CN105990182B - 一种清除iii族混晶氮化物沉积物的回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置及方法。本发明设计包括了主槽、防壁流挡圈、导流槽及收集器的III族混晶氮化物沉积物的回收装置，并利用腐蚀性气体在高温下对其具有腐蚀分解作用，有效地回收高温分解后的液态氮化物，解决反应腔体中直管与弯管之间严重堵塞及其高温分解产物的无定向流动等问题。本发明装置及方法，其结构合理紧凑、操作简便，能更好地保证被分解的混晶III族氮化物液体流聚到指定区域，便于收集清理，防止腔室的堵塞与污染，增加HVPE设备的使用寿命，极具实用价值。

Description

一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置及方法
技术领域
本发明属于半导体材料与设备技术领域，特别涉及氢化物气相外延(HVPE)技术生长氮化物半导体材料时，一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置及方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物，具有高热导、高电子迁移率、高击穿电压及化学性质稳定等优异的性能，在半导体激光二极管(LD)、高能高频电子器件、发光二极管(LED)及红外探测器等方面有着巨大的应用前景。在多种GaN的生产技术中，HVPE具有低成本、高生长速率(每小时可达几十至几百微米)、可大面积生长及均匀性容易控制等显著优点，十分适合制备自支撑氮化物(如：GaN)衬底材料。
目前采用HVPE技术生长氮化物半导体材料过程中，III族混晶氮化物沉积物的产生难于避免，尤其在直管与弯管之间的沉积现象特别严重。HVPE反应腔体中积聚的固态III族混晶氮化物副产物若不能及时地清除，将导致反应腔体堵塞而严重影响氮化物材料的生长系统环境与流场的均匀、稳定性。然而对反应腔体进行高温刻蚀，直管与弯管之间的沉积现象得到改善，但刻蚀后的残渣依然无定向地流聚在腔体下端的料仓里，污染反应腔体，损坏HVPE设备，造成设备维护频率增大，设备利用率偏低，生产费用高等，不利于氮化物材料的大规模批量生产。因此，不少业内人士在寻找一种设备和方法，在不影响腔体反应流场稳定的前提下，如何有效地清理反应腔体中氮化物的沉积，至今尚无良好的解决方法。
发明内容
本发明针对背景技术中所提出的问题及现有技术的不足，提供一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置及方法，显著地改善HVPE设备中直管与弯管之间严重堵塞、沉积物积聚、反应腔体被污染的问题。本发明设计了一种由光滑主槽、防壁流挡圈、导流槽及收集器组成的III族混晶氮化物沉积物回收装置。根据HVPE设备反应环境和III族氮化物的物理化学特性，提出高温分解III族混晶氮化物沉积物，并使用本发明III族混晶氮化物沉积物的回收装置，最大限度地去除高温分解后的液态产物。本发明所述装置设计结构，使高温分解后的产物自动流进倾斜光滑的主槽(此时，防壁流挡圈可以防止产物溅射或因产物过多而直接流进料仓)，并汇聚入倒锥型开口中，最终经由导流槽流进收集器，并在收集器中积聚沉积，达到定向收集经由III族混晶氮化物高温分解所得的液态产物的目的。因沉积物收集器可拆卸清理，故在清理时只需拆下收集器，勿需拆下整体设备进行处理，从而不但能够有效地移除III族混晶氮化物的寄生沉积，避免了其在反应腔体中的再次沉积，污染腔体环境，保证管道不被堵塞，使循环系统连续高效运转，提高设备的利用率，更有效地降低生产成本。
具体技术方案如下：
本发明所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，包括主槽、设置在主槽中的导流槽、防壁流挡圈、及连接在导流槽下端的液态氮化物收集器的装置。
所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，主槽、防壁流挡圈、导流槽及收集器都具有抗氧化、耐应力、耐腐蚀开裂、耐高温和抗硫化的优良性能，其材质可以是但不限于不锈钢；
