区域与第三混气区域相邻设置，第二区域与第三区域间隔设置。第一混气区域和第三混气区域相邻设置，第二区域与第三区域不相邻设置使得铝源的进气不与氨气相邻，降低了铝源的预反应，进一步提高了晶体质量。其中，载气为氮气、氢气或两者的混合气体，载气一共为3路，每路载气的氮氢混合比例及气体流量可单独调节。
进一步地，本发明公开了3个混气区域通过设置在法兰顶盘上的隔离挡板5分隔设置。需要说明的是，也可以是在法兰顶盘上开孔设置成3个混气区域。
更近一步地，本发明还公开了3个混气区域包括第三预设数量的子区域，同一混气区域的子区域之间导通，且第一混气区域的子区域与第三混气区域的子区域相邻设置，第二混气区域的子区域与第三混气区域的子区域间隔设置。法兰顶盘包含的每一种类型的混气区域由N个子区域组成，同种类型子区域的入口连通在一起，N为大于或等于1的整数。同种类型子区域为大小相等的，以法兰顶盘中心为圆心的扇形。同种类型子区域呈等夹角分布，或者以法兰顶盘的直径为对称轴呈对称分布，以保证分布呈现一定的均匀性。
在本发明中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造性特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，包括：
设置在生长室(2)上的混气装置(1)，所述混气装置(1)上划分有第一预设数量的混气区域；
与所述混气区域的入口导通的第二预设数量的进气通道，所述混气区域的出口与所述生长室(2)导通；
所述进气通道用于反应气体的输入；
所述混气区域用于预反应程度差值在预设范围内的所述反应气体的盛放。
2.根据权利要求1所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，还包括开有多个均匀透气孔的匀气板(3)；
所述匀气板(3)设置在所述混气装置(1)与所述生长室(2)之间。
3.根据权利要求2所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，还包括密封圈(4)；
所述密封圈(4)设置在所述混气装置(1)与所述匀气板(3)之间，能够密封所述混气装置(1)与所述匀气板(3)。
4.根据权利要求3所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，所述混气装置(1)为法兰顶盘。
5.根据权利要求4所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，所述法兰顶盘上开有3个所述混气区域：第一混气区域，第二混气区域和第三混气区域；
所述第一混气区域用于盛放镓源、铟源、镁源、硅烷及载气；
所述第二混气区域用于盛放铝源及载气；
所述第三混气区域用于盛放氨气及载气；
所述第一混气区域与所述第三混气区域相邻设置，所述第二区域与所述第三区域间隔设置。
6.根据权利要求5所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，3个所述混气区域通过设置在所述法兰顶盘上的隔离挡板(5)分隔设置。
7.根据权利要求5或6所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，3个所述混气区域包括第三预设数量的子区域，同一所述混气区域的子区域之间导通，且所述第一混气区域的子区域与所述第三混气区域的子区域相邻设置，所述第二混气区域的子区域与所述第三混气区域的子区域间隔设置。
8.根据权利要求7所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，所述子区域为以所述法兰顶盘的中心为圆心均分的扇形区域。
9.根据权利要求4所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，所述法兰顶盘上开有放置所述密封圈(4)的凹槽(6)。
10.根据权利要求9所述的用于混晶化学气相外延的进气装置，其特征在于，所述凹槽(6)开在所述隔离挡板(5)的下方。
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