CN117165925A - 一种可多片生长的载台及hvpe设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可多片生长的载台及HVPE设备，包括：下底面；上底面；多个斜面，多个所述斜面围绕上底面和下底面构成多面体；空腔，所述空腔开设于每个斜面与底面之间；驱动机构，所述驱动机构位于空腔的底部；转动机构，所述转动机构与空腔除去驱动机构的空间共形匹配，所述转动机构包括上顶面为椭圆形的圆台，所述圆台的上顶面开设有与圆台最低端相切的椭圆开口槽，所述椭圆开口槽内固接有有与圆台的上顶面平行的载台，所述载台的最低端与圆台内壁之间留有弧形转动间隙。本发明的有益效果是重新设计了载台结构和镓舟结构，使得可以容纳多片衬底，且每个转动机构独立转动，互不干涉，使得反应气体可以在多片衬底上均匀沉积。
Description
技术领域
本发明涉及HVPE技术及HVPE设备领域，尤其是涉及氮化镓晶圆生长的载台及HVPE设备。
背景技术
HVPE生长氮化物的主要原理是：以金属镓作为III族镓源，氨气(NH3)作为V族氮源，氯化氢(HCl)作为反应气体并在载气(氢气或是氮气)的携带下，通过镓舟，与其中的金属镓发生化学反应，生成氯化镓(GaCl)，在通过载气(氢气或是氮气)的携带下在衬底上方与NH3反应生成GaN，并在衬底上沉积，主要的化学反应如下：
2HCl(g)+2Ga(l)＝2GaCl(g)+H2(g)
GaCl(g)+NH3(g)＝GaN(S)+HCl(g)+H2(g)
HVPE设备为化合物生长工艺设备，主要用于在高温环境下通过如H2、HCl等氢化物气体，使衬底表面外延生长一层如GaAs、GaN等的厚膜或晶体。
中国发明专利授权公告号CN102465337B公开了一种多片多源卧式氢化物气相外延生长系统，反应腔体为卧式结构，生长区中设有石墨支托，不同的反应源分别设有独立的输入管道，石墨支托上放置外延生长衬底。本发明提出一种多片多源式卧式氢化物气相外延(HVPE)生长系统，以实现GaN基材料生长的大规模应用，可一次性生长多片大面积GaN基材料。该系统虽然能够生长多片GaN基材料，放置在石墨支托上的外延生长衬底的片数可以是多片，但是由于多片衬底的转速是同步的，而无法保证多个输入管道输入的气体能够在石墨支托上均匀分布，所以每片衬底的生长情况可能是不同的，无法保证一致性。
中国发明专利公开号CN115652419A公开了改善HVPE法生长氮化镓时均匀性的载台及反应腔，包括：基座（1），所述基座的顶部边缘围成围坝（2），所述围坝具有一个最高端（21）和一个最低端（22），所述最高端和最低端之间通过过渡边（23）连成一体。该专利的有益效果是通过改变载台的形状来阻止气体从载台边缘溢出，得到生长均匀的晶圆。该专利只能解决部分反应的气体会沿着载台边缘外溢导致氮化镓的在成膜会出现膜厚不均的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的载台无法一次性均匀生长多片晶圆，为此提供一种可多片生长的载台及HVPE设备。
本发明的技术方案是：一种可多片生长的载台，包括：下底面；上底面；多个斜面，多个所述斜面围绕上底面和下底面构成多面体；空腔，所述空腔开设于每个斜面与底面之间，所述空腔是具有椭圆形截面的圆台体；驱动机构，所述驱动机构位于空腔的底部；转动机构，所述转动机构与空腔除去驱动机构的空间共形匹配，所述转动机构包括上顶面为椭圆形的圆台，所述圆台的上顶面开设有与圆台最低端相切的椭圆开口槽，所述椭圆开口槽内固接有有与圆台的上顶面平行的载台，所述载台的最低端与圆台内壁之间留有弧形转动间隙，所述载台上表面通过第一轴承机构转动连接有斜面齿轮，所述载台的底部通过第二轴承机构配合有平面齿轮，所述平面齿轮与斜面齿轮位于弧形转动间隙的部分啮合，所述平面齿轮的底部与驱动机构传动连接。
