[發明專利]腔壁溫度可由生長程序實時設置的氣相外延反應管

無效

• 申請號: 201210353647.3
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN103668115A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 江風益;劉軍林;方文卿;蒲勇;徐龍權
• 申請（專利權）人: 南昌黃綠照明有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C30B25/14
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 張文

技術領域

本發明涉及半導體材料制造設備，尤其涉及一種腔壁溫度可由生長程序實時設置的氣相外延反應管。

背景技術：

當前，全世界正興起規模宏大的節能減排運動，半導體照明（即發光二極管，LED）是其中一種有效措施，但是，若要走進中國的千家萬戶，還要大大降低成本，并繼續提高電光轉換效率。當前金屬有機化學氣相沉積設備（MOCVD）的生產廠家只有德國的AIXTRON、美國的VEECO和英國Thomasswan公司（簡稱TS）三家。目前，這三家生產的三種MOVCD的反應管的腔壁溫度都是恒定的，無法在生長過程中，由外延生長程序實時設定與控制。而經過申請人研究，腔壁溫度的實時控制對摻雜、界面陡峭、外延片的波長均勻性、MOCVD本身節能等均有益處，通過實時控制腔壁溫度，可生產電光轉換效率更高的LED。

LED的外延層是由幾十層外延材料組成，每層的生長溫度、成份組成、摻雜種類可能都不一樣。一般都希望這些層的材料成份嚴格受控，但在LED外延層生長過程中，前一層的生長原料及摻雜物質會吸附在腔壁中，并一直慢慢釋放，從而影響材料生長質量，最后影響LED的電光轉換效率。目前，英國Thomasswan公司的腔壁溫度是由冷卻水的溫度來恒定設置的，一般設置在50-60℃，一旦設定，生長過程中便不再更改，更不能由生長程度控制。其它兩家的MOCVD設備也是如此。

當反應管開爐裝片或取片時，空氣中的氧及水也會吸附到反應管壁，這些外來氣體對外延材料的質量控制均有影響，也影響生產的穩定性。為減少裝、取片時的外來氣體的影響，一般要將反應管置于氮氣環境（手套箱）中或全部由機械手操作，這些裝置的成本也很高，且操作極不方便。盡管使用這些措施可減少外來氣體的影響，但維修時，反應管還是要暴露在大氣中，往往維修后，反應管要長好幾爐才能恢復，有時剛剛正常，又要拆開反應管，這樣循環往復，維持外延生產非常痛苦，也造成極大的浪費。

要在生長過程中及時清除上一層（或上幾層，甚至是前幾爐）吸附在腔壁的雜質氣體，就要讓反應管的腔壁能加熱并在線由生長程度控制腔壁的溫度，通過加溫讓雜質脫附，但在關鍵層生長時，又要能降低腔壁溫度，從而及時減少甚至結束雜質從腔壁的脫附。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種腔壁溫度可由生長程序實時設置的氣相外延反應管，這種氣相外延反應管通過對腔壁的實時在線變溫，加速腔壁雜質氣體的脫附，控制腔壁吸附的雜質氣體對外延層材料的影響，從而改善外延襯底的質量，提高電光轉換效率和外延生長設備的可控性，降低生長成本。

本發明的目的是這樣實現的：

一種腔壁溫度可由生長程序實時設置的氣相外延反應管，包括反應室和控制系統，在反應室內安裝有MOCVD加熱器，在MOCVD加熱器的上面依次從下至上安裝有石墨襯底基座和外延襯底，MOCVD加熱器對石墨基座進行加熱控溫，石墨基座對外延襯底進行加熱，在反應室內、外延襯底的上方安裝有正對外延襯底且與外延襯底間隔放置的MOCVD噴頭，在反應室的頂板中間設有一個進氣孔，在反應室的底板兩邊各設有一個排氣孔，特征是：在反應室內壁的頂部、底部和四周側壁上設有封閉的循環介質通道，在反應室的左側壁和右側壁上分別設有反應室循環介質入口和反應室循環介質出口，反應室循環介質入口將循環介質通道和恒溫機的恒溫機循環介質出口連接在一起，反應室循環介質出口將循環介質通道和恒溫機的恒溫機循環介質入口連接在一起，使得循環介質在反應室的循環介質通道和恒溫機之間循環流通；反應室和恒溫機受控制系統控制。

循環介質為導熱油、水或液態鈉中的一種，循環介質的溫度在20-600℃。導熱油的溫度為20-350℃，液態鈉的溫度為100-600℃。

本發明由于在反應室內壁的頂部、四周側壁上設有封閉的循環介質通道，并與恒溫機連通，循環介質就可以在反應室的循環介質通道和恒溫機之間循環流通.循環介質除維持腔壁溫度外，還起到冷卻反應室的作用。反應室在控制系統的控制下保持反應室內的MOCVD加熱器的加熱溫度，恒溫機在控制系統的控制下保持恒溫機中的循環介質的溫度。

工作過程如下：當外延襯底放入反應室后，整個溫度的控制程序如下：反應室內的溫度升到中等溫度后（如400℃），恒溫機設到較高溫（如150℃），對反應室進行低壓除氣，此時一方面用高純氣進行變壓力沖洗，另一方面，高溫可促使腔壁上的雜質氣體脫附。這些雜質氣體可以是上一爐的殘留氣體，也可以是打開反應室后吸附在腔壁上的氧及水氣。