一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置與方法

一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置與方法，改善大面積多片式GaN薄膜材料生長均勻性的方法。該方法是通過改進系統(tǒng)的源氣體輸運管道系統(tǒng)，根據(jù)多片襯底基片的排列設(shè)計由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道、惰性稀釋氣體輸運管道、氮化物前驅(qū)物輸運管道組成的多套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，使反應(yīng)前驅(qū)物氣體在襯底表面的總分布概率基本一致，從而調(diào)節(jié)多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性，提高源材料的利用率。本發(fā)明工藝簡單易于控制，一爐同時生長多片，可低成本大批量制備用于同質(zhì)外延的GaN自支撐襯底，滿足高光電性能的光/微電子器件的要求。
【專利說明】一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電材料和器件領(lǐng)域，尤其涉及一種通過改進立式氫化物氣相外延裝置調(diào)控生長所需流場，提高一爐生長多片外延材料片內(nèi)厚度以及片間厚度均勻性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為重要的直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，GaN基II1-V族氮化物在發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和紫外光探測器等光電子器件，以及微波、電力電子等微電子功率器件領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)與氫化物氣相外延技術(shù)(HVPE)是目前較常用的制備GaN材料的外延技術(shù)。現(xiàn)在MOCVD的多片機技術(shù)已經(jīng)發(fā)展比較成熟，能制備2英寸及4英寸多片薄膜。但是，MOCVD主要用于外延層器件制備，其生長速度慢(?ΙΟμπι/h)，且有碳污染問題(M0CVD中采用有機物源材料，很容易造成碳污染)制約了其在GaN襯底材料特別是體材料同質(zhì)襯底方面的應(yīng)用與發(fā)展。而HVPE技術(shù)具有生長速度快(?200 μ m/h)、比MOCVD設(shè)備成本較低以及工藝流程簡單的特點，成為目前主流的GaN單晶襯底材料制備技術(shù)。
[0004]HVPE系統(tǒng)從反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)來說分為立式結(jié)構(gòu)與臥式結(jié)構(gòu)兩種。臥式結(jié)構(gòu)中氣體沿水平方向輸入并擴散到襯底表面，一般通過改變輸入源氣體入射角以調(diào)控生長區(qū)源氣體流場改善薄膜沉積的均勻性。由于襯底旋轉(zhuǎn)工藝復(fù)雜，同時源氣體從噴口到襯底的流動擴散區(qū)域較長而難以控制預(yù)反應(yīng)，因而臥式HVPE系統(tǒng)難以得到高質(zhì)量的均勻沉積薄膜。立式結(jié)構(gòu)中源氣體從襯底表面上方豎向流至反應(yīng)區(qū)襯底表面，且通常采用旋轉(zhuǎn)襯底而獲得厚度分布均勻的沉積薄膜。但是，對于立式HVPE系統(tǒng)，目前較成熟的主要是單片生長，產(chǎn)品的產(chǎn)出率與源材料的利用率低，制備成本較高。目前，2英寸GaN自支撐襯底的價格高達2000美元，是同規(guī)格的藍寶石襯底的幾十倍，所以，雖然GaN基半導(dǎo)體器件的性能優(yōu)于其他同類產(chǎn)品，但其高昂的價格是其進入市場的主要障礙。在同一爐中同時外延生長多片的批量生產(chǎn)模式可同時提高源材料的利用率及產(chǎn)品的產(chǎn)率，是降低生產(chǎn)成本的最有效手段。
[0005]目前多片式外延技術(shù)中，最主要的問題是同時多片生長的外延層薄膜片內(nèi)、片間厚度均勻性問題。常用的立式HVPE系統(tǒng)中，前驅(qū)物輸運管道系統(tǒng)是由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道、氮化物前驅(qū)物氣體輸運管道、以及其間的惰性稀釋(ID)氣體輸運管道組成的同心圓結(jié)構(gòu)，一般位于反應(yīng)區(qū)中心區(qū)域。在外延生長時，由于大部分氮化物前驅(qū)物氣體在未達到襯底時從尾氣排放口抽走，其達到襯底表面的濃度呈指數(shù)遞減，并隨著ID流量的增大其遞減的速度增大，當(dāng)單片襯底位于托盤中心時，襯底上外延層厚度出現(xiàn)一個圓形厚膜帶，圓形厚膜帶隨著ID流量的增大由襯底中心向外移動,優(yōu)化金屬前驅(qū)物氣體、氮化物前驅(qū)物氣體與ID氣體在反應(yīng)區(qū)的流場，可解決單片外延薄膜厚度均勻性問題(見附圖2)。但用這種結(jié)構(gòu)生長三片襯底時(附圖3)，厚膜帶由圓形變成環(huán)形，調(diào)節(jié)金屬前驅(qū)物氣體、氮化物氣體與ID氣體在反應(yīng)區(qū)的流場，將厚膜帶移動到襯底中心時，外延層厚度均勻性最好，但其均勻性也只能達到±15%左右(見附圖4)，遠不能滿足后續(xù)器件制備時的片內(nèi)厚度均勻性小于±5%的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種通過改進HVPE系統(tǒng)源氣體輸運裝置以調(diào)控生長流場的方法，改善多片式大面積薄膜材料生長的均勻性，提高產(chǎn)品的產(chǎn)出率與源材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明提出的改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置與方法，根據(jù)襯底基片的排列設(shè)計多套由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道、氮化物前驅(qū)物輸運管道、以及稀釋惰性氣體輸運管道組成的同心圓輸運管道系統(tǒng)，根據(jù)源氣體輸運與擴散特性優(yōu)化各管道的長度與徑度配比及源氣體的流量，結(jié)合襯底的旋轉(zhuǎn)，使反應(yīng)物前驅(qū)物氣體在各襯底表面的總分布概率基本一致，從而改善多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性。
