[发明专利]一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氢化物气相外延生长氮化镓反应室内产生旋转涡流的辅助装置，特别是涉及一种用于在石墨舟表面产生旋转涡流的旋转流动装置。

背景技术

氮化镓作为典型的第三代半导体代表材料之一，在白光照明、紫外光器件及可见光通信等领域都具有重要且广泛的应用前景，尤其高功率、高光强紫外波段器件在紫外固化、曝光以及医疗方面都具有独有优势，但是目前缺少同质外延衬底，导致器件的量子效率都受到严重制约，为此，发展同质外延衬底，成为当前学术界的热点。目前已有的单晶生长、氨热法等众多工艺中，氢化物气相外延(HVPE)有望成为主要方法。

HVPE技术在材料生长过程中需要面对一个重要问题，就是流场和温度场的配布，在整个反应室中，在温度均匀一致的前提下，流场的特征将决定反应室中参与反应的气体物质，也包括载气等气体在内的混合气体在石墨舟表面分布是否均匀一致，将决定最终生成的氮化镓薄膜生长速率及材料组份是否一致。目前，反应室内气体常常未得到充分混合，反应后残余尾气也常常滞留在样品表面，生长薄膜厚度及组份很难高度一致，制约了HVPE技术的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，反应源材料分布更加均匀，生成材料组份相同、厚度也相同的GaN薄膜晶体材料。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室，该反应室上设有进气机构和排气口，反应室内设有石墨舟，所述反应室内壁上设有旋转涡流产生装置，该旋转涡流产生装置位于石墨舟边缘与反应室内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动。

所述旋转涡流产生装置为喷管射流混合装置，该喷管射流混合装置包括至少两个对称设置在反应室内侧壁的喷管，喷管上设置至少一个吸入口，喷管的进气口与进气机构连接。

所述喷管内部设有至少一个内喷口，并且吸入口设在内喷口和喷管的出气喷口之间的位置上。

所述喷管的出气喷口朝向反应室内侧壁圆周切线方向。

所述喷管的出气喷口朝向反应室内部中心区域。

所述喷管的出气喷口以与反应室内侧壁圆周切线方向成预设角度朝向石墨舟上表面。

所述喷管为直管、渐缩管或者缩放管。

所述旋转涡流产生装置包括至少两个对称设置的倾斜状的叶栅或者导流叶片。

所述石墨舟通过转动轴活动安装在反应室内，或者该石墨舟通过固定轴固定安装在反应室内。

所述进气机构包括进气管和喷头，喷头安装在进气管的出气端，喷头为喷淋头结构或管柱状喷头。

本发明的有益效果是：

在包括反应物气体在内的混合气体流动接近石墨舟表面时，由于涡旋射流混合装置作用，将产生较大漩涡，漩涡将带动反应室内部气体共同转动，形成大范围漩涡，使反应物气体组份在石墨舟表面分布更加均匀，生长速率及组份分布均匀一致。

本发明没有采用常规的单一喷管射流装置，而是采用最少双喷管加最少一个吸入管口的射流混合装置，可以使喷管中流出的源气体，进一步与反应室中气体发生混合，使流场均一稳定的同时，也提高了反应气体的利用率。

附图说明

附图1为本发明实施例一的剖开示意图；

附图2为本发明实施例一的旋转涡流产生装置的示意图；

附图3为本发明实施例一在反应室内形成涡流状态的示意图；

附图4为本发明实施例二的剖开示意图；

附图5为本发明实施例二的喷管射流混合装置的示意图；

附图6为本发明实施实施例二的喷向的剖面示意图；

附图7为本发明实施例三的俯视示意图；

附图8为本发明实施例四的俯视示意图。

附图标记：

图1中：1.反应室，2.进气口，3.叶栅或导流叶片，4.石墨舟，5.排气口。

图4中：1.反应室，2.进气口，3.喷管，4.石墨舟，5.排气口。

图5中：1.反应室，3.喷管。

图6中：31.喷管的内喷口，32.吸入口，33.喷管的出气喷口。

图7中：1.反应室，3.喷管，4.石墨舟。

图8中：1.反应室，3.喷管，4.石墨舟。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。