[发明专利]一种热壁金属有机物化学气相沉积设备

摘要

本发明公开了一种热壁金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备。该设备包括水冷不锈钢真空腔室、保温层、托盘加热器、天棚加热器、隔热器、内部反应室、衬底托盘和旋转机构、喷气口、以及样品出入口等。本发明区别于常规的MOCVD设备主要在：本设备不仅有托盘加热器，而且还有天棚加热器。这两个加热器由两个温度控制器分开控制，既可以使两个加热器的温度一致，也可以使得两个加热器的温度略有差异。用两个加热器加热，可以使内部反应室的顶部和底部都加热，使内部反应室处于“热壁状态”，完全区别于常规MOCVD是“冷壁状态”。本设备特别适合生长氮化镓(GaN)、氮化铝(AIN)材料，尤其适合氮化镓发光二极管生产。

主权项

一种热壁金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于：其结构包括水冷不锈钢腔室(1)，保温层(2)，托盘加热器(3)，天棚加热器(4)，内部反应室(6)，衬底托盘(7)，托盘旋转升降机构(8)，喷气口(9)； 水冷不锈钢腔室(1)分为三部分，分别为上盖板(1A)、下底板(1B)、墙板(1C)，中间用胶圈(21)密封，合起来是一个整体； 当上盖板(1A)、下底板(1B)、墙板(1C)合起来时，形成一个完整的水冷不锈钢腔室(1)；按照空间划分，这个腔室又分为以下三部分：(a)前端腔室(101)、生长腔室(102)、尾气腔室(103)； 前端腔室(101)没有加热器和保温层； 生长腔室(102)内有托盘加热器(3)、天棚加热器(4)和保温层(2)； 尾气腔室(103)内没有加热器和保温层； 保温层(2)分为上下两部分，分别为上保温层(2A)和下保温层(2B)，其中上保温层(2A)与上盖板(1A)固定，下保温层(2B)与下底板(1B)固定； 托盘加热器(3)与下底板(1B)固定，主要作用是给衬底托盘(7)加热； 天棚加热器(4)与上盖板(1A)固定，主要作用是给内部反应室(6)的天棚加热，其中“天棚”包括装卸孔专用盖子(606)以及附近区域； 托盘加热器(3)、天棚加热器(4)分别由两个温度控制器控制，两个加热器的温度可以是一致的，也可以略有差异； 内部反应室(6)为长方形管，它的前端有两块隔板(601)，隔开金属源(MO源)、气体源(氨气)、顶层气体(氮气)；它后端有两个圆孔：一个圆孔为托盘镶嵌孔(604)，其的直径略大于衬底托盘(7)的直径；平时衬底托盘嵌入圆孔(604)内；另一个圆孔为样品装卸孔(605)，平时用装卸孔专用盖子(606) 盖上；内部反应室(6)的尾端有若干尾气孔(607)，化学反应后尾气从尾气孔(607)中排出； 内部反应室(6)前端有两块隔板(601)，分成3个气道，从上到下以此为：顶层气体(氮气)、金属源(MO源)、气体源(氨气)； 内部反应室(6)两端与墙板(1C)固定； 内部反应室(6)横跨前端腔室(101)，生长腔室(102)，尾气腔室(103)；它的前端与喷气口(9)对接，源气体和携带气体从喷气口流经内部反应室(6)，在衬底托盘(7)上进行外延生长，尾气从它的尾气孔(607)排出内部反应室(6)；衬底托盘(7)是生长材料时放置衬底的地方，外形为圆形，其直径略小于托盘镶嵌孔(604)的直径；平时衬底托盘(7)嵌入托盘圆孔(604)内；衬底托盘(7)的下部与托盘旋转升降机构(8)中的旋转轴(801)相连；在进行材料外延生长时，由托盘旋转升降机构(8)带动衬底托盘(7)旋转，转速在每分钟10～120转之间；在往托盘上装卸衬底或样品时，由托盘旋转升降机构(8)往上顶出内部反应室(6)； 托盘旋转升降机构(8)是由旋转轴(801)、电机(802)、磁流体轴承(803)、波纹管(804)及直线滑移机构等组成，其中衬底托盘(7)的下部与旋转轴(801)相连； 喷气口(9)外形为长方体；它有3个进气口(901)，这些进气口分别接顶层气体(氮气)、金属源(MO源)、气体源(氨气)；另有密集的喷气孔(902)，孔径在1毫米以下，这些喷气孔(902)与内部反应室(6)对接。