[0008]本發(fā)明的通過調(diào)控源氣體的輸運與擴散改進襯底表面流場，用同一爐制備多片薄膜厚度分布均勻的GaN襯底的外延技術(shù)，能有效提高源材料的利用率與生產(chǎn)效率，實現(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)。
[0009]一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置，該裝置為HVPE反應(yīng)腔，是立式腔體結(jié)構(gòu)，該裝置的腔體內(nèi)上部設(shè)有金屬承載舟，金屬承載舟頂面設(shè)有氫化物與載氣入口通道，金屬承載舟的外側(cè)面設(shè)有保護性惰性氣體輸運管道，保護性惰性氣體輸運管道位于金屬承載舟的外側(cè)面與腔體內(nèi)壁之間，金屬承載舟的底面設(shè)有前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的下方設(shè)有承載襯底的石墨托盤，承載襯底的石墨托盤的底部設(shè)有支撐托盤的石英桿；
[0010]一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道、惰性稀釋氣體輸運管道、氮化物前驅(qū)物輸運管道組成的同心圓結(jié)構(gòu)；
[0011]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上在生長3片襯底時，配有一套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)在金屬承載舟上的位置偏離金屬承載舟中心，位于在承載襯底的石墨托盤上3片襯底的圓心軌跡的正上方。
[0012]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上生長7片襯底時，配有兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體。兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的位置在承載襯底的石墨托盤中心的正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上外圈6片襯底連心圓周線(托盤旋轉(zhuǎn)時外圈襯底的圓心轉(zhuǎn)動時的軌跡)的正上方。
[0013]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上生長19片襯底時，配有三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體。三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的位置在承載襯底的石墨托盤的中心正上方；另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上中圈6片襯底連心圓周線的正上方；第三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上外圈12片襯底連心圓周線的正上方；[0014]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上生長19片襯底時，配有七套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體。七套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的位置在承載襯底的石墨托盤的中心正上方；另外兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱；另四套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上外圈12片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱。
[0015]—種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法，其特征在于:
[0016]①、將待外延生長GaN薄膜的襯底進行表面處理，去除襯底表面污染改善襯底表面特性；
[0017]所述表面處理技術(shù)，是指在金屬有機物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室或其他高溫退火爐中采用氫氣、氮氣、氨氣以及其他氣體對襯底表面進行烘烤處理；
[0018]在其中一些實施例中，所述表面處理技術(shù),是指采用氫氣、氮氣、氨氣以及其他氣體對(藍寶石、碳化硅、硅以及氧化鋅)襯底表面(GaN異質(zhì)襯底表面)進行烘烤處理，溫度1000?1600。。，時間I?480分鐘；
[0019]在其中一些實施例中,所述表面烘烤處理,可以在金屬有機物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室中處理，也可以在其他高溫退火爐中進行；
[0020]所述襯底，是指藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底或氧化鋅襯底；
[0021]上述襯底表面是極性c面，或是非極性半極性晶面；
[0022]②、將經(jīng)過表面處理的(藍寶石、碳化硅、硅或氧化鋅)襯底在MOCVD反應(yīng)室中生長GaN模版，采用低溫緩沖層技術(shù)加高溫生長技術(shù)的兩步法生長3片及以上的GaN模版，GaN薄膜厚度為2?10 μ m ;
[0023]在其中一些實施例中，所述低溫緩沖層技術(shù)，是指但不限于低溫生長GaN多晶層，緩沖層厚度為30?800nm ；
[0024]③、將步驟②所獲得的3片及以上的GaN模版放置于HVPE反應(yīng)腔中，進行的GaN單晶材料的快速生長，調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的輸運與擴散，通過承載襯底的石墨托盤的旋轉(zhuǎn)，使生長區(qū)襯底表面的源氣體以一定的配比均勻分布，制備厚度分布均勻的GaN復(fù)合襯底，GaN厚度為10?5000 μ m。
[0025]在其中一些實施例中，步驟③中所述HVPE反應(yīng)腔是氫化物氣相沉積裝置，為立式結(jié)構(gòu)，一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道、惰性稀釋氣體輸運管道、氮化物前驅(qū)物輸運管道組成的同心圓結(jié)構(gòu)；
[0026]步驟③中所述通過承載襯底的石墨托盤的旋轉(zhuǎn)，帶動襯底的旋轉(zhuǎn)，通過支撐托盤的石英桿的驅(qū)動，促使反應(yīng)物前驅(qū)體氣體在襯底表面的總分布概率基本一致的承載襯底的石墨托盤的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度為5?500rpm。
[0027]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上在生長3片襯底時，配有兩套規(guī)格尺寸相同的同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體；兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)管道的尺寸與比例參數(shù)相同，其位置偏離金屬承載舟中心，位于在承載襯底的石墨托盤上3片襯底連心圓周線(托盤旋轉(zhuǎn)時襯底的圓心轉(zhuǎn)動時的軌跡)的正上方，兩者關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱；
[0028]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上在生長7片襯底時，配有三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體，三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的直徑及其配比相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的位置在承載襯底的石墨托盤中心的正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上外圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱；
[0029]在其中一些實施例中，所述承載襯底的石墨托盤上在生長19片襯底時，配有五套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)間輸入保護性惰性氣體，五套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的直徑及其配比相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的位置在承載襯底的石墨托盤的中心正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱，第四、五套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟中心位置，在承載襯底的石墨托盤上外圈12片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟中心成中心對稱。
[0030]在其中一些實施例中，所述調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的輸運與擴散，是指通過調(diào)控惰性稀釋(ID)氣體的流量調(diào)控金屬前驅(qū)物氣體與含氮前驅(qū)物氣體擴散到襯底表面的濃度及其配比，調(diào)控襯底表面外延材料的生長速度及厚度分布。
[0031]在其中一些實施例中，所述調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)的輸運與擴散，是指調(diào)節(jié)前驅(qū)物源氣噴射口到襯底的距離，調(diào)控襯底表面外延材料的生長速度及厚度分布，并提高源材料的利用率。
[0032]采用本發(fā)明的一種通過調(diào)控前驅(qū)物氣體流場的改進多片外延材料厚膜分布均勻性的方法，在同一爐外延生長3片GaN復(fù)合襯底，3片薄膜厚度分布均勻性變化控制在±5%以內(nèi)，晶片間平均厚度差在3%以內(nèi)，如圖8所不。
[0033]采用本發(fā)明方法制備的多片氮化鎵復(fù)合襯底，表面光亮無裂紋；工藝簡單，易于控制，重復(fù)可靠性高；一爐可以同時生長多片，生產(chǎn)效率以及源材料的利用率高，能有效降低生產(chǎn)成本，是一種經(jīng)濟實用性強、可實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)的GaN襯底制備技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1所示為本發(fā)明的HVPE立式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的前驅(qū)物輸運管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及氣路的截面示意圖；
[0035]圖2所示為采用傳統(tǒng)單片立式HVPE結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在不同ID流量下制備的50 μ mGaN薄膜材料厚度分布圖像，其中ID流量分別為:7600sccm(圖2a)，12000sccm(圖2b)，15000sccm(圖2c)，圖2d為優(yōu)化ID流量制備的厚度均勻性為土 1.8%的GaN薄膜厚度分布圖像；
[0036]圖3所示為傳統(tǒng)的多片立式HVPE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)截面示意圖與承載3片襯底的托盤示意圖；
[0037]圖4所示為采用傳統(tǒng)多片立式HVPE系統(tǒng)生長中采用不同ID流量時制備的GaN薄膜厚度分布圖像，其中ID流量分別為7600sccm (圖4a), 12000sccm (圖4b), 15000sccm (圖4c)；[0038]圖5所示為本發(fā)明的新型3片立式HVPE結(jié)構(gòu)截面示意圖與承載3片襯底的托盤示意圖；
[0039]圖6所示為本發(fā)明的新型7片立式HVPE結(jié)構(gòu)截面示意圖與承載7片襯底的托盤示意圖；
[0040]圖7所示為本發(fā)明的新型19片立式HVPE結(jié)構(gòu)截面示意圖與承載19片襯底的托盤不意圖；
[0041]圖8所示為本發(fā)明的采用新型3片立式HVPE系統(tǒng)一爐同時生長3片時外延層厚度均勻性為±4.8%的襯底厚度分布圖及實驗與模擬厚度變化曲線；