所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，主槽的槽体为横截面光滑，具有向导流槽方向倾斜的凹槽且凹槽开口呈倒锥型，这样的结构更有利于槽内液体的汇集、流出，并对液体的汇聚具有良好的导向作用。
所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，所述导流槽为光滑管道，并与凹槽的倒锥型开口面形成弯曲弧度为3°～45°，这种管道结构设计主要是更好地保证高温分解后的III族氮化物液体更彻底地流入指定区域。
所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，主槽、导流槽与防壁流挡圈固定连接。
所述防壁流挡圈主要作用是避免高温分解后III族氮化物液体喷溅或因产物过多而直接流进料仓。
所述一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置，其收集器可以拆卸清理。
本发明的一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的方法，在900℃-1500℃温度条件下，利用对III族混晶氮化物具有腐蚀分解作用的气体，把沉积在HVPE反应腔体内的III族混晶氮化物等固态副产物进行高温分解，最终液态产物通过III族混晶氮化物沉积回收装置进行回收再利用。
所述对III族混晶氮化物具有腐蚀分解作用的气体，是指N2、H2、HCl以及NH3，或其中两种或多种气体的混合物。
附图说明
图1是本发明中一种清除HVPE设备中III族混晶氮化物沉积物的回收装置的截面图。
1、主槽，2、防壁流挡圈，3、倒锥型开口，4、导流槽，5、收集器，6、料仓
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设备特征及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解析本发明，并不用于限制本发明的权利要求范围。
本发明提出的利用腐蚀性气体在高温下对固态III族混晶氮化物具有分解作用，调控刻蚀工艺，高温分解III族混晶氮化物沉积物的方法，能从根本上解决HVPE反应腔体中III族混晶氮化物的寄生沉积而造成堵塞的问题，而利用本发明的回收装置能够方便有效的去除III族混晶氮化物沉积物，并回收其液态产物，是一种高效去除与回收III族混晶氮化物沉积物的新技术。
实施例一：
如附图1所示，HVPE设备中III族混晶氮化物在高温分解后形成的液态产物，在所示装置中沉积收集，该装置中设置有：光滑倾斜的主槽1、防壁流挡圈2、倒锥型开口3、导流槽4、收集器5。本发明装置的结构特征为：①所述主槽，其槽体为横截面光滑、并向凹型导流槽方向倾斜，凹槽开口呈倒锥型，用于装载和汇集高温分解后的液态产物；②所述回收装置，其主槽、导流槽与防壁流挡圈固定连接，其结构合理紧凑、操作简便，防壁流挡圈可以有效地避免高温分解后III族氮化物液体喷溅或直接流进料仓，污染反应腔体；③所述导流槽，其槽体表面光滑，并与倒锥型开口面形成弯曲弧度为3°～45°，可以更好地保证高温分解后的液态产物更彻底地入到指定区域；④所述收集器，可以拆卸清理，因此只需要拆下清理沉积物收集器，勿需拆下整体设备进行处理，从而不但能够有效地去除寄生沉积，同时避免了其在反应腔体中的再次沉积，污染腔体环境，使HVPE系统连续高效运转。
利用HVPE技术生长多炉GaN厚膜后，反应腔体中弯管与直管之间沉积的一定厚度的III族混晶氮化物，当其达到影响晶圆生长质量时，采用N2、H2与HCl的混合气体，或用其中两种或多种气体的混合物，在900℃高温下对固态III族混晶氮化物进行高温刻蚀清除，调控刻蚀工艺，III族混晶氮化物沉积物高温分解后的液态产物通过本发明的装置进行回收，并取下收集器，进行回收清理。
实施例二：
