[實(shí)用新型]一種MOCVD反應(yīng)室

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920738382.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN210341058U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永明;馬旺;李毓鋒;王成新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/455
• 分類號(hào): C23C16/455;C23C16/46;C23C16/458
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

本實(shí)用新型涉及一種解決GaN基LED外延片生長(zhǎng)翹曲過(guò)大的MOCVD反應(yīng)室，包括上蓋、側(cè)壁、底蓋、噴頭、托盤(pán)，所述底蓋上設(shè)置有尾氣出口，所述底蓋上還設(shè)置有所述托盤(pán)，所述側(cè)壁內(nèi)設(shè)置有所述噴頭，所述上蓋內(nèi)向下設(shè)置有頂部加熱器，所述底蓋上設(shè)置有兩個(gè)底部加熱器，兩個(gè)所述底部加熱器位于尾氣出口的兩側(cè)，所述底部加熱器位于所述托盤(pán)與所述底蓋之間。通過(guò)頂部加熱器、底部加熱器實(shí)現(xiàn)MOCVD反應(yīng)室內(nèi)上下同時(shí)加熱，避免了單面加熱時(shí)造成的熱應(yīng)力不同引起的翹曲。只需要調(diào)節(jié)頂部加熱器、底部加熱器的溫度，即可調(diào)節(jié)外延表面的凹凸，避免調(diào)整長(zhǎng)速、厚度造成的電參數(shù)波動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種解決GaN基LED外延片生長(zhǎng)翹曲過(guò)大的MOCVD反應(yīng)室，屬于光電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MOCVD是在氣相外延生長(zhǎng)(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型氣相外延生長(zhǎng)技術(shù)。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機(jī)化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)各種Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。

目前，主流生長(zhǎng)GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管(LED)的外延爐，加熱器在下部加熱石墨托盤(pán)，以Ⅲ、Ⅴ族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)源材料，以熱分解反應(yīng)方式在Al2O3襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)各種Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。在外延生長(zhǎng)過(guò)程中，加熱器以輻射傳導(dǎo)的形式加熱石墨托盤(pán)，襯底再接受以熱傳導(dǎo)或輻射的形式底部受熱，使得襯底受熱不均產(chǎn)生應(yīng)力，使表面張力發(fā)生變化，襯底中心出現(xiàn)凹或凸出產(chǎn)生翹曲，導(dǎo)致襯底的中心和邊緣波長(zhǎng)一致性低，片內(nèi)均勻性不一致，生長(zhǎng)大尺寸襯底困難。

當(dāng)前使用的Al2O3襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料，藍(lán)寶石屬于三方晶系，具有六方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為： a＝b＝4.758A,c＝12.991A，硬度很高，為莫氏硬度9級(jí)，具有很好的透光性，熱傳導(dǎo)性和電氣絕緣性，力學(xué)機(jī)械性能好，并且具有耐磨和抗風(fēng)蝕的特點(diǎn)。藍(lán)寶石晶體的熔點(diǎn)為2050℃，沸點(diǎn)3500℃，最高工作溫度可達(dá)1900℃；氮化鎵晶格常數(shù)為0.452nm，晶格對(duì)稱性比較低(為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)或四方亞穩(wěn)的閃鋅礦結(jié)構(gòu))，禁帶寬度大(3.4eV)，熱導(dǎo)率高(1.3W/cm-K)，則工作溫度高，擊穿電壓高，抗輻射能力強(qiáng)，GaN易與AlN、InN等構(gòu)成混晶，能制成各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于Al2O3襯底和氮化鎵材料的特性，需要生長(zhǎng)GaN的基層提升晶格適配和石墨托盤(pán)的構(gòu)造來(lái)調(diào)節(jié)翹曲，由于是底層加熱造成的翹曲，通過(guò)基層調(diào)整和石墨托盤(pán)構(gòu)造很難消除翹曲對(duì)外延片均勻性和良率的不良影響，增加上部加熱可以有效的降低翹曲的產(chǎn)生，提高片內(nèi)的均勻性。

為了減輕翹曲對(duì)外延片的影響，首先，在Al2O3上生長(zhǎng)GaN、AlGaN基層，降低Al2O3和GaN 之間的晶格存在失配產(chǎn)生位錯(cuò)影響晶體質(zhì)量，同時(shí)用調(diào)節(jié)GaN、AlGaN的生長(zhǎng)溫度、長(zhǎng)速、厚度來(lái)對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程中的翹曲進(jìn)行微調(diào)。這樣使用生長(zhǎng)材料牽制Al2O3襯底形變的方式減小翹曲，無(wú)法從根本上解決Al2O3底部受熱生成的翹曲。

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN103296151A(申請(qǐng)?zhí)?01210051923.0)公開(kāi)了一種降低LED外延翹曲應(yīng)力的方法，本實(shí)用新型提供一種降低LED外延翹曲應(yīng)力的方法，在藍(lán)寶石襯底上外延一GaN緩沖層，而后在GaN緩沖層上三維生長(zhǎng)GaN層，形成具有島狀表面的GaN外延片；降溫后，在島狀表面的GaN 外延片上外延包括GaN層和Al1-xGaxN層的雙層薄膜，然后多次重復(fù)外延雙層薄膜，以形成所述島狀表面GaN外延片上的超晶格；在超晶格上二維生長(zhǎng)GaN層，完成在藍(lán)寶石襯底上GaN基礎(chǔ)層的制備。本實(shí)用新型工藝調(diào)節(jié)翹曲方式只能小幅度改善翹曲，無(wú)法消除因生長(zhǎng)溫度引起翹曲。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種解決GaN基LED外延片生長(zhǎng)翹曲過(guò)大的MOCVD 反應(yīng)室；

針對(duì)現(xiàn)有氮化鎵外延片生長(zhǎng)過(guò)程翹曲無(wú)法有效控制的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型能顯著改善GaN基藍(lán)綠光LED外延片翹曲的生長(zhǎng)方法，有效提高外延片的片內(nèi)利用率，使生長(zhǎng)大尺寸外延片變的簡(jiǎn)單。