CN114197038A - 一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置及使用方法。在基座的侧面中部设置一圈凸台,在基片槽的外围对称设置四个导气孔;下保护套上端的大直径圆环与基座的下部配合设置在凸台的下方,下端小圆环的内孔是进气孔,下保护套与基座之间的间隙形成下导气槽;上保护套与基座的上部配合设置在凸台的上方,上保护套与基座之间的间隙形成上导气槽,下导气槽和上导气槽的外径大于导气孔外接圆的直径,进气孔、下导气槽、导气孔和上导气槽组成完整的气路。本发明使用保护装置,在采用氢化物气相外延(HVPE)法生长氮化铝外延层的过程中充入氮气,使基片边缘和背底区域被氮气保护,防止碳化硅基片腐蚀,降低外延层中的碳、硅杂质含量。
Description
技术领域
本发明涉及氮化铝生长领域,特别涉及一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置及使用方法。
背景技术
采用本装置后,可以有效保护碳化硅衬底,降低外延层中的碳、硅杂质含量,实现高紫外透过率氮化铝外延层的稳定生长。
氮化铝材料由于其特有的带隙宽度和优良的光电特性,在可见紫外波段发光二极管,高频、大功率电子器件,紫外探测器等光电子器件有着广泛的应用前景,因此也成为宽禁带半导体材料中极具吸引力的材料。然而,制约氮化物半导体的发展重要因素之一是衬底材料。目前制备高透过率的氮化铝衬底材料最常用的方法是HVPE法生长获得。在采用氢化物气相外延(HVPE)法生长氮化铝外延层时,需使用与氮化铝晶格匹配度好的碳化硅衬底做为基片,由于生长温度高于1500℃,使用的氯化氢气体和氢气载气都会对碳化硅基片造成腐蚀,并且在高温生长过程中,由于外延层与基片间热膨胀系数的差异,会导致基片边缘翘起,使碳化硅基片边缘和背底暴露在氯化铝和氢气气氛中,导致碳化硅被腐蚀,产生的碳、硅杂质进入氮化铝外延层,影响外延层的紫外透过率。所以,防止碳化硅基片被腐蚀,是HVPE法生长高紫外透过率氮化铝外延层的关键。
发明内容
针对现有技术存在问题,一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置及使用方法,使用保护装置可以通过在基座上增加保护气体,使基片边缘和背底区域被氮气气氛保护,以防止碳化硅基片的腐蚀。
本发明的技术方案是:一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置,包括基座和设置在基座中心的基片槽,其特征在于:还包括下保护套和上保护套,所述基座是一个圆柱体,在基座的侧面中部设置一圈凸台,在基片槽的外围对称设置四个导气孔;所述下保护套是一个三阶梯圆环,上端的大直径圆环与基座的下部配合设置在凸台的下方,中圆环的台阶与基座的下端面贴紧,下端小圆环的内孔是进气孔,下保护套与基座之间的间隙形成下导气槽;所述上保护套是圆环形盖,与基座的上部配合设置在凸台的上方,上保护套圆环的内径与基片槽直径相同,上保护套与基座之间的间隙形成上导气槽,所述下导气槽和上导气槽的外径大于导气孔外接圆的直径,所述进气孔、下导气槽、导气孔和上导气槽组成完整的气路。
进一步,为方便使用、组装和拆卸,下保护套和上保护套均以螺纹连接方式设置在基座上。
一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置的使用方法,其特征在于:包括如下步骤:
第一步:将带保护装置的基座放进生长炉的腔内,将生长氮化铝用的碳化硅基片放置在基片槽内;
第二步:将生长炉腔内的气压抽真空至0.1mbar以下,充入氮气保护气体至500mbar;
第三步:将生长炉腔室内温度升至1500℃;
第四步:打开进气孔的截门,生长炉腔内氮气通过进气孔、下导气槽、导气孔和上导气槽进入基片槽,等待五分钟,使氮气包裹基片边缘和背底;
第五步:在生长炉腔室充入氢气、氯化氢、氯化铝和氨气,进行氮化铝外延生长三十分钟;
第六步:关闭加热系统,关闭氢气、氯化氢、氯化铝气体,自然降温至室温;
第七步:将腔体气压抽真空至0.1mbar以下,充入氮气保护气体至常压,取出外延片。
本发明的有益效果是:在基座上设置保护套的同时留出气路,使得采用氢化物气相外延(HVPE)法生长氮化铝外延层时可以充入氮气,有效保护碳化硅衬底,避免了由于碳化硅基片边缘和背底暴露在氯化铝和氢气气氛中被腐蚀而使产生的碳、硅杂质进入氮化铝外延层,降低外延层中的碳、硅杂质含量,提高了氮化铝外延层的晶体质量与紫外透过率,进而降低后续在氮化铝外延层上生长的铝镓氮材料中的缺陷,提高其光电转换效能。
附图说明
图1是本发明结构示意剖面图;