上述方案中所述驱动机构包括：电机；连接轴，所述连接轴的一端与电机传动连接；连接杆，所述连接杆的一端与连接轴的另一端固接，另一端与平面齿轮的底部中央固接。
上述方案中所述第一轴承机构包括位于载台上表面的轴承安装座，所述轴承安装座外套接有第一轴承圈，所述斜面齿轮包括圆盘形基座和位于圆盘形基座周边的折边，所述折边的内壁设有与第一轴承圈配合的台阶，所述折边的末端设有第一齿轮。
上述方案中所述平面齿轮包括圆盘形基座和位于圆盘形基座周边的折边，所述圆盘形基座上共心设有第二轴承圈，所述折边的末端设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二轴承机构包括位于载台底部的圆形凸台，所述圆形凸台的内壁设有与第二轴承圈配合的台阶，所述载台的底部中心与圆盘形基座的中心开设有安装孔，所述驱动机构通过伸入安装孔内的转轴带动转动机构转动。
上述方案中所述第一齿轮与第二齿轮之间的夹角为30°-60°。
一种可多片生长的HVPE设备，包括：镓舟，所述镓舟内设有多个在垂直方向连续分布的反应层，所述反应层内设有金属镓，相邻两个反应层之间开设有气体通道，所述镓舟的顶部开设有进气口，位于最下方的反应层底部的镓舟空间为均气层，所述均气层的底部开设有若干与如上任一所述的可多片生长的载台中凹槽一一对应的出气口。
上述方案中相邻两个反应层之间的气体通道交错分布。
本发明的有益效果是重新设计了载台结构和镓舟结构，使得可以容纳多片衬底，且每个转动机构独立转动，互不干涉，使得反应气体可以在多片衬底上均匀沉积。
附图说明
图1 是可多片生长的载台示意图；
图2是图1中去除驱动机构的剖视图；
图3是图1中去除转动机构和驱动机构示意图；
图4是图1中转动机构透视图；
图5是图4的另一角度透视图；
图6是图4中圆台示意图；
图7是图1中驱动机构示意图；
图8是可多片生长的载台与HVPE设备配合示意图；
图中，1、下底面，2、上底面，3、斜面， 4、空腔，5、圆台，51、载台，52、弧形转动间隙，53、斜面齿轮，531、第一齿轮，54、平面齿轮，541、圆盘形基座，542、第二齿轮，55、轴承安装座，56、圆形凸台，6、驱动机构，61、电机，62、连接轴，63、连接杆，7、镓舟，71、反应层，72、气体通道，73、进气口，74、均气层，75、出气口。
具体实施方式
下面结合附图 ，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1-6所示，一种可多片生长的载台，包括：下底面1；上底面2；四个斜面3，四个所述斜面围绕上底面和下底面构成六面体；空腔4，所述空腔开设于每个斜面与底面之间，所述空腔是具有椭圆形截面的圆台体；驱动机构6，所述驱动机构位于空腔的底部用于带动转动机构在空腔内沿轴向转动；转动机构，所述转动机构与空腔除去驱动机构的空间共形匹配，所述转动机构包括上顶面为椭圆形的圆台5，所述圆台的上顶面开设有与圆台最低端相切的椭圆开口槽，该椭圆形开口槽的倾斜角度与圆台上顶面平行，所述椭圆开口槽内固接有有与圆台的上顶面平行的载台51，所述载台的最低端与圆台内壁之间留有弧形转动间隙52，所述载台上表面通过第一轴承机构转动连接有斜面齿轮53，所述载台的底部通过第二轴承机构配合有平面齿轮54，所述平面齿轮与斜面齿轮位于弧形转动间隙的部分啮合，所述平面齿轮的底部与驱动机构传动连接。
所述驱动机构包括：电机61；连接轴62，所述连接轴的一端与电机传动连接；连接杆63，所述连接杆的一端与连接轴的另一端固接，另一端与平面齿轮的底部中央固接。
所述第一轴承机构包括位于载台上表面的轴承安装座55，所述轴承安装座外套接有第一轴承圈，所述斜面齿轮包括圆盘形基座和位于圆盘形基座周边的折边，圆盘形基座倒扣在轴承安装座上，衬底放在圆盘形基座上方，使得折边朝下，圆盘形基座与轴承安装座转动连接，所述折边的内壁设有与第一轴承圈配合的台阶，所述折边的末端设有第一齿轮，第一齿轮有部分位于弧形转动间隙内。
