[發明專利]可實現氮化物晶體同質外延的氣相外延沉積裝置

無效

• 申請號: 201110341401.X
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN103088414A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 甘志銀
• 申請（專利權）人: 甘志銀
• 主分類號: C30B25/10
• 分類號: C30B25/10;C30B29/40
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種可實現氮化物同質外延的氣相外延沉積裝置。

背景技術

以氮化鎵(GaN)基化合物為代表的氮化物材料具有能帶寬、飽和電子速率高、擊穿電壓大、介電常數小等特點。對于GaN而言，其化學性質穩定，耐高溫、耐腐蝕，非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件以及藍、綠光和紫外光電子器件，因此GaN基化合物材料目前已成為飛速發展的研究熱點。

GaN基半導體材料的生長方法主要有金屬有機物氣相外延沉積法(MOCVD)、氫化物氣相外延沉積法(HVPE)和分子束外延法(MBE)等方法。其中MOCVD是最常用的技術之一，具有晶體質量高、均勻性好、操作簡單、容易控制等優點。HVPE法具有很高的生長速度，可達每小時幾十甚至上百微米，十分適于生長厚膜GaN襯底，但由于生長速率快，外延薄膜容易產生裂紋，而且均勻性也有待提高。MBE法生長速率慢，目前生產上極少采用。

目前，氮化物材料生長面臨的最主要的問題在于缺乏合適的襯底。因為直接合成GaN單晶比較困難，需要高溫高壓的條件，而且生長出來的單晶尺寸小，不能滿足生產的要求。因此，目前商業化的GaN基器件基本都是采用異質外延，使用的襯底材料主要有藍寶石、碳化硅和硅等，這些襯底與GaN材料之間的晶格失配和熱失配較大，導致材料中存在較大的應力并產生較高的位錯密度，不利于GaN基器件性能的提高。如果能在GaN上進行同質外延生長，就可很大程度地減少缺陷，使器件的性能有巨大的飛躍。目前生長GaN體單晶的方法主要包括高溫高壓法、升華法、Na熔融結晶法和氫化物氣相外延法，其中前三種方法對設備和工藝都有很高要求，并且難以實現大尺寸GaN單晶，無法滿足商業化的要求，而氫化物氣相外延(HVPE)技術具有設備簡單、成本低、生長速度快等優點，已成為生長GaN厚膜最為有效的方法。

如能利用HVPE與MOCVD各自的優勢，生長高質量的GaN厚膜并以它為襯底進行同質外延，就可大大改進氮化物晶體的質量，提高器件性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種可實現氮化物晶體同質外延的氣相外延沉積裝置。

為實現上述目的，本發明提供的氣相外延沉積裝置，包括：一金屬氯化物供應腔和一金屬有機化合物氣相外延反應腔(簡稱：氣相外延反應腔)；其中：金屬氯化物供應腔外部設有加熱裝置；該供應腔外部設有通氣管道，通入氯化氫反應氣體或者氫氣、氮氣等載氣；該供應腔內部設有一石英舟以放置金屬源，使氯化氫與之反應生成金屬氯化物；該供應腔設有反應氣體及載氣通道，生成的金屬氯化物反應氣體通過載氣攜帶進入氣相外延反應腔內進行氮化物材料的生長；金屬有機化合物氣相外延反應腔下部設有一承載金屬源的載片盤以放置襯底材料；氣相外延反應腔上部設有一個反應氣體進氣裝置，可使鎵、銦、鎂、鋁的有機物反應氣體、V族源反應氣體如氨氣以及硅烷等摻雜源氣體進入反應腔，反應氣體流動到襯底表面進行反應生長氮化物材料；載片盤下方和上方設有加熱裝置以調節反應腔內部的溫度梯度分布，以同時滿足反應腔內氫化物氣相外延及金屬有機物化學氣相外延所需要的反應條件。

所述氣相外延反應腔內載片盤上方的加熱裝置可由耐高溫材料制造，如用不同金屬材料：鎢、鉭等；載片盤上方的加熱裝置的加熱元件為行列式網狀布置。

本發明的優點是通過在載片盤上方和下方設置加熱裝置改變反應腔內的溫度梯度分布，結合氫化物氣相外延與金屬有機物化學氣相外延各自的優點，在同一個反應腔內可實現氫化物氣相外延與金屬氧化物氣相外延，從而實現同質外延。該方案也可以獨立在金屬有機化合物氣相沉積設備上使用，通過改變襯底片上的溫度梯度，大大改進氮化物晶體的質量與生長速度，來提高金屬有機化合物氣相外延設備的性能。

附圖說明

圖1為本發明裝置的設計示意圖；

圖2為實施例二中的加熱裝置示意圖；

圖3為實施例三中的加熱裝置示意圖；

圖4為實施例四中的加熱裝置示意圖；

圖5為實施例五中的加熱裝置示意圖。