金屬有機化合物氣相沉積技術倒置式生長反應器的製作方法
2023-09-19 04:15:10
專利名稱：金屬有機化合物氣相沉積技術倒置式生長反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於晶體生長領域，涉及金屬有機化合物氣相沉積技術(MOCVD)生長晶體薄膜材料，特別是一種倒置式安放襯底的新式反應器。
通常的MOCVD工藝生長半導體化合物薄膜材料的反應器中，襯底晶片是平放在石墨加熱塊上方的，外延面朝上，讓反應源氣體平流過生長表面，並在合適的工藝條件下生長上一層外延薄膜。這種安放襯底的方式，雖然十分簡單，但是反應過程中的預分解物，以及其他微粒容易沉積到外延表面上，以至玷汙破壞外延面的完整性與平整度，影響膜的結晶特性。因此有必要對這種襯底樣品的放置方式進行改進。
本實用新型的目的在於提供一種帶有過濾及自補給汞源裝置的金屬有機化合物氣相沉積技術倒置式生長反應器。
本實用新型的目的通過以下技術方案完成本金屬有機化合物氣相沉積技術倒置生長反應器，除石黑加熱體外，其餘均為石英製成，包括石墨加熱塊，石英擱架，在襯底片前方設置的Hg舟，Hg收集池，Hg舟和Hg收集池連接管，均在水平式常壓開管腔體內，腔體外置有射頻線圈，在腔體內靠近上腔壁，置有供放置外延襯底片的石英擱架，支撐襯底片，襯底外延面向下，面向反應物主氣流，石墨加熱塊置於襯底上方，並緊貼襯底片；在生長反應器的後部設有Hg收集池，其收集的Hg通過連接管重新流回前部的Hg舟。另外在所說的在襯底片前方設置的Hg舟上方設置有Hg蒸氣導引片，在Hg蒸氣導引片的上方設置有Hg蒸氣壓調節板，通過Hg蒸氣壓調節板位置的前後移動，調節反應器內的Hg蒸氣壓。
為方便地說明技術方案，先對本實用新型的附圖作簡要說明。
圖1為該裝置的側視圖。
圖2為該裝置中襯底倒置部分的橫截面圖。
圖3為Hg源提供部分的示意圖。
圖4為Hg收集和回流部分的示意圖。
下面對本實用新型的具體實施結合附圖進一步闡明。本裝置包括石墨加熱塊1，石英擱架4，Hg舟5，Hg蒸氣導引板8，Hg收集池6，Hg舟和Hg收集池連接細管11，以及Hg蒸氣壓調節板10等主要部件。在水平式常壓開管腔體外，置有射頻線圖3。外延襯底片2放置於石英擱架上，靠近上腔壁，其外延面9朝下，面向反應物主氣流。石墨加熱塊1置於襯底上方，石墨塊緊貼襯底，在石墨加熱塊的前後設有阻止石墨在水平面內自由移動的機構。氫氣攜帶著源氣流經過Hg上方舟後，流經外延襯底表面，在合適的生長條件下，獲得外延層。
在襯底前方放置Hg舟5，Hg舟上方設置Hg蒸氣導引片8，它的作用是，一方面將Hg蒸氣導入反應室，加入反應主氣流，參與外延膜的生長；另一方面是阻擋反應源氣流與Hg液面直接接觸，避免有機源與Hg的反應，減少反應產物沉積在Hg源中。在Hg蒸氣導引片8的上方設置有Hg蒸氣壓調節板10，通過移動調節板10的前後位置，可控制Hg源的有效蒸發麵積，從而達到控制Hg壓的目的。