如附图1所示，HVPE设备中III族混晶氮化物在高温分解后形成的液态产物，在所示装置中沉积收集，该装置中设置有：光滑倾斜的主槽1、防壁流挡圈2、倒锥型开口3、导流槽4、收集器5。本发明装置的结构特征为：①所述主槽，其槽体为横截面光滑、并向凹型导流槽方向倾斜，凹槽开口呈倒锥型结构，用于装载和汇集III族混晶氮化物被高温分解后形成的液态产物；②所述回收装置，其主槽、导流槽与防壁流挡圈固定连接，其结构合理紧凑、操作简便，防壁流挡圈可以有效地避免高温分解后III族氮化物液体喷溅或直接流进料仓，污染反应腔体；③所述导流槽，其槽体表面光滑，并与倒锥型开口面形成弯曲弧度为3°～45°，可以更好地保证高温分解后的液态产物更彻底地入到指定区域；④所述收集器，可以拆卸清理，因此只需要拆下清理沉积物收集器，勿需拆下整体设备进行处理，从而不但能够有效地去除寄生沉积，同时避免了其在反应腔体中的再次沉积，污染腔体环境，使HVPE系统连续高效运转。
利用HVPE技术生长多炉GaN厚膜后，反应腔体中弯管与直管之间沉积了一定厚度的III族混晶氮化物，当其达到影响晶圆生长质量时，采用N2、NH3与HCl的混合气体，或用其中两种或多种气体的混合物，在1500℃高温下对固态III族混晶氮化物进行高温刻蚀清除，调控刻蚀工艺，III族混晶氮化物沉积物高温分解后的液态产物通过本发明的装置进行回收，并取下收集器，进行回收清理。
本发明的显著优点如下：
1、根据HVPE设备反应环境和III族混晶氮化物的物理化学特性，提出高温分解III族混晶氮化物沉积物，最大限度地清除反应腔体中直管与弯管之间的III族混晶氮化物的寄生沉积。
2、本发明的III族混晶氮化物沉积回收装置的主槽、导流槽与防壁流挡圈固定连接，其结构合理紧凑、操作简便。主槽的槽体结构设计更有利于槽内液体的汇集，流出，对液体的汇聚具有良好的导向作用。防壁流挡圈可以有效地避免III族混晶氮化物被高温分解后的液态产物喷溅或因产物过多而直接流进料仓，污染反应腔体，能有效延长HVPE设备的使用寿命，极具实用价值。
3、本发明去除并回收III族混晶氮化物所述装置设计结构，便于操作和检查清理，导流槽为光滑管道，并与倒锥型开口面形成3°～45°，可以更好地保证III族混晶氮化物被高温分解后的液态产物更彻底地流入指定区域。
4、本发明中高温分解后的氮化物液体只在收集器中沉积，因此只需要拆下收集器，勿需拆下整体设备进行处理，从而不但能够有效地移除寄生沉积，同时避免了其在反应腔体中的再次沉积，污染腔体环境，使循环系统连续高效运转，提高设备的利用率，延长设备的使用寿命，更有效地降低生产成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置，其特征在于，所述装置包括：主槽、固定设置在主槽中的导流槽和设置在主槽上方的防壁流挡圈、及与导流槽连接的收集器；在900℃-1500℃温度条件下，利用对包括III族混晶氮化物的固态副产物具有腐蚀分解作用的气体，该气体为H2、HCl以及NH3，或其中两种或多种气体的混合物，把沉积在HVPE反应腔体内的包括III族混晶氮化物的固态副产物进行高温分解，最终形成液态产物，并通过该装置进行回收再利用；所述主槽的槽体横截面光滑，具有向导流槽方向倾斜的凹槽，且凹槽开口呈倒锥型；所述导流槽为光滑管道，并与凹槽的倒锥型开口面形成弯曲弧度为3°～45°。
2.根据权利要求1所述的一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置，其特征在于，主槽、导流槽与防壁流挡圈固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置，其特征在于，所述收集器可以拆卸清理。
4.根据权利要求1所述的一种清除III族混晶氮化物沉积物的回收装置，其特征在于，所述主槽、防壁流挡圈、导流槽及收集器，都具有抗氧化、耐应力、耐腐蚀开裂、耐高温和抗硫化的性能，其材质是不锈钢。
5.一种清除III族混晶氮化物沉积物的方法，其特征在于，在900℃-1500℃温度条件下，利用对包括III族混晶氮化物的固态副产物具有腐蚀分解作用的气体，把沉积在HVPE反应腔体内的包括III族混晶氮化物的固态副产物进行高温分解，最终形成液态产物，该液态产物通过权利要求1的所述的装置进行回收再利用；所述对包括III族混晶氮化物的固态副产物具有腐蚀分解作用的气体，是指H2、HCl以及NH3，或其中两种或多种气体的混合物。
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