图2是本发明的俯视图;
图3是本发明使用状态示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示,一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置,包括基座2和设置在基座中心的基片槽4,还包括下保护套1和上保护套3,基座2是一个石墨圆柱体,在圆柱体的上端加工深度0.4mm-0.8mm的同心圆基片槽4(基片直径通常为直径2英寸、4英寸、6英寸、8英寸,基片槽4直径依照基片尺寸额外增加1mm),将基座2的上部和下部三分之一部分分别用车床车削外圆并做出外螺纹,基座2中间未加工的三分之一部分形成凸台2-1,在的基片槽4外围对称打四个通孔形成四个导气孔7(直径2-6mm);下保护套1是一个三阶梯圆环,上端的大直径圆环内设置内螺纹与基座2的下部的外螺纹配合设置在凸台2-1的下方,中圆环的台阶与基座2的下端面贴紧,下端小圆环的内孔是进气孔5,下保护套1与基座2之间的间隙形成下导气槽6(深度0.2-0.4mm,下导气槽6的圆环宽度12-30mm);上保护套3是圆环形盖,侧面设置内螺纹与基座2的上部的外螺纹配合设置在凸台2-1的上方,上保护套3圆环的内径与基片槽4直径相同,上保护套3与基座2之间的间隙形成上导气槽8(深度0.2-0.4mm,上导气槽的圆环宽度3-8mm),下导气槽6和上导气槽8的外径大于导气孔7外接圆的直径,进气孔5、下导气槽6、导气孔7和上导气槽8组成完整的气路。
一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置的使用方法,以两英寸氮化铝外延片生长为例,包括如下步骤:
第一步:将带保护装置的基座2放进生长炉10的腔内,将两英寸生长氮化铝用的碳化硅基片9放置在基片槽4内;
第二步:将生长炉10腔内的气压抽真空至0.1mbar以下,充入氮气保护气体至500mbar;
第三步:将生长炉10腔室内温度升至1500℃;
第四步:打开进气孔5的截门,生长炉10腔内氮气通过进气孔5、下导气槽6、导气孔7和上导气槽8进入基片槽4,等待五分钟,使氮气包裹基片9边缘和背底;
第五步:在生长炉10腔室内充入氢气、氯化氢、氯化铝和氨气,进行氮化铝外延生长三十分钟;
第六步:关闭加热系统,关闭氢气、氯化氢、氯化铝气体,自然降温至室温;
第七步:将腔体气压抽真空至0.1mbar以下,充入氮气保护气体至常压,取出外延片。
Claims (3)
1.一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置,包括基座(2)和设置在基座中心的基片槽(4),其特征在于:还包括下保护套(1)和上保护套(3),所述基座(2)是一个圆柱体,在基座(2)的侧面中部设置一圈凸台(2-1),在基片槽(4)的外围对称设置四个导气孔(7);所述下保护套(1)是一个三阶梯圆环,上端的大直径圆环与基座(2)的下部配合设置在凸台(2-1)的下方,中圆环的台阶与基座(2)的下端面贴紧,下端小圆环的内孔是进气孔(5),下保护套(1)与基座(2)之间的间隙形成下导气槽(6);所述上保护套(3)是圆环形盖,与基座(2)的上部配合设置在凸台(2-1)的上方,上保护套(3)圆环的内径与基片槽(4)直径相同,上保护套(3)与基座(2)之间的间隙形成上导气槽(8),所述下导气槽(6)和上导气槽(8)的外径大于导气孔(7)外接圆的直径,所述进气孔(5)、下导气槽(6)、导气孔(7)和上导气槽(8)组成完整的气路。
2.如权利要求1所述一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置,其特征在于:下保护套(1)和上保护套(3)均以螺纹连接方式设置在基座(2)上。
3.一种采用如权利要求1所述的一种提高氮化铝外延层紫外透过率的保护装置的使用方法,其特征在于:包括如下步骤:
第一步:将带保护装置的基座(2)放进生长炉(10)的腔内,将生长氮化铝用的碳化硅基片(9)放置在基片槽(4)内;
第二步:将生长炉(10)腔内的气压抽真空至0.1mbar以下,充入氮气保护气体至500mbar;
第三步:将生长炉(10)腔室内温度升至1500℃;
第四步:打开进气孔(5)的截门,生长炉(10)腔内氮气通过进气孔(5)、下导气槽(6)、导气孔(7)和上导气槽(8)进入基片槽(4),等待五分钟,使氮气包裹基片(9)边缘和背底;
第五步:在生长炉(10)腔室充入氢气、氯化氢、氯化铝和氨气,进行氮化铝外延生长三十分钟;
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |