CN202193844U

CN202193844U - 大直径mocvd反应器的喷淋头

Info

Publication number: CN202193844U
Application number: CN2011203165544U
Authority: CN
Inventors: 徐小明; 周永君; 邬建伟; 丁云鑫
Original assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2021-08-26

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种大直径MOCVD反应器的喷淋头，该喷淋头即使直径增加了，加工难度也不会明显增加。本实用新型的大直径MOCVD反应器的喷淋头包括III族腔、V族腔以及冷却水腔，其特征在于，III族腔、V族腔以及冷却水腔均分隔为N个腔体，N是大于等于2的自然数，每腔体均为一单体。

Description

大直径MOCVD反应器的喷淋头

技术领域

本实用新型涉及输送气体的喷淋装置，尤其涉及MOCVD反应器的喷淋头，包括流通III族气体的III族腔、流通V族气体的V族腔以及流通冷却水的冷却水腔。

背景技术

MOCVD是金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文缩写，为一种非平衡态生长技术，它依赖于先驱物的蒸汽运输和加热区中III族烷基类和V族氢化物的后续反应，将生长气体和掺杂物提供给反应器并将其沉积在衬底表面。

MOCVD反应器中使用的常规喷淋头，诸如Thomas Swan Scientific EquipmentLimited所提供的，具有三腔的“三明治”结构，III族气体经配流管道、III族腔流入反应腔体，V族气体经V族腔流入反应腔体，最下面一层是冷却水腔。

随着LED产业的迅速发展，竞争的加剧，市场非常迫切地提出高产量MOCVD的需求；MOCVD的核心部分是反应器，扩大反应器的直径是提高产量的快速而又有效的方法。如果单纯地扩大常规喷淋头的直径，将会碰到下列几个问题：

第一、喷淋头加工、制造难度急剧增大，并且会伴随着良率的下降；

第二、喷淋头的冷却会遇到更大的困难；

第三、III族气体在腔体直径方向浓度分布会面临更大的挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大直径MOCVD反应器的喷淋头，该喷淋头即使直径增加了，加工难度也不会明显增加。

为实现所述目的的大直径MOCVD反应器的喷淋头，包括III族腔、V族腔以及冷却水腔，其特点是，III族腔、V族腔以及冷却水腔均分隔为N个腔体，N是大于等于2的自然数，每腔体均为一单体。

由于将III族腔、V族腔以及冷却水腔分隔为各自独立的至少两个腔体。因此大大地减小了单体的加工面积，即使MOCVD反应器具有大直径，喷淋头加工、制造难度也不会有明显增加，并且由于III族腔、V族腔、冷却水腔分割为至少两个腔体，这样在使用过程中如果部分腔体出现泄漏，可以仅替换该部分腔体，无需整体进行替换，方便维护，减少维护成本。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，冷却水腔的各个腔体的进水部位于各个腔体的内侧中心，且出水部位于各个腔体的外周位置。

冷却水由内侧中心进水，外周出水，减小的冷却水路径，有利于提高冷效果。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，在喷淋头的正中间，通入一根V气体的管道至喷淋头下方的反应腔。

在喷淋头的正中间，通入一根V气体的管道，可以改善V气体的浓度分布，并改善气体的流态。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，III族腔的各腔体通过一块配流孔板分成上、下两个腔，上、下两个腔通过配流孔板上的孔相通。

III族腔通过配流孔板分成上下两个腔，利用配流孔板上的小孔布局的不同，改变III族气体在直径方向的浓度分布。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，所述N个腔体为四个等分的腔体。