Hg收集池6設置於反應主氣流下遊，位於石墨加熱區外較冷的地方。在Hg舟5和Hg收集池6的底部各開有一小孔12和7，並通過一細石英管11連通，這樣，Hg舟和Hg收集池中的Hg液面同高，均淹沒小孔12和7。主氣流中的Hg蒸氣進入該冷區後，冷凝下來，沉降到具有收集斜面的Hg收集池6中。同時，隨同沉積的還有部分反應產物，在Hg液表面呈灰塵狀，並聚集成較大的顆粒。收集的Hg液通過小孔7重新流回前部的Hg舟5，參與生長過程Hg蒸氣的提供，從而提高了Hg的利用效率。而Hg收集池中的灰塵顆粒總是浮在Hg液的表面，並大大高於孔7的上邊緣，不會穿過小孔7的進入前部的Hg舟，從而起到對Hg收集池中灰塵的過濾作用，使得流回前部Hg池中的Hg均為清潔Hg。
本實用新型與現有技術相比，具有明顯的有益效果。首先，一旦反應室內生成的微塵，也不易沉積到外延表面上去，獲得的外延表面平整、乾淨。第二，該倒置方式與普通的生長面朝上的方式相比，外延生長速率沒有明顯的影響，外延膜的橫向均勻性相近。提高了外延生長的成品率和外延材料的利用率。第三，Hg的利用率顯著提高，較好地解決了生長厚的外延層時，Hg舟中的有限Hg量由於液面下降或蒸發麵的減小而導致的Hg蒸氣分壓的不穩定，保證了外延層縱向方向上的組分均勻性。第四，由於減少了加Hg的次數，使得雜質引入的機會大大減小。第五，設置的Hg蒸氣導引片，阻止了氣源流與Hg液面的直接接觸，Hg蒸氣壓調節板在氣流方向上前後移動，改變Hg舟的有效蒸發麵積，從而控制反應器腔體內的Hg蒸氣分壓。
採用本裝置，已獲得了具有良好的電學特性和光學特性的HgCdTe/CdTe/GaAs外延材料。
權利要求1.一種金屬有機化合物氣相沉積技術倒置生長反應器，除石黑加熱體外，其餘均為石英製成，包括石墨加熱塊(1)，石英擱架(4)，在襯底片前方設置的Hg舟(5)，Hg收集池(6)，Hg舟和Hg收集池連接管(11)，均在水平式常壓開管腔體內，腔體外置有射頻線圈(3)，其特徵在於a.腔體內靠近上腔壁，置有供放置外延襯底片的石英擱架(4)，支撐襯底片(2)，襯底外延面(9)向下，面向反應物主氣流，石墨加熱塊(1)置於襯底上方，並緊貼襯底片(2)；b.在生長反應器的後部設有Hg收集池(6)，其收集的Hg通過連接管(11)重新流回前部的Hg舟(5)。
2.根據權利要求1所述的一種金屬有機化合物氣相沉積技術倒置式生長反應器，其特徵在於所說的在襯底片前方設置的Hg舟(5)上方設置有Hg蒸氣導引片(8)，在Hg蒸氣導引片(8)的上方設置有Hg蒸氣壓調節板(10)，通過Hg蒸氣壓調節板(10)位置的前後移動，調節反應器內的Hg蒸氣壓。
專利摘要本實用新型提供了一種金屬有機化合物氣相沉積技術倒置式生長反應器。在水平式常壓開管腔體內,置有石英擱架,外延襯底片放置在擱架上。加熱石墨塊緊貼襯底,置於襯底片上方。襯底片外延面朝向下面的反應物主氣流。在前部的Hg池上方,設置有Hg蒸氣導引片,反應器的後部設有收集、過濾回流的Hg收集池,設置的Hg蒸氣壓調節板在氣流方向上前後移動,改變Hg舟的有效蒸發麵積,從而控制反應器內的Hg蒸氣分壓。
文檔編號C30B25/00GK2294270SQ9622243
公開日1998年10月14日 申請日期1996年12月11日 優先權日1996年12月11日
發明者何進, 俞振中, 馬可軍, 沈壽珍, 許平 申請人:中國科學院上海技術物理研究所