[实用新型]改进衬底气流方向的HVPE反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通过对基板表面均匀地供应气体来生长薄膜的氢气气相生长(HVPE)反应器，具体涉及一种提高注入整个反应器内部的气体供应和其均衡度，以完成更高水平的薄膜生长的HVPE反应器。

背景技术

HVPE是化学气相沉积设备的一种，在GaN的生长过程中由Ga和N的先驱的气相变化和反应，利用非平行生长方法的半导体工程设备。反应器内部注入III-V族气体，通过气体的热解和化学反应，让基板上生长氮化物后成膜。因为氮化物的生长效率非常高，生长速度非常快，比别的生长方法相比较，保养费和生产成本低很多，因为反应机理较简单，所以维持简单。

如图1，为现有HVPE反应器的结构示意图，包括与外部隔离的石英管1，设于石英管1内部用于固定基板S的基板座2，为了在基板S上形成薄膜而喷射气体的气体管。石英管1的两面开口，为了使内部真空密封，两个开口分别都会以对接2个尺寸不同的法兰F密封；气体管包括3根喷射不同气体的进气管一3、进气管二4、进气管三5；根据生产需要在石英管1外侧设置管型加热器H。

在进气管一3中通入氮气流通，使石英管1内部产生恒定的气体流动；在这气体流动中，往进气管二4中通入氯化物气体产生化学反应的固体物6；然后在进气管一3中通入氨气，完成生长。为了固体物6源的放入，进气管二4的管径较其它两根进气管的管径大(图1中箭头为气体流动方向)。

上述反应器存在以下问题：

因为石英管1的形状为圆形，所以不适合使基板座2变为可旋转的。为了替换导入在进气管二4内部的固体物，先要分离石英管1装有进气管一侧的法兰F，再把射入在进气管二4内部的固体物6取出。因为进气管二4在石英管1内的端部位于其管径中心，有一定的深度，所以为了流入的气体和固体物6独立地反应，须要要把3根进气管设置成较长的形状，造成操作不易。而且，也造成生产所需要的气体量有所增加，对生产成本造成影响；构造上水平结构的原因，形成随着气体流动方向，温度上升，出现对流和扩散现象，通过进气管一3和进气管二4的气体因为上述两种现象，在基板S上前端和后端的固体物6和氨气分离的氮气的构成比有差异，即基板S上薄膜生长层的固体物6和氮气的比例不均匀，基板S内部的气体流向前端和后端的生长率会调换，多数的基板S都不能获取均衡的特性。此外，对流和扩散现象妨碍层流现象，使已反应的气体不会生长在基板S上。水平结构的反应器的基板座2的不均衡的温度，使基板S上生长层上产生不均匀的现象。固定的基板S表面的气体速度无法改变，制约最适合的生长条件，

另一方面，为了生长数量更多的基板S，要在大面积形成恒定温度，为此需要很长的加热管H。一般来说，一张以上的基板S很难被使用，因其厚度，均匀性等品质方面有不好的倾向。尤其是反应气体的效率低，厚膜的生长经济性低下，3根进气管和基板座2之间有一定距离，导致产生对生长毫无用处的气体产生化学反应，产生很多副产品，对后处理产生一定的难度。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有HVPE反应器中存在的对流和扩散现象，导致基板S上的反应不均匀的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种改进衬底气流方向的HVPE反应器，其特征在于，包括壳体，壳体的顶部设有主干，壳体内设有基板座，主干的一侧设有喷射管一、喷射管二，另一侧设有进气管二、进气管三；基板座上设有基板；基板座中心设有进气管一，进气管一的上下两端从基板座中露出，其中顶端设有喷射孔；基板座与壳体内壁之间的间隙形成排气口。

优选地，从所述进气管一喷射孔的开孔方向为：从该孔流出的气体向水平面流动。

优选地，所述喷射管一、喷射管二和进气管二、进气管三分别位于喷射板中心的两侧，且一字排开，喷射管二和进气管二更靠近喷射板中心。

进一步地，所述喷射管二、进气管二穿过主干设于壳体内的端部设有比其自身管径大的喷射板。

本实用新型提供的反应器内部空间有可容纳多块基板的基板座，也有从外部供应的反应气体供入内部空间的喷射装置，使从进气管一通入的第一反应气体供应部分，从进气管二通入的形成其他第二反应气体供应部分。而第一反应气体和第二反应气体是各有独立的滞留空间，这两种气体从各自的滞留空间流入反应器内部时，第一反应气体通过水平方向，第二反应气体通过垂直方向互相混合。这种方式混合的气体在内部的基板上生长，生长完的反应气体和副产品通过排气口排到外部。