双面生长型MOCVD反应器

摘要

本发明公开了一种双面生长型金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器，包括：反应室；位于反应室内壁上表面的第一石墨盘，第一石墨盘上设有第一承载槽，第一承载槽的周围设有卡持部件；位于反应室内壁下表面的第二石墨盘，第二石墨盘上设有第二承载槽；位于反应室顶部中心位置的进气口，进气口的横截面为三层同心圆结构，由内到外依次为圆形的第一氢化物气源入口、环形的金属有机物气源入口以及环形的第二氢化物气源入口；位于反应室侧壁的出气口；以及分别位于第一石墨盘及第二石墨盘背面的两套加热系统。该双面生长型MOCVD反应器，一方面可提高反应气体的利用效率，另一方面可大大提高薄膜产量。

权利要求

1.一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于，包括：反应室；

位于所述反应室内壁上表面的第一石墨盘，所述第一石墨盘上设有第一承载槽，所述第一承载槽的周围设有卡持部件；

位于所述反应室内壁下表面的第二石墨盘，所述第二石墨盘上设有第二承载槽；

位于所述反应室顶部中心位置的进气口，所述进气口的横截面为三层同心圆结构，由内到外依次为圆形的第一氢化物气源入口、环形的金属有机物气源入口以及环形的第二氢化物气源入口；

位于所述反应室侧壁的出气口；

以及分别位于第一石墨盘及第二石墨盘背面的两套加热系统。

2.根据权利要求1所述一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于：所述出气口由均匀分布在反应室侧壁的多个孔洞组成。

3.根据权利要求1所述一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于：所述第一承载槽与所述第二承载槽相对布置。

4.根据权利要求1所述一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于：所述第一石墨盘上设有以所述进气口呈中心对称的多个第一承载槽，所述第二石墨盘上设有多个第二承载槽，分别与其上的多个第一承载槽一一对应。

5.根据权利要求1所述一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于：所述进气口中的第一氢化物气源入口、金属有机物气源入口以及第二氢化物气源入口的面积比为

1∶1∶1。

6.根据权利要求1所述一种双面生长型MOCVD反应器，其特征在于：所述两套加热系统均为灯丝加热系统。

说明书

双面生长型MOCVD反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体薄膜沉积设备，特别涉及一种双面生长型金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器。

背景技术

[0002] 以GaN为代表的新一代半导体材料以其宽直接带隙(Eg＝3.4eV)、高热导率、高硬度、高化学稳定性、低介电常数、抗辐射等特点获得了人们的广泛关注，在固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。按中国2002年的用电情况计算，如果采用固态照明替代传统光源，一年可以省下三峡水电站的发电量，有着巨大的经济、环境和社会效益。在光信息存储方面，以GaN为基础的固体蓝光激光器可大幅度提高光存储密度。正因为这些优点，GaN及其合金被寄予厚望。高亮度InGaN/GaN量子阱结构LEDs已经商品化。

[0003] 目前商用GaN薄膜及其器件和红黄光LED外延生长基本采用金属有机化学气相沉积(MOCVD，metal-organic chemical vapor deposition)系统。金属有机化学气相沉积是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术，它利用较易挥发的有机物作为较难挥发的金属原子的源反应物(MO源)，通过载气携带到反应室内，与氢化物(hydride)反应，在加热的基片上生成GaN等薄膜。MOCVD系统一般包括：源供给系统、气体输运系统、反应室、加热系统、尾气处理系统、控制系统、晶片取放系统等。通常MOCVD反应器一般包括反应室、加热系统，以及进气口和出气口等。

[0004] 目前世界上主流的MOCVD系统分为三种，其一为aixtron公司的行星式系统，其二为aixtron公司的showerhead系统，其三为美国Veeco公司的TurboDisc系统。随着半导体照明市场和技术的发展，MOCVD设备也跟着同步发展，从最初的一片机，到后来的6片机、7片机，再到后来的19片机、21片机，及至如今的45片机、55片机，MOCVD系统越做越大，其核心目的之一就是为了提高产能。在此，本发明为提高设备产能提供一条全新的思路。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于提供一种双面生长型金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种双面生长型MOCVD反应器，包括：

[0008] 反应室；

[0009] 位于所述反应室内壁上表面的第一石墨盘，所述第一石墨盘上设有第一承载槽，所述第一承载槽的周围设有卡持部件；

[0010] 位于所述反应室内壁下表面的第二石墨盘，所述第二石墨盘上设有第二承载槽；

[0011] 位于所述反应室顶部中心位置的进气口，所述进气口的横截面为三层同心圆结构，由内到外依次为圆形的第一氢化物气源入口、环形的金属有机物气源入口以及环形的第二氢化物气源入口；