[0042]附圖標(biāo)記說明:
[0043]1:金屬承載舟，2:承載襯底的石墨托盤，3:支撐托盤的石英桿，4:氫化物與載氣入口通道，51:金屬前驅(qū)物氣體輸運管道，52:惰性稀釋氣體輸運管道，53:氮化物前驅(qū)物輸運管道，5:前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)，6:保護性惰性氣體輸運管道，7:多片式襯底排列的石墨托盤正面。
【具體實施方式】
[0044]為能進一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達到的具體目的、功能，解析本發(fā)明的優(yōu)點與精神，藉由以下實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。
[0045]本發(fā)明的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置為HVPE反應(yīng)腔，是立式腔體結(jié)構(gòu)，該裝置的腔體內(nèi)上部設(shè)有金屬承載舟I (鎵舟)，金屬承載舟I頂面設(shè)有氫化物與載氣入口通道4，金屬承載舟I的外側(cè)面設(shè)有保護性惰性氣體輸運管道6，保護性惰性氣體輸運管道6位于金屬承載舟I的外側(cè)面與腔體內(nèi)壁之間,金屬承載舟I的底面設(shè)有前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5 (前驅(qū)物氣體輸運管道同心圓結(jié)構(gòu)系統(tǒng))，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的下方設(shè)有承載襯底的石墨托盤2，承載襯底的石墨托盤2的底部設(shè)有支撐托盤的石英桿3。
[0046]—套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5 (前驅(qū)物氣體輸運管道同心圓結(jié)構(gòu)系統(tǒng))是由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51、惰性稀釋氣體輸運管道52 (ID輸運管道，INNER DILUTION)、氮化物前驅(qū)物輸運管道53組成的同心圓結(jié)構(gòu)。
[0047]本發(fā)明的一種通過調(diào)控前驅(qū)物源氣體的輸運與擴散改進襯底表面流場，同一爐制備多片薄膜厚度分布均勻的GaN襯底，能有效提高源材料的利用率與生產(chǎn)效率，實現(xiàn)低成本批量生產(chǎn)的外延技術(shù),工藝如下:
[0048]通過改進立式HVPE反應(yīng)腔中前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5管道結(jié)構(gòu)，根據(jù)襯底基片的排列設(shè)計多套由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51、惰性稀釋氣體輸運管道52(ID輸運管道，INNERDILUTION)、氮化物前驅(qū)物輸運管道53組成的同心圓輸運管道系統(tǒng)，優(yōu)化襯底的旋轉(zhuǎn)，使反應(yīng)物前驅(qū)物氣體在襯底表面的總分布概率基本一致，從而調(diào)節(jié)多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性；
[0049]根據(jù)源氣體的輸運與擴散特性優(yōu)化設(shè)計同心圓輸運管道系統(tǒng)的長度，延長反應(yīng)前驅(qū)物在襯底的停留時間，減少含氮前驅(qū)物從尾氣輸出口的排除量，同時在同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間通入惰性氣體，抑制副產(chǎn)物的沉積，延長設(shè)備的持續(xù)運行時間提高生產(chǎn)效率，促進含氮前驅(qū)物向襯底表面的擴散，提高其在襯底表面的濃度配比，從而調(diào)控生長所需流場，提高源材料的利用率。
[0050]上述襯底包括但不局限于藍寶石襯底，可以是碳化硅、硅以及氧化鋅或其他材料襯底，襯底表面可以是極性c面，也可以是其他非極性、半極性晶面；藍寶石襯底直徑可以是I英寸、2英寸、6英寸、8英寸以及其他尺寸襯底。
[0051 ] 在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，配有一套由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51、惰性稀釋氣體輸運管道52 (ID輸運管道，INNER DILUTION)、氮化物前驅(qū)物輸運管道53組成的同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5，置于偏離金屬承載舟I (鎵舟)中心區(qū)域30?40mm、與承載襯底的石墨托盤2上襯底放置位置的圓心相對應(yīng)的正上方，如附圖5所示，或者配有兩套尺寸規(guī)格全同的同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5，關(guān)于金屬承載舟I (鎵舟)中心成中心對稱,置于偏離金屬承載舟I (鎵舟)中心區(qū)域30?40mm、與承載襯底的石墨托盤2上襯底放置位置的中心相對應(yīng)的正上方，用于制備3片2英寸GaN襯底。
[0052]在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5有兩套，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體,用于生長7片2英寸GaN襯底。輸運管道的長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2中心的正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心區(qū)域50?60mm,在承載襯底的石墨托盤2上外圈6片襯底連心圓周線(托盤旋轉(zhuǎn)時外圈襯底的圓心轉(zhuǎn)動時的軌跡)的正上方，如附圖6所示；承載襯底的石墨托盤2當(dāng)排列7片襯底時，可通過多片式襯底排列的石墨托盤正面7觀察其排列狀態(tài)。
[0053]在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5有三套，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體，用于生長7片2英寸GaN襯底。輸運管道的長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2中心的正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟I中心區(qū)域50?60mm,在承載襯底的石墨托盤2上外圈6片襯底連心圓周線的正上方,關(guān)于金屬承載舟I中心成中心對稱。
[0054]在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5為三套，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體。輸運管道長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2中心的正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心區(qū)域50?60mm，在承載襯底的石墨托盤2上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，第三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心區(qū)域80?90mm,在承載襯底的石墨托盤2上外圈12片襯底連心圓周線的正上方,用于生長19片2英寸GaN襯底，如附圖7所示。
[0055]在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5為五套，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體。輸運管道長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2中心的正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5尺寸規(guī)格相同,位于偏離金屬承載舟I中心區(qū)域50?60mm,在承載襯底的石墨托盤2上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟I中心成中心對稱，還有兩套全同前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心區(qū)域80?90mm，在承載襯底的石墨托盤2上外圈12片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟I中心成中心對稱，用于生長19片2英寸GaN襯底。[0056]在其中一些實施例中，立式HVPE反應(yīng)腔中，同心圓結(jié)構(gòu)前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5為七套，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體。輸運管道長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2中心的正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5尺寸規(guī)格相同,位于偏離金屬承載舟I中心區(qū)域50?60mm,在承載襯底的石墨托盤2上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟I (鎵舟)中心成中心對稱，還有四套尺寸規(guī)格全同的前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心區(qū)域80?90mm,在承載襯底的石墨托盤2上外圈12片襯底連心圓周線的正上方,關(guān)于金屬承載舟I中心成中心對稱，用于生長19片2英寸GaN襯底。
[0057]在其中一些實施例中，所述立式HVPE反應(yīng)腔中，承載襯底的石墨托盤2的直徑為120?450mm，用于承載多片待外延襯底。承載襯底的石墨托盤2由支撐托盤的石英桿3驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為5?500rpm，使反應(yīng)物前驅(qū)體氣體在襯底表面的總分布概率基本一致，從而調(diào)節(jié)多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性。
[0058]在其中一些實施例中，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5調(diào)控前驅(qū)物氣體的輸運與擴散，調(diào)節(jié)ID的流量，以調(diào)控金屬前驅(qū)物氣體與含氮前驅(qū)物氣體擴散到襯底表面的濃度及其配比，調(diào)控襯底表面外延材料的生長速度及厚度分布，ID流量為2000?30000sCCm，最佳ID流量為 5000 ?20000sccm。
[0059]結(jié)合圖5?圖7，詳細(xì)給出以下三個實施例。
[0060]實施例一的技術(shù)方案:
[0061]1、藍寶石襯底表面預(yù)處理:將商業(yè)購置的可直接外延的藍寶石襯底置于MOCVD設(shè)備中，通入保護性氣氛，包括但不限于氮氣、氨氣、惰性氣體、氫氣等氣體，溫度1000?1200。。，保溫10?120分鐘；
[0062]2、M0CVD模版制備:藍寶石襯底表面預(yù)處理后，將溫度降低到550?600°C，生長低溫緩沖層，厚度為30?60nm。低溫緩沖層有利于釋放異質(zhì)襯底外延產(chǎn)生的應(yīng)力。然后升溫至900?1100°C生長高溫GaN/藍寶石復(fù)合襯底，GaN厚度為3?6 μ m ;
[0063]3、HVPE 二次外延高質(zhì)量薄膜:把3片MOCVD生長的GaN/藍寶石模版按附圖5中的多片式襯底排列的石墨托盤正面7 (高強石墨托盤)的位置擺放，在新型三片立式HVPE中二次外延生長高質(zhì)量的厚度分布均勻的GaN單晶層，見附圖5。如圖所示，其中，由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51、氮化物前驅(qū)物氣體輸運管道53，以及它們之間的惰性稀釋氣體輸運管道52 (ID管道)組成的前驅(qū)物輸運管道系統(tǒng)5，其位置與承載襯底的石墨托盤2上襯底的位置相對應(yīng)，偏離金屬承載舟I中心區(qū)域30?40mm，在承載襯底的石墨托盤2上3片襯底連心圓周線的正上方。首先，對MOCVD模版采用氨氣、惰性氣體、氫氣和氯化氫等氣體進行表面處理，去除表面有機物和氧化層；然后，調(diào)節(jié)金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51、氮化物前驅(qū)物氣體輸運管道53、其間的惰性稀釋氣體輸運管道52(ID管道)，以及保護性惰性氣體的流量高溫生長GaN單晶層薄膜，高溫生長溫度為1000?1100°C，V/III比(即氮化物前驅(qū)物氣體與金屬前驅(qū)物氣體流量的比)為10?100:1，襯底的旋轉(zhuǎn)速度為10?200rpm。由于外圍惰性保護性氣體的阻礙作用，減少了 NH3在輸運過程中就從尾氣輸出口的流失，達到襯底表面的NH3濃度增加，其從襯底表面邊沿向內(nèi)遞減速度減緩，外延薄膜的生長速度與均勻性都大大提高，同時，由于輸運管道系統(tǒng)在3片襯底連心圓周線的正上方，有效緩減了其在反應(yīng)區(qū)中心時在3片襯底上出現(xiàn)的環(huán)形厚膜帶現(xiàn)象，三片位置上的片內(nèi)薄膜厚度均勻性可達到± 5%以內(nèi)，3片襯底片間外延層平均厚度差在3%以內(nèi)。
[0064]實施例二的技術(shù)方案:
[0065]1、藍寶石襯底表面預(yù)處理:將商業(yè)購置的可直接外延的藍寶石襯底置于MOCVD設(shè)備中，通入保護性氣氛，包括但不限于氧氣、氮氣、氨氣、惰性氣體、氫氣等氣體，溫度1000?1200。。，保溫10?120分鐘；
[0066]2、M0CVD模版制備:藍寶石襯底表面表面預(yù)處理后，將溫度降低到550?600°C，生長低溫緩沖層，厚度為30?60nm。低溫緩沖層有利于釋放異質(zhì)襯底外延產(chǎn)生的應(yīng)力。然后升溫至900?1100°C生長高溫GaN/藍寶石模版，GaN厚度為3?6 μ m ;
[0067]3、HVPE 二次外延高質(zhì)量薄膜:把7片MOCVD生長的GaN/藍寶石模版按附圖6中的多片式襯底排列的石墨托盤正面7 (高強石墨托盤)的位置擺放，在改進的7片立式HVPE中二次外延生長高質(zhì)量的厚度分布均勻的GaN單晶層，見附圖6。改進的7片立式HVPE系統(tǒng)配有兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體。兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的直徑及其配比與傳統(tǒng)的單片立式HVPE系統(tǒng)相同，輸運管道長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2的中心正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心位置，在承載襯底的石墨托盤2上外圈6片襯底連心圓周線的正上方。對MOCVD模版進行表面處理后，根據(jù)實施例一的方法調(diào)節(jié)ID流量調(diào)控氮化物前驅(qū)物氣體與金屬前驅(qū)物氣體在輸運過程中的擴散，優(yōu)化兩套輸運管道的長度，以及襯底的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)速為50?200rpm，調(diào)節(jié)反應(yīng)物前驅(qū)體氣體達到襯底表面的總分布概率，改進多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性。
[0068]實施例三的技術(shù)方案:
[0069]1、藍寶石襯底表面預(yù)處理:將商業(yè)購置的可直接外延的藍寶石襯底置于MOCVD設(shè)備中,通入保護性氣氛,包括但不限于氧氣、氮氣、氨氣、惰性氣體、氫氣和氯化氫等氣體,溫度1000?1200°C，保溫10?120分鐘；
[0070]2、M0CVD模版制備:藍寶石襯底表面表面預(yù)處理后，將溫度降低到550?600°C，生長低溫緩沖層，厚度為30?60nm。低溫緩沖層有利于釋放異質(zhì)襯底外延產(chǎn)生的應(yīng)力。然后升溫至900?1100°C生長高溫GaN/藍寶石模版，GaN厚度為3?6 μ m ;
[0071]3,HVPE 二次外延高質(zhì)量薄膜:把19片MOCVD生長的GaN/藍寶石模版按附圖7中的多片式襯底排列的石墨托盤正面7(高強石墨托盤)的位置擺放，在改進的19片立式HVPE中二次外延生長高質(zhì)量的厚度分布均勻的GaN單晶層，見附圖7。改進的19片立式HVPE系統(tǒng)配有三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5間輸入保護性惰性氣體。三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的直徑及其配比與傳統(tǒng)的單片立式HVPE系統(tǒng)相同，輸運管道長度可以根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5的位置在承載襯底的石墨托盤2的中心正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心位置，在承載襯底的石墨托盤2上的中圈6片襯底連心圓周線的正上方，第三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5偏離金屬承載舟I中心位置，在承載襯底的石墨托盤2上的外圈12片襯底連心圓周線的正上方。對MOCVD模版進行表面處理后，根據(jù)實施例一的方法調(diào)節(jié)ID流量調(diào)控氮化物前驅(qū)物氣體與金屬前驅(qū)物氣體在輸運過程中的擴散，優(yōu)化三套輸運管道的長度及其比例，以及襯底的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)速為50?200rpm，調(diào)節(jié)反應(yīng)物前驅(qū)體氣體達到襯底表面的總分布概率，改進多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性。[0072]上述三個實施例只是本發(fā)明的舉例，但依照本發(fā)明原理，這還可以衍生出其它各種方案，包括將這幾種方案結(jié)合的各種方案。其中只要涉及采用多套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(前驅(qū)物氣體輸運管道同心圓結(jié)構(gòu)系統(tǒng))，通過改進源氣體輸運管道的尺寸及配比，利用調(diào)節(jié)ID流量調(diào)控前驅(qū)物氣體的輸運與擴散，調(diào)節(jié)反應(yīng)物前驅(qū)體氣體達到襯底表面的總分布概率，而改進多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性的方法都包含在本發(fā)明范圍。
