[發明專利]一種氫化物氣相外延用的噴頭結構

在審

• 申請號: 201711372847.2
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108048901A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 黃業;劉鵬;李成明;左然
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B25/14
• 分類號: C30B25/14;C30B29/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林;楊桂洋

本發明公開了一種氫化物氣相外延用的噴頭結構，包括圍合封閉的圈壁和噴管，所述圈壁的上端和下端均為開口結構，圈壁內設置至少一塊隔板，該隔板將圈壁的內部空間分隔成至少兩個腔體，噴管設在圈壁內且從上往下穿過隔板延伸至噴頭反應腔，噴頭的底面延伸至反應腔，隔板上設有若干通氣孔，隔板上設置通氣孔后形成為噴頭。本發明控制GaCl在反應腔襯底上方形成均勻的濃度場，從而生長出均勻性好，質量高的氮化鎵晶片。

技術領域

本發明涉及一種氫化物氣相外延用的多層噴頭結構。

背景技術

氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導體材料，廣泛應用于藍光LED和高溫高頻大功率電子器件的制備。氫化物氣相外延（Hydride vapor phase epitaxy,HVPE）技術具有生長速率高（最高可達800μm/h），生產成本低等特點，非常適合氮化鎵（GaN）晶片的大批量生產。氮化鎵（GaN）晶片厚度均勻性和晶體質量是保持市場競爭力的關鍵。通常NH3極易擴散由于其物理特性極易擴散，且通入反應腔內的量遠大于GaCl，因此保證氮化鎵（GaN）晶片度均勻性和晶體質量的關鍵是使得GaCl濃度均勻分布在襯底表面。

目前氫化物氣相外延（HVPE）技術所使用的噴頭大多由石英或陶瓷材料制作成的多根圓管組合成的噴淋式噴頭，由于石英或陶瓷材料易碎的特點，為保證GaCl濃度均勻分布在襯底表面，需要將圓管加工成細管，但在輸運或者裝配過程中，小管又極易斷裂。這導致不得不使用直徑較大的圓管，但又會導致GaCl到達襯底時濃度分布極不均勻，最后使得氮化鎵（GaN）晶片生長均勻性和生長質量都較差。

因此，對于氫化物氣相外延（HVPE）技術使用的噴頭進行改進是十分有必要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種氫化物氣相外延用的噴頭結構，控制GaCl在反應腔襯底上方形成均勻的濃度場，從而生長出均勻性好，質量高的氮化鎵晶片。

為了解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案：

一種氫化物氣相外延用的噴頭結構，包括圍合封閉的圈壁和噴管，所述圈壁的上端和下端均為開口結構，圈壁內設置至少一塊隔板，該隔板將圈壁的內部空間分隔成至少兩個腔體，噴管設在圈壁內且從上往下穿過隔板延伸至噴頭反應腔，噴頭的底面延伸至反應腔，隔板上設有若干通氣孔，隔板上設置通氣孔后形成為噴頭。

所述隔板至少設置兩個，不同隔板上的通氣孔的大小相同或者不相同。

所述不同隔板上的通氣孔正對設置，或者錯位設置。

所述不同隔板上的通氣孔的形狀相同或者不相同。

所述不同隔板上的通氣孔的數量相同或者不相同。

所述圈壁、隔板和噴管均由石英或者陶瓷材料制成。

所述噴管上設有流量開關。

所述噴管至少設置一根。

本發明解決了由于石英和陶瓷材料加工成小管在輸運和裝配過程中易碎，使得氫化物氣相外延（HVPE）技術無法進一步將噴頭上的噴管加工得較細，最終導致生長的GaN均勻性和生長質量較差的問題。從而實現GaN均勻性和生長質量大幅提升，增加市場競爭力。本發明多重噴頭使用在高溫下不與HCl 、GaCl、H2和NH3發生化學反應，且在高溫下熱膨脹系數較低的石英或陶瓷制作，因此在高溫下使用不會對材料生長及對設備產生影響；噴頭設置成與反應腔相同的形狀，不存在裝配不適問題。噴頭上的每根噴管上都由獨立的流量計控制，根據實際生長需要控制通入反應腔內的流量，對工藝調試具有極大幫助。噴頭每重腔體的目的都是為了控制GaCl在反應腔襯底上方形成均勻的濃度場，從而生長出均勻性好，質量高的氮化鎵(GaN)晶片，利用噴頭實現單種物質的均勻輸送。