[0012] 位于所述反应室侧壁的出气口；

[0013] 分别位于第一石墨盘及第二石墨盘背面的两套加热系统。

[0014] 作为本发明的优选方案，所述出气口由均匀分布在反应室侧壁的多个孔洞组成。

[0015] 作为本发明的优选方案，所述第一承载槽与所述第二承载槽相对布置。

[0016] 作为本发明的优选方案，所述第一石墨盘上设有以所述进气口呈中心对称的多个第一承载槽，所述第二石墨盘上设有多个第二承载槽，分别与其上的多个第一承载槽一一对应。

[0017] 作为本发明的优选方案，所述进气口中的第一氢化物气源入口、金属有机物气源入口以及第二氢化物气源入口的面积比为1∶1∶1。

[0018] 作为本发明的优选方案，所述两套加热系统可以均为灯丝加热系统，也可以采用其他加热方式，可分别控制反应室上下表面的温度。

[0019] 本发明的有益效果在于：目前市场上商业化的MOCVD设备，包括aixtron公司的行星式系统、showerhead系统，以及美国Veeco公司的TurboDisc系统，反应器中衬底都是单面放置，而本发明设计的双面生长型MOCVD反应器可以双面放置衬底；采用特别设计的三层同心圆结构进气口，使反应气体到达反应室之后分为上中下三层，并向上下两层放置的衬底扩散，从而可双面同时生长薄膜；采用上下两层独立的加热系统可以单独控制上下衬底的温度，从而达到精确控温、提高一致性的目的。

[0020] 综上所述，本发明的双面生长型MOCVD反应器，一方面提高了反应气体的利用效率，另一方面大大提高了薄膜产量。

附图说明

[0021] 图1是本发明实施例中双面生长型MOCVD反应器的结构示意图。

[0022] 图2是本发明实施例中双面生长型MOCVD反应器第一承载槽的局部结构示意图。

[0023] 图3是本发明实施例中进气口的横截面示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。

[0025] 参见图1，本实施例中提供一种双面生长型MOCVD反应器，包括：

[0026] 反应室1，各气源可在反应室1内反应生长所需薄膜；

[0027] 位于所述反应室1内壁上表面的第一石墨盘21，所述第一石墨盘21上设有第一承载槽31，承载槽用于承载衬底，所述第一承载槽31的周围设有卡持部件4，用于卡持衬底，从而将衬底固定在反应室1的上表面，该结构的局部放大图如图2所示；

[0028] 位于所述反应室1内壁下表面的第二石墨盘22，所述第二石墨盘22上设有第二承载槽32，同样用于承载衬底，从而可以在反应室1的上下表面同时生长薄膜；

[0029] 位于所述反应室1顶部中心位置的进气口5，所述进气口5的横截面为三层同心圆结构，如图3所示，由内到外依次为圆形的第一氢化物气源(hydride)入口51、环形的金属有机物气源(MO源)入口52以及环形的第二氢化物气源(hydride)入口53；

[0030] 位于所述反应室1侧壁的出气口6，该出气口6由均匀分布在反应室侧壁一圈的多个孔洞组成，出气口放在侧壁是比较理想的选择，因为这样可以保持气流在水平方向的稳定；

[0031] 分别位于第一石墨盘21及第二石墨盘22背面的第一加热系统71和第二加热系统72。

[0032] 其中，第一承载槽31与第二承载槽32相对布置，使同时在上下表面生长的薄膜具有一致性。优选地，在第一石墨盘21上可以设有以进气口5呈中心对称的多个第一承载槽31，可以是两个、三个或更多，所述第二石墨盘22上也设有多个第二承载槽32，分别与其上的多个第一承载槽31一一对应。

[0033] 优选地，进气口5中各第一氢化物气源入口51、金属有机物气源入口52以及第二氢化物气源入口53的面积比为1∶1∶1，这样可以保证气流流速稳定。

[0034] 本实施例中的两套加热系统均为灯丝加热系统，可分别控制反应室上下表面石墨盘的温度，从而可分别控制上下表面生长衬底的温度。

[0035] 该MOCVD反应器工作时，反应气体从反应室中央注入，由于进气口采用三层同心圆结构，使注入气源从内到外分别为氢化物气源(hydride)、金属有机源、氢化物气源(hydride)，反应气体到达反应室之后分为上中下三层，中间为金属有机源，上下两层为Hydride，反应气体向装载于上下表面的衬底扩散，在衬底上沉积外延薄膜。上下表面独立的加热系统可以单独控制上下衬底的温度，达到精确控温、提高一致性的目的。

[0036] 由此可见，本发明的双面生长型MOCVD反应器，可以同时双面生长薄膜，提高了反应气体的利用效率，并且大大提高了薄膜的产量。

[0037] 本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。