[实用新型]一种用于化学气相淀积的气体导入装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于化学气相淀积的气体导入装置，进一步是指所涉及的环形气体导入装置通常放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔上部外周边。该气体导入装置由一个或多个气体导入单元组成，可以实现多股气流由化学气相淀积反应器圆柱形反应腔外周边，沿平行于水平放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔内的衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成一定夹角的径向方向由外向内导入所述反应腔内。使用该装置可以简化大型化学气相淀积反应器的设计和结构，降低制造和使用大型化学气相淀积反应器的成本。

背景技术

化学气相淀积是制造光电材料，特别是多层化合物半导体薄膜材料的主要手段，广泛应用于发光二极管，激光和微波材料的制造。一般，淀积材料由气相分解反应剂产生。含各种反应剂的气流在化学气相淀积反应器反应腔内的分布均匀性和流动稳定性会直接影响到化学气相淀积材料的性能，特别会影响到材料的均匀性、化学组分、掺杂浓度等，而气流的均匀性和稳定性又直接取决于气流导入反应腔内的方式和装置。随着反应腔尺寸的不断增加，化学气相淀积对气体导入反应腔的方式和装置提出了越来越高的要求。

一种常用的气体导入方式和装置如图1所示。该气体导入方式和装置主要应用于行星式化学气相淀积反应器反应腔，包括反应腔122，反应腔顶盖101，反应腔底盘113，反应腔侧壁111，衬底载盘106，加热装置126，气体排出装置103，气体导入装置107a，107b，和107c。使用时，不同气体组成的气流分别由气体导入装置107a，107b，和107c导入反应腔。所述气流由反应腔中央沿着与衬底载盘平行的径向方向自内向外流入放置在反应腔122外周边的气体排出装置103。当气体进入反应腔122后，不同气体之间在高温下会发生化学气相反应，并形成微小颗粒或惰性衍生物，再加上反应剂在衬底和衬底载盘106表面的淀积会造成决定化学气相淀积速度的反应剂沿气体流动方向不断减少，并导致化学气相淀积速度沿着气流方向不断减少(所述现象也称为反应剂耗尽效应)。对于圆柱形反应腔，当气体由内向外沿径向方向流动时，其圆周面积的增加也会使反应剂在气相中的质量密度和气体流速不断变小，导致化学气相淀积速度的进一步下降(所述现象也称为气流发散效应)。上述二种效应相互叠加使得沿着气流方向的化学气相淀积的均匀性很差。此外，为更换衬底和维修腔内部件等，反应腔顶盖101经常需要打开。放置在反应腔顶盖上的气体导入装置107a，107b和107c不仅增加了反应腔顶盖的设计和制造难度，也增加了成本与操作难度。为克服气流发散效应和反应剂耗尽效应引发的不均匀性，通常采用行星式衬底载盘，但对于大直径反应腔，行星式衬底载盘已难以弥补气流发散效应和反应剂耗尽效应，使反应腔尺寸的增加遇到了设计和技术上的瓶颈。

另一种常用的气体导入方式和装置如图2所示。该气体导入方式和装置主要应用于喷淋头式和涡盘式化学气相淀积反应器反应腔，包括反应腔222，反应腔顶盖201，反应腔底盘213，反应腔侧壁211，气体导入管207a，207b，气体导入盘204a，204b，衬底载盘206，和加热装置226。使用时，不同气体组成的气流分别自气体导入管207a和207b进入气体导入盘204a和204a，气体再经由气体导入盘204a和204a中相互不连通的喷嘴(或喷管)自反应腔222顶部沿垂直向下的方向导入反应腔。由于垂直气流可以均匀覆盖整个衬底载盘206，使得反应剂耗尽效应和气流发散效应对化学气相淀积的均匀性影响较小。为了达到垂直气流能均匀覆盖衬底载盘206，整个圆形气体引入盘204a或204b不得不密布由水套冷却又彼此不相通的微细喷嘴(又称喷淋头)。随着反应腔直径的不断增加，喷淋头的设计难度和制造成本越来越高。由于热应力和机械应力的作用，成千上万个由水套冷却又彼此不相通的微细喷嘴组成的喷淋头的使用寿命变得越来越短，使用成本也变得越来越高。如采用较少的气体喷嘴，为达到气体均匀覆盖衬底载盘206，就必须增加反应腔的高度，结果在反应腔222上部又会引起严重的涡流现象，影响整个化学气相淀积过程。为此，需要同步增加气体流量和高速旋转衬底载盘206(又称涡盘)来抑制上述涡流现象。随着反应腔直径的增加，简单增加气体流量已无法抑制反应腔222上部严重的涡流现象。对大直径反应器反应腔，如图2所示的气体导入方式和装置也遇到了设计和技术上的瓶颈。

很显然，现有化学气相淀积反应器反应腔内气体导入方式和装置存在本质性的缺陷，并已制约了反应器反应腔直径的进一步增加，已无法满足工业化生产的需求。