四个等分的腔体相对于单个的腔体的尺寸大大减小，即使MOCVD反应器具有大直径，喷淋头加工、制造难度也不会有明显增加。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，III族腔、V族腔以及冷却水腔为圆形，每一该腔体为扇形。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，包括顶部组件和喷淋组件，顶部组件包括上盖板，上盖板提供有所述III族腔，上盖板上形成有III族气体进入通道，该III族气体进入通道与所述III族腔的上腔连通；喷淋组件包括N个喷淋单元，各喷淋单元包括上孔板、中间孔板、下孔板、圈围侧壁、上毛细管组以及下毛细管组，上孔板、中间孔板以及环绕上孔板、中间孔板的圈围侧壁围成所述V族腔的一个腔体，圈围侧壁上形成有通往V族腔的该腔体的V族气体进入通道，中间孔板、下孔板以及环绕中间孔板、下孔板的圈围侧壁围成所述冷却水腔的一个腔体，上毛细管组的各管穿设在上孔板、中间孔板、下孔板的孔中，下毛细管组的各管穿设在中间孔板、下孔板的孔中，V族腔和冷却水腔不相通，下毛细管组将V族腔和喷淋头下方的反应腔导通；喷淋组件位于顶部组件的下方，上毛细管组的各管将下III族腔与喷淋头下方的反应腔导通；上毛细管组和下毛细管组交错布置。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，喷淋组件的外围环绕有冷却水环。

所述的喷淋头，其进一步的特点是，还包括用于分配冷却水的配流管，各冷却水腔的各个腔体的进水部位于各个腔体的内侧中心，且出水部位于各个腔体的外周位置，各进水部通过进水管连接至同一该配流管。

喷淋头的进一步的特点中，喷淋组件的喷淋单元、顶部组件的配流孔板各由多个独立部分组成，大大地减小了单体的加工面积，因此即使应用在大直径MOCVD反应器中，喷淋头的加工、制造难度也不会有明显的增加，并且冷却也是分成四个等分分别进行，喷淋头的冷却会也不是什么大的问题，也正是由于分成四个等分，在保证了III、V族气体混合均匀，并且还可适当地增大各个孔板的孔内径和孔间距，也有利于降低加工、制造的难度，提高产品的良率。

本实用新型的前述各特点、优点将在后面结合附图进行示例性的说明。

附图说明

图1是根据本实用新型的喷淋头的分解视图；

图2是根据本实用新型的喷淋头的轴侧图；

图3是根据本实用新型的喷淋头的主视图；

图4是根据本实用新型的喷淋头的俯视图；

图5是根据本实用新型的喷淋头的仰视图

图6是图5的A-A剖面图；

图7是图6中B处的局部视图；

图8是图6中C处的局部视图；

图9是根据本实用新型的喷淋头的顶部组件的分解视图；

图10是根据本实用新型的喷淋头的顶部组件的轴侧图；

图11是图10的仰视图；

图12是图11的A-A剖面图；

图13是图12中D处的局部视图；

图14是根据本实用新型的喷淋头的冷却水环的轴侧图；

图15是图14的俯视图；

图16是根据本实用新型的喷淋头的喷淋组件的分解图；

图17是根据本实用新型的喷淋头的喷淋组件的轴侧图；

图18是图17的俯视图；

图19是图18的A-A剖面图；

图20是图19中B处的局部视图；

图21是图17的俯视图；

图22是图20的B-B剖面图；

图23是图10的俯视图；

图24是图23的C-C剖面图；

图25是图24中D处的局部视图。

具体实施方式

图1到25示出了本实用新型一实施例的喷淋头，可以使用在大直径MOCVD反应器上。

如图1所示，本实用新型的一实施例中，喷淋头包括顶部组件1、冷却水环2、喷淋组件3。下面先就顶部组件1、冷却水环2、喷淋组件3分别进行说明，然后再就喷淋头的整体构造进行描述。

如图9、图10、图11所示，顶部组件1包括上盖板11和配流孔板12，配流孔板12可拆卸地连接在上盖板11上。配流孔板12包括4块等分的孔板121，四个孔板121为相同结构，下面就一个孔板121的说明也适用于其他三个孔板121。配流孔板12整体呈圆形，各孔板121单独地可拆卸地安装在上盖板11上。如图12和图13所示，孔板121放置在上盖板11的一腔体上，并将该腔体分隔为上腔体13和下腔体14，在本实用新型的一实施例中，孔板121安装在上盖板11的沉孔内，该沉孔的环形侧壁为台阶形状，孔板121放置在沉孔的侧壁的轴肩上，从而将该沉孔区分为上腔体13、下腔体14。在上腔体13的大致中心位置，上盖板11形成有III族气体进气孔15，III族气体进气孔15通往上腔体13，上腔体13和下腔体14通过孔板121上的孔相通。顶部组件1的下方即配流孔板12的下方为喷淋组件3，III族气体从上腔体13进入到下腔体14后，将由后面所述的上毛细管组17导引到反应腔，顶部组件1和喷淋组件3之间有密封垫片4。

如图14和图15所示，冷却水环2具有环形的冷却水道23，冷却水道23相邻位置连接有冷却水进水管21和出水管22，冷却水从进水管21进入，流经冷却水道23后再从出水管22流出。

如图1所示，喷淋组件3由四个独立的喷淋单元构成，各喷淋单元为相同结构，各喷淋单元外形呈1/4圆的扇形，整个喷淋组件3的大致成圆形。如图16、图17所示，喷淋组件3的各喷淋单元包括上孔板31、中间孔板32、下孔板33、上毛细管组34、下毛细管组35、进水管36和出水管37。

上孔板31，中间孔板32和上孔板31、中间孔板32之间的圈围侧壁形成V族腔38，供V族气体流入。中间孔板32，下孔板33以及中间孔板32，下孔板33之间的圈围侧壁形成冷却水腔39，在本实用新型的一实施例中，前述圈围侧壁330均是从下孔板33成一体地开始向上延伸形成，上孔板31、中间孔板32分别放置在圈围侧壁的轴肩上。如图20所示，上毛细管组34的各毛细管穿设在上、中间、下孔板31、32、33的孔中，以导引上孔板31上方的III族气体直接进入到下孔板33下方的反应腔中。如图25所示，下毛细管组35的各毛细管穿设在中间孔板32和下孔板33的孔中，以导引V族腔38内的气体进入到下孔板33下方的反应腔中，V族腔38和冷却水腔39不导通，冷却水腔39和下孔板33下方的反应腔也不导通。如图21和图22所示，冷却水的进水管36设置在喷淋单元的扇形中心，即通往冷却水腔39的扇形中心，两出水管37间隔设置在喷淋单元的圆周方向，即通往冷却水腔39的圆周方向，进水管36、冷却水腔39均垂直设置在圈围侧壁330上。

图22中的箭头图示了喷淋组件3冷却水的流通路径，冷却水从外部冷却水管道进入配流管9(如图1所示)，配流管9连接各喷淋单元的进水管，均匀分配给4个喷淋组件，冷却水首先从进水管36中进入，在冷却水腔39的扇形中心开始朝圆周方向流动，然后从圆周方位出水管37输出。相对于冷却水从圆周方向进水的方案，前述实施例由于冷却水由中间进水，圆周出水，减小一半的冷却水路径，有利于提高冷效果。

图24的箭头示出了V族气体的流通路径，喷淋组件3的V族气体入口331设置在圈围侧壁330上，即设置在V族腔38的圆周方向上，V族气体入口331通往V族腔38，V族气体从V族气体管道6(如图1所示)进入顶部组件1的上盖板11及下孔板33的圆周方向的通道10(如图6、图8所示)，从圆周方向进入并充满V族腔38，然后通过下毛细管组35进入反应腔体。另外，如图6和图7所示，喷淋头正中间有一路V族气体从中间V族气体管道5通入反应腔体。

如图1至图6所示，顶部组件1上方设置中心V族气体管道5、III族气体管道7、冷却水配流管道9、周向V族气体管道6，顶部组件1的下方设置冷却水环2和喷淋组件3，喷淋组件3位于冷却水环2的环内，在喷淋组件3和顶部组件1之间设置密封垫片4。周向V族气体管道6提供V族气体至喷淋组件3的V族气体腔，中心V族气体管道5提供沿整个喷淋头的中心提供V族气体至反应腔。

