[实用新型]磷化镓液相外延装置

说明书

本实用新型涉及一种制造III-V族化合物半导体外延材料的设备。

二元、三元或多元的III-V族化合物半导体薄膜晶体生长，如GaAs、Gap、GaAlAs、InGaAsP等，常常采用降温液相外延方法，所用的设备为液相外延装置，根据不同材料及其性能要求，外延层的导电类型、掺杂元素及掺杂浓度各不相同，外延层生长过程中需要不断改变掺杂元素的种类及其掺入量。掺杂剂有气相、液相及固相三种状态，气态掺杂剂如应用H₂S气体掺硫、PH₃气体掺磷；液态掺杂剂如用携带气体经液态PCl₃或AsCl₃鼓泡器的掺磷或掺砷；固态掺杂剂在副温区处使固态物质汽化，由携带气体携带至反应区进行掺杂，如使处于副温区的锌汽化，作为P型杂质掺入。

常用的液相外延装置由双温区加热炉、反应室、供气系统、排气系统以及控制系统组成。反应室用密封器和密封螺钉固定，含有石英反应管，置于石英反应管内的石英管内套，推杆，外延舟，掺杂舟呈L型，由石英板焊在石英棒端部制成，外延舟和掺杂舟置于石英管内套中，推杆推动外延舟和掺杂舟移动，使外延舟和掺杂舟位于合适的位置上。供气系统含有多种工作气体源，即不同的掺杂气体源和携带气体源，每一种工作气体源由原料气瓶、一个净化器和一个质量流量控制器构成，或者由一个高纯气瓶和一个质量流量控制器构成，通过相应的管道和考克进行组合组成供气系统，经导气管向反应区输送所需的高纯掺杂气体或携带气体。液态掺杂剂由携带气体通过装有液态掺杂源的容器供给。固态掺杂剂置于掺杂舟上，在副温区内汽化，由携带气体输送供给。排气系统与石英反应管联接，通过排气阀门、机械泵或液封鼓泡并排除反应管内的尾气。双温区加热炉提供一个温度较高的主温区和一个温度较低的副温区，放置磷化镓基片和原料镓的外延舟置于主温区，放置固态掺杂剂的掺杂舟置于副温区，主、副温区的温度、供气系统中的气体质量流量和排气系统中的排气阀门由控制系统中的电子计算机通过相应的耦合电路或控制仪分别进行控制。

常用的磷化镓液相外延装置存在以下缺陷：

1、由于工作气体只由一个气体通道引入反应区，气流方向单一，不易混合均匀，导致所生长的磷化镓外延层晶体掺杂物质分布不均匀，影响产品质量；

2、根据外延层导电类型和掺杂浓度多变的要求，在工艺过程中，难以同时实现多种元素掺杂，它们之间的相对掺入量也难以控制；

3、主、副温度坪区的位置和坪长不易达到稳定，在主、副温区之间常出现一个下凹的温度场，由此容易引起掺杂工艺失控，影响产品质量和成品率。

本实用新型的目的在于提供一种能制成高发光效率和高成品率的磷化镓液相外延装置。

本目的可以通过以下措施来达到：

——掺杂气体和携带气体通过一个位于石英反应管轴心的中心通道和一个进气口位于石英反应管端部的端口通道引入反应区，这两个通道的进气口位于同一轴线上，并且朝向相反，引入的气体在反应区内膨胀和混合；

——中心通道用石英管制成，固定在密封器上，固态掺杂舟布置在中心通道内，该掺杂舟含有一个导磁体，掺杂舟预先放在室温区，当需要固态掺杂剂进行掺杂时，用外加磁铁推动掺杂舟沿中心通道移动到副温区汽化，利用经中心通道的携带气体将掺杂汽输送到反应区；

——处于反应区部份的中心通道外侧焊有一块与其垂直的石英板，使中心通道兼有推杆功能。

图面说明：

图1为磷化镓液相外延装置的结构示意图。图中10A-主温区加热器，10B-副温区加热器，11-石英反应管，12-石英套管，13-密封器，14-通孔螺钉，15-中心通道，16-固态掺杂舟，17-外延舟，18-端口通道，19-热电偶，20-阀门，21-机械真空泵，22-鼓泡瓶，30A、30B、30C、30D-分别装有原料NH₃、高纯H₂S、原料H₂、原料N₂的气瓶，31A、31C、31D-净化器，32A、32B、32C、32D-质量流量控制器，33A、33B、33C、33D-不锈钢阀门，K₁、K₂-考克，40-IBM-PC计算机，41-12位精度16通道AD/DA板，42-温控耦合电路，43-自动控温仪，44-排气控制耦合电路，45-气量控制耦合电路，46-打印机。