所述平面齿轮包括圆盘形基座541和位于圆盘形基座周边的折边，所述圆盘形基座上共心设有第二轴承圈，所述折边的末端设有与第一齿轮啮合的第二齿轮542，所述第二轴承机构包括位于载台底部的圆形凸台56，所述圆形凸台的内壁设有与第二轴承圈配合的台阶，通过圆形凸台和第二轴承圈的配合将载台和平面齿轮转动连接，所述载台的底部中心与圆盘形基座的中心开设有安装孔，所述驱动机构通过伸入安装孔内的转轴带动转动机构转动。
所述第一齿轮和第二齿轮之间的夹角为30°、40°、50°或60°。第一轴承机构和第二轴承机构是为了保证转动的顺畅，如果没有也是可行的。
斜面当然可以是三个面或者五个面、六个面，其结构可根据上述类推。
为了配合该载台，如图7-8所示，设计一种可多片生长的HVPE设备，镓舟7，所述镓舟内设有多个在垂直方向连续分布的反应层71，所述反应层内设有金属镓，相邻两个反应层之间开设有气体通道72，所述镓舟的顶部开设有进气口73，位于最下方的反应层底部的镓舟空间为均气层74，所述均气层的底部开设有四个与如上所述的可多片生长的斜面齿轮一一对应的出气口75。
为了保证金属镓的充分反应，相邻两个反应层之间的气体通道交错分布。
Claims (7)
1.一种可多片生长的载台，其特征是：包括：下底面（1）；上底面（2）；多个斜面（3），多个所述斜面围绕上底面和下底面构成多面体；空腔（4），所述空腔开设于每个斜面与底面之间，所述空腔是具有椭圆形截面的圆台体；驱动机构（6），所述驱动机构位于空腔的底部；转动机构，所述转动机构与空腔除去驱动机构的空间共形匹配，所述转动机构包括上顶面为椭圆形的圆台（5），所述圆台的上顶面开设有与圆台最低端相切的椭圆开口槽，所述椭圆开口槽内固接有有与圆台的上顶面平行的载台（51），所述载台的最低端与圆台内壁之间留有弧形转动间隙（52），所述载台上表面通过第一轴承机构转动连接有斜面齿轮（53），所述载台的底部通过第二轴承机构配合有平面齿轮（54），所述平面齿轮与斜面齿轮位于弧形转动间隙的部分啮合，所述平面齿轮的底部与驱动机构传动连接。
2.如权利要求1所述的一种可多片生长的载台，其特征是：所述驱动机构包括：电机（61）；连接轴（62），所述连接轴的一端与电机传动连接；连接杆（63），所述连接杆的一端与连接轴的另一端固接，另一端与平面齿轮的底部中央固接。
3.如权利要求1所述的一种可多片生长的载台，其特征是：所述第一轴承机构包括位于载台上表面的轴承安装座（55），所述轴承安装座外套接有第一轴承圈，所述斜面齿轮包括圆盘形基座和位于圆盘形基座周边的折边，所述折边的内壁设有与第一轴承圈配合的台阶，所述折边的末端设有第一齿轮（531）。
4.如权利要求3所述的一种可多片生长的载台，其特征是：所述平面齿轮包括圆盘形基座（541）和位于圆盘形基座周边的折边，所述圆盘形基座上共心设有第二轴承圈，所述折边的末端设有与第一齿轮啮合的第二齿轮（542），所述第二轴承机构包括位于载台底部的圆形凸台（56），所述圆形凸台的内壁设有与第二轴承圈配合的台阶，所述载台的底部中心与圆盘形基座的中心开设有安装孔，所述驱动机构通过伸入安装孔内的转轴带动转动机构转动。
5.如权利要求1所述的一种可多片生长的载台，其特征是：所述第一齿轮与第二齿轮之间的夹角为30°-60°。
6.一种可多片生长的HVPE设备，其特征是：包括：镓舟（7），所述镓舟内设有多个在垂直方向连续分布的反应层（71），所述反应层内设有金属镓，相邻两个反应层之间开设有气体通道（72），所述镓舟的顶部开设有进气口（73），位于最下方的反应层底部的镓舟空间为均气层（74），所述均气层的底部开设有若干与如权利要求1-5任一所述的可多片生长的斜面齿轮一一对应的出气口（75）。
7.如权利要求6所述的一种可多片生长的HVPE设备，其特征是：相邻两个反应层之间的气体通道交错分布。
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