[0073]本發(fā)明有以下幾個方面的優(yōu)點:
[0074]1、采用多套輸運管道系統(tǒng)，優(yōu)化管道的長度配比，調(diào)控源氣體在襯底表面的分布概率，從而改進同一爐生長多片薄膜的片內(nèi)厚度分布均勻性與片間厚度均勻性，可得到2英寸及以上大尺寸的厚度分布均勻的復(fù)合襯底，結(jié)合采用激光剝離等技術(shù)得到厚度均勻的自支撐GaN襯底，可用于制備高性能的半導(dǎo)體光/微電子器件；
[0075]2、設(shè)備簡單，工藝穩(wěn)定重復(fù)性好，一爐生長多片不但可提高源材料的利用率，同時產(chǎn)品產(chǎn)出率的大幅提高，可有效地降低成本，適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0076]本發(fā)明公開了一種通過改進立式HVPE系統(tǒng)源氣體流場，改善大面積多片式GaN薄膜材料生長均勻性的方法。該方法是通過改進多片HVPE系統(tǒng)的源氣體輸運管道系統(tǒng)，即根據(jù)多片襯底基片的排列設(shè)計由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道51，惰性稀釋氣體輸運管道52，氮化物前驅(qū)物輸運管道53組成的多套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)5，優(yōu)化其尺寸及其比例以調(diào)控金屬前驅(qū)物氣體與含氮前驅(qū)物氣體擴散到襯底表面的濃度及其配比，使反應(yīng)前驅(qū)物氣體在襯底表面的總分布概率基本一致，從而調(diào)節(jié)多片襯底外延層薄膜的厚度均勻性，提高源材料的利用率。本發(fā)明是一種經(jīng)濟實用性強適合于工業(yè)化量產(chǎn)的GaN制備技術(shù)，工藝簡單易于控制，一爐同時生長多片，可低成本大批量制備用于同質(zhì)外延的GaN自支撐襯底，滿足高光電性能的光/微電子器件的要求。
[0077]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下所做出的若干替換、變化和修改的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置，該裝置為HVPE反應(yīng)腔，是立式腔體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該裝置的腔體內(nèi)上部設(shè)有金屬承載舟(I )，金屬承載舟(I)頂面設(shè)有氫化物與載氣入口通道(4)，金屬承載舟(I)的外側(cè)面設(shè)有保護性惰性氣體輸運管道(6)，保護性惰性氣體輸運管道(6)位于金屬承載舟(I)的外側(cè)面與腔體內(nèi)壁之間，金屬承載舟(I)的底面設(shè)有前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的下方設(shè)有承載襯底的石墨托盤(2)，承載襯底的石墨托盤(2)的底部設(shè)有支撐托盤的石英桿(3)； 一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道(51)、惰性稀釋氣體輸運管道(52)、氮化物前驅(qū)物輸運管道(53)組成的同心圓結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置，其特征在于，所述承載襯底的石墨托盤(2)上在生長3片襯底時，配有一套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5),前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)在金屬承載舟(I)上的位置偏離金屬承載舟(I)中心，位于在承載襯底的石墨托盤(2)上3片襯底的圓心軌跡的正上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置，其特征在于，所述承載襯底的石墨托盤(2)上生長7片襯底時，配有兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體。兩套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的位置在承載襯底的石墨托盤(2)中心的正上方，另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上外圈6片襯底連心圓周線的正上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積裝置，其特征在于，所述承載襯底的石墨托盤(2)上生長19片襯底時，配有三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體。三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的位置在承載襯底的石墨托盤(2)的中心正上方；另一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上中圈6片襯底連心圓周線的正上方；第三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上外圈12片襯底連心圓周線的正上方； 或所述承載襯底的石墨托盤(2)上生長19片襯底時，配有七套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體。七套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的直徑及其配比與單片系統(tǒng)相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的位置在承載襯底的石墨托盤(2)的中心正上方；另外兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱；另四套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)尺寸規(guī)格相同,位于偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上外圈12片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱。
