CN113106543A - 一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统 - Google Patents

一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，包括台板以及支板，所述台板设置于支板上方，所述台板上设置有炉腔，所述炉腔的上端固定连接有石英管，所述炉腔的两侧对称设置有抽气管，所述抽气管的一端连接有过滤腔，本发明从石英管上部进入工艺气体，气流方向为上进气下出气，气体流动方向与晶体生长方向、热场热量扰动方向相反，保证了晶体生长过程中的控制需求，同时利用薄膜规反馈的压力信号控制抽气压控组件进行炉腔内的气体压力调节，实现控制石英管内晶体生长所需压力的目的，结构简单，安全可靠，控压精度高，保证了晶体生长过程中的控压需求，产品质量好。

Description

一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统
技术领域
本发明涉及半导体材料的制备技术领域，特别是一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统。
背景技术
氮化镓晶体是一种直接带隙半导体材料，禁带宽度为3.4ev，是优良的短波长光电子材料，同时是第三代半导体的研究前沿热点，基于氮化镓的器件在发光二极管(led)、激光二极管(ld)、紫外光光电探测器、高频、高功率和高温电子器件等光电子和微电子领域有广泛的应用，目前，氮化镓器件主要基于异质外延获得，常用的外延衬底有蓝宝石、碳化硅等材料，异质外延需要克服晶格失配带来的缺陷，严重影响氮化镓器件的性能，因此，利用氮化镓晶体同质外延，是目前亟需解决的核心问题，氮化镓单晶的生长面临很大挑战，理论上，氮化镓单晶的熔体生长需要6GPa的高压力和2200℃的高生长温度，目前还未实现，目前，最成熟也是唯一可以产业化的氮化镓晶体生长方法为HVPE法，即氢化物气相外延法，又称卤化物气相外延法，在氮化镓晶体生长过程中，腔体内工艺压力的控制精度对产品质量起到至关重要的作用，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，解决了背景技术中所提出的问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，包括台板以及支板，所述台板设置于支板上方，所述台板上设置有炉腔，所述炉腔的上端固定连接有石英管，所述炉腔的两侧对称设置有抽气管，所述抽气管的一端连接有过滤腔，所述过滤腔的上部依次连接有横抽气管、薄膜规以及竖抽气管，所述支板上安装有压控组件，所述压控组件的一端与竖抽气管相连接。
所述压控组件包括真空泵，所述真空泵设于支板一侧，所述真空泵的进气端上设置有抽气压控构件，所述抽气压控构件通过抽气三通接头与竖抽气管相连通，所述真空泵的排气端上设置有排气导通构件，所述排气导通构件一端通过排气三通接头与总排气管路相连通，所述抽气三通接头与排气三通接头之间连接有总排气阀门。
所述抽气压控组件包括抽气管路，所述抽气管路的一端与真空泵的进气端相连接，所述抽气管路的另一端依次设有可控蝶阀以及抽气阀门，所述抽气阀门与抽气三通接头相连接。
所述排气导通构件包括排气管路，所述排气管路的一端与真空泵的排气端相连通，所述排气管路的另一端设置有排气阀门，所述排气阀门与排气三通接头相连接。
所述石英管上端设置有上炉盖，所述上炉盖上开有工艺气体的进气口。
所述过滤腔内设置有滤芯。
所述系统管路均采用快卸法兰进行连接。
利用本发明的技术方案制作的用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，从石英管上部进入工艺气体，气流方向为上进气下出气，气体流动方向与晶体生长方向、热场热量扰动方向相反，保证了晶体生长过程中的控制需求，同时利用薄膜规反馈的压力信号控制抽气压控组件进行炉腔内的气体压力调节，实现控制石英管内晶体生长所需压力的目的，结构简单，安全可靠，控压精度高，保证了晶体生长过程中的控压需求，产品质量好，并配合过滤腔对晶体生长过程中产生的尾气进行过滤处理，降低了后期尾气处理的成本、且管路便于拆卸，清理维护极为方便。
附图说明
图1为本发明所述一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统的立体结构示意图。
图2为本发明所述一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统的压控组件的立体结构示意图。
图3为本发明所述一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统的系统原理示意图。
图4为本发明所述一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统的图1的局部放大结构示意图。
图5为本发明所述一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统的快拆法兰的结构示意图。
图中：1-石英管；2-炉腔；3-抽气管；4-过滤腔；5-横抽气管；6-薄膜规；7-竖抽气管；8-台板；9-支板；10-控压组件；101-抽气阀门；102-可控蝶阀；103-抽气管路；104-总排气阀门；105-总排气管路；106-排气阀门；107-排气管路；108-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-5所示，通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
实施例：由说明书附图1-5可知，本方案包括台板8以及支板9，其位置关系以及连接关系如下，台板8设置于支板9上方，台板8上设置有炉腔2，炉腔2的上端固定连接有石英管1，炉腔2的两侧对称设置有抽气管3，抽气管3的一端连接有过滤腔4，过滤腔4的上部依次连接有横抽气管5、薄膜规6以及竖抽气管7，支板9上安装有压控组件10，压控组件10的一端与竖抽气管7相连接，从石英管上部进入工艺气体，气流方向为上进气下出气，气体流动方向与晶体生长方向、热场热量扰动方向相反，保证了晶体生长过程中的控制需求，同时利用薄膜规反馈的压力信号控制抽气压控组件进行炉腔内的气体压力调节，实现控制石英管内晶体生长所需压力的目的，结构简单，安全可靠，控压精度高，保证了晶体生长过程中的控压需求，产品质量好，并配合过滤腔对晶体生长过程中产生的尾气进行过滤处理，降低了后期尾气处理的成本。
由说明书附图1-5可知，在具体实施过程中，上述压控组件10包括真空泵108，真空泵108设于支板9一侧，真空泵108的进气端上设置有抽气压控构件，抽气压控构件通过抽气三通接头与竖抽气管7相连通，真空泵108的排气端上设置有排气导通构件，排气导通构件一端通过排气三通接头与总排气管路105相连通，抽气三通接头与排气三通接头之间连接有总排气阀门104，上述抽气压控组件包括抽气管路103，抽气管路103的一端与真空泵108的进气端相连接，抽气管路103的另一端依次设有可控蝶阀102以及抽气阀门101，抽气阀门101与抽气三通接头相连接，其中排气导通构件包括排气管路107，排气管路107的一端与真空泵108的排气端相连通，排气管路的另一端设置有排气阀门106，排气阀门106与排气三通接头相连接，使用时，首先对系统内部进行抽真空，真空获得部分，石英管1与炉腔2连通，石英管1内空气通过炉腔2、两侧的抽气管3进入过滤腔4，然后进入横抽气管5、竖抽气管7，此时抽气阀门101、排气阀门106打开，总排气阀门104关闭，可控蝶阀102全开状态，启动真空泵108.石英管1以及系统管路内的气体由真空泵108抽走，同时真空泵108通过排气管路107将气体注入到总排气管道105中，并进一步的进入到尾气处理系统内；进气部分为，系统从石英管1上部进入工艺气体，气流方向为上进气下出气，在这种方案下，气体流动方向与晶体生长方向、热场热量扰动方向相反，保证了晶体生长过程中的控制需求；其中控压部分为，炉腔2内充入工艺气体后，此时抽气阀门101、排气阀门106打开，总排气阀门104关闭，用薄膜规6反馈的压力信号控制可控蝶阀102的打开角度来实现控制石英管1内晶体生长所需压力的目的，结构简单，安全可靠，控压精度高，保证了晶体生长过程中的控压需求，产品质量好，并配合过滤腔对晶体生长过程中产生的尾气进行过滤处理，降低了后期尾气处理的成本。
在具体实施过程中，上述石英管1上端设置有上炉盖11，上炉盖11上开有工艺气体的进气口，石英管1上部与上炉盖11相连，系统从石英管1上部的上炉盖11进入工艺气体，气流方向为上进气下出气。
在具体实施过程中，上述过滤腔4内设置有滤芯，氮化镓晶体生长过程产生的残余气体具有腐蚀性，残余气体经炉腔2、两侧的抽气管3进入过滤腔4内，经由过滤腔4内预置的滤芯过滤，此时打开总排气阀门104，过滤后的尾气经横抽气管5、竖抽气管7和总排气阀104流向尾气处理端。
如附图4以及附图5所示，在具体实施过程中，上述系统管路均采用快卸法兰进行连接，晶体生长工艺完成后，横抽气管5是主要残存副产物的位置，由于系统内管路连接多采用快卸法兰安装，因此管路方便拆装，便于清洗维护。
综上所述，该用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，从石英管1上部进入工艺气体，气流方向为上进气下出气，气体流动方向与晶体生长方向、热场热量扰动方向相反，保证了晶体生长过程中的控制需求，同时利用薄膜规6反馈的压力信号控制抽气压控组件进行炉腔2内的气体压力调节，实现控制石英管1内晶体生长所需压力的目的，结构简单，安全可靠，控压精度高，保证了晶体生长过程中的控压需求，产品质量好，并配合过滤腔4对晶体生长过程中产生的尾气进行过滤处理，降低了后期尾气处理的成本、且管路便于拆卸，清理维护极为方便。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，包括台板（8）以及支板（9），所述台板（8）设置于支板（9）上方，所述台板（8）上设置有炉腔（2），所述炉腔（2）的上端固定连接有石英管（1），所述炉腔（2）的两侧对称设置有抽气管（3），所述抽气管（3）的一端连接有过滤腔（4），所述过滤腔（4）的上部依次连接有横抽气管（5）、薄膜规（6）以及竖抽气管（7），所述支板（9）上安装有压控组件（10），所述压控组件（10）的一端与竖抽气管（7）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述压控组件（10）包括真空泵（108），所述真空泵（108）设于支板（9）一侧，所述真空泵（108）的进气端上设置有抽气压控构件，所述抽气压控构件通过抽气三通接头与竖抽气管（7）相连通，所述真空泵（108）的排气端上设置有排气导通构件，所述排气导通构件一端通过排气三通接头与总排气管路（105）相连通，所述抽气三通接头与排气三通接头之间连接有总排气阀门（104）。
3.根据权利要求2所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述抽气压控组件包括抽气管路（103），所述抽气管路（103）的一端与真空泵（108）的进气端相连接，所述抽气管路（103）的另一端依次设有可控蝶阀（102）以及抽气阀门（101），所述抽气阀门（101）与抽气三通接头相连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述排气导通构件包括排气管路（107），所述排气管路（107）的一端与真空泵（108）的排气端相连通，所述排气管路的另一端设置有排气阀门（106），所述排气阀门（106）与排气三通接头相连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述石英管（1）上端设置有上炉盖（11），所述上炉盖（11）上开有工艺气体的进气口。
6.根据权利要求1所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述过滤腔（4）内设置有滤芯。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种用于氮化镓晶体生长的压力控制系统，其特征在于，所述系统管路均采用快卸法兰进行连接。
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