喷淋头工作时，III族气体从III族气体管道7进入到顶部组件1的各个上腔体13，从上腔体13透过孔板121的孔进入到下腔体14，再从下腔体14透过上毛细管组34进入到反应腔，上毛细管组34的出口在反应腔的上方分布；同时V族气体同时进入到中心V族气体管道5和周向V族气体管道6，并从中心V族气体管道5进入到喷淋组件的V族腔38，从V族腔38透过下毛细管组35进入到反应腔，下毛细管组35的出口在反应腔的上方分布，并与上毛细管组34的出口交错分布，这样就有利于III、V族气体混合均匀，同时V族气体还从整个喷淋头的中心直接通往反应腔，这样可以改善V气体的浓度分布，并改善气体的流态；值得一提的是，顶部组件1的配流孔板12的孔的分布不同，例如越靠近III族气体进气孔15的孔密度就越低，而越离III族气体进气孔15的远的孔密度就越高，这样III族腔通过配流孔板分成上下两个腔，利用配流孔板上的小孔布局的不同，就改善了III族气体在直径方向的浓度分布。喷淋组件3的冷却一方面通过配流管9进入的冷却水来冷却，另一方面通过冷却水环2来冷却。配流管9的冷却水均匀分为四等分，分别进入到各喷淋单元的冷却水进水管36，然后进入喷淋单元的冷却腔体39，冷却水从喷淋组件的中心朝圆周方向流动，从而对喷淋单元进行全面冷却，然后从冷却水出水管37流出，并经环形水管8汇流后流出整个喷淋头；由于冷却水是从喷淋组件的中间进水，圆周出水，相对于圆周进水，圆周出水等其他方案，减小一半的冷却水路径，有利于提高冷效果，从而有利于提高大直径MOCVD反应器的良率。

还值得一提的是，在前述实施例中，喷淋头中，喷淋组件的喷淋单元、顶部组件的配流孔板各由相同等份，例如为四等份组成，大大地减小了单体的加工面积，因此即使应用在大直径MOCVD反应器中，喷淋头的加工、制造难度也不会有明显的增加，并且冷却也是分成四个等分分别进行，喷淋头的冷却会也不是什么大的问题，也正是由于分成四个等分，在保证了III、V族气体混合均匀，并且还可适当地增大各个孔板的孔内径和孔间距，也有利于降低加工、制造的难度，提高产品的良率。

虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，例如前述实施例虽然以四个等分的各个孔板为例进行说明，然而本实用新型的实施并不限于此，根据具体情况，各个孔板的区分可以是两个或两个以上的等分。因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims

1.大直径MOCVD反应器的喷淋头，包括III族腔、V族腔以及冷却水腔，其特征在于，III族腔、V族腔以及冷却水腔均分隔为N个腔体，N是大于等于2的自然数，每腔体均为一单体。

2.如权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，冷却水腔的各个腔体的进水部位于各个腔体的内侧中心，且出水部位于各个腔体的外周位置。

3.如权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，在喷淋头的正中间，通入一根V气体的管道至喷淋头下方的反应腔。

4.如权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，III族腔的各腔体通过一块配流孔板分成上、下两个腔，上、下两个腔通过配流孔板上的孔相通。

5.如权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述N个腔体为四个等分的腔体。

6.如权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，III族腔、V族腔以及冷却水腔为圆形，II族腔、V族腔以及冷却水腔的各个腔体为扇形。

7.如权利要求4所述的喷淋头，其特征在于，包括顶部组件和喷淋组件，顶部组件包括上盖板，上盖板提供有所述III族腔，上盖板上形成有III族气体进入通道，该III族气体进入通道与所述III族腔的上腔连通；喷淋组件包括N个喷淋单元，各喷淋单元包括上孔板、中间孔板、下孔板、圈围侧壁、上毛细管组以及下毛细管组，上孔板、中间孔板以及环绕上孔板、中间孔板的圈围侧壁围成所述V族腔的一个腔体，圈围侧壁上形成有通往V族腔的该腔体的V族气体进入通道，中间孔板、下孔板以及环绕中间孔板、下孔板的圈围侧壁围成所述冷却水腔的一个腔体，上毛细管组的各管穿设在上孔板、中间孔板、下孔板的孔中，下毛细管组的各管穿设在中间孔板、下孔板的孔中，V族腔和冷却水腔不相通，下毛细管组将V族腔和喷淋头下方的反应腔导通；喷淋组件位于顶部组件的下方，上毛细管组的各管将下III族腔与喷淋头下方的反应腔导通；上毛细管组和下毛细管组交错布置。

8.如权利要求7所述的喷淋头，其特征在于，喷淋组件的外围环绕有冷却水环。

9.如权利要求7所述的喷淋头，其特征在于，还包括用于分配冷却水的配流管，各冷却水腔的各个腔体的进水部位于各个腔体的内侧中心，且出水部位于各个腔体的外周位置，各进水部通过进水管连接至同一该配流管。