5.—種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法,其特征在于: ①、將待外延生長GaN薄膜的襯底進行表面處理，去除襯底表面污染改善襯底表面特性；所述表面處理技術(shù)，是指在金屬有機物化學(xué)氣相淀積MOCVD反應(yīng)室或其他高溫退火爐中采用氫氣、氮氣、氨氣以及其他氣體對襯底表面進行烘烤處理； 所述襯底，是指藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底或氧化鋅襯底； 上述襯底表面是極性c面，或是非極性半極性晶面； ②、將經(jīng)過表面處理的藍寶石、碳化硅、硅或氧化鋅襯底在MOCVD反應(yīng)室中，采用低溫緩沖層技術(shù)加高溫生長技術(shù)的兩步法生長3片及以上的GaN模版，GaN薄膜厚度為2-.10 μ m ； ③、將步驟②所獲得的3片及以上的GaN模版放置于HVPE反應(yīng)腔中，進行GaN單晶材料的快速生長，調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的輸運與擴散，通過承載襯底的石墨托盤(2)的旋轉(zhuǎn)，使生長區(qū)襯底表面的源氣體以一定的配比均勻分布，制備厚度分布均勻的GaN復(fù)合襯底，GaN厚度為10-5000 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法，其特征在于，步驟③中所述HVPE反應(yīng)腔是氫化物氣相沉積裝置，為立式結(jié)構(gòu)，一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)由金屬前驅(qū)物氣體輸運管道(51)、惰性稀釋氣體輸運管道(52)、氮化物前驅(qū)物輸運 管道(53)組成的同心圓結(jié)構(gòu)； 步驟③中所述通過承載襯底的石墨托盤(2)的旋轉(zhuǎn)，帶動襯底的旋轉(zhuǎn)，通過支撐托盤的石英桿(3)的驅(qū)動，促使反應(yīng)物前驅(qū)體氣體在襯底表面的總分布概率基本一致的承載襯底的石墨托盤(2)的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度為5-500rpm。
7.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法，其特征在于，所述承載襯底的石墨托盤(2)上在生長3片襯底時，配有兩套規(guī)格尺寸相同的同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體；兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)管道的尺寸與比例參數(shù)相同，其位置偏離金屬承載舟(I)中心，位于在承載襯底的石墨托盤(2)上3片襯底連心圓周線(托盤旋轉(zhuǎn)時襯底的圓心轉(zhuǎn)動時的軌跡)的正上方，兩者關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱； 或所述承載襯底的石墨托盤(2)上在生長7片襯底時，配有三套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體，三套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的直徑及其配比相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的位置在承載襯底的石墨托盤(2)中心的正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上外圈6片襯底連心圓周線的正上方,關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱； 或所述承載襯底的石墨托盤(2)上在生長19片襯底時，配有五套同心圓前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)，前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)間輸入保護性惰性氣體，五套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的直徑及其配比相同，輸運管道長度根據(jù)流場而改變，其中一套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的位置在承載襯底的石墨托盤(2)的中心正上方，另兩套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)尺寸規(guī)格相同，位于偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上中圈6片襯底連心圓周線的正上方，關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱，第四、五套前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)尺寸規(guī)格相同,位于偏離金屬承載舟(I)中心位置，在承載襯底的石墨托盤(2)上外圈12片襯底連心圓周線的正上方,關(guān)于金屬承載舟(I)中心成中心對稱。
8.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法，其特征在于，所述調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的輸運與擴散，是指通過調(diào)控惰性稀釋(ID)氣體的流量調(diào)控金屬前驅(qū)物氣體與含氮前驅(qū)物氣體擴散到襯底表面的濃度及其比例，調(diào)控襯底表面外延材料的生長速度及厚度分布。
9.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種改進多片式外延材料厚度分布均勻性的氫化物氣相沉積方法，其特征在于，所述調(diào)控前驅(qū)物氣體輸運系統(tǒng)(5)的輸運與擴散，是指調(diào)節(jié)前驅(qū)物源氣噴射口到襯底的距離，調(diào)控襯底表面外延材料的生長速度及厚度分布，并提高源材料的利用率。`
【文檔編號】H01L21/205GK103456593SQ201310394554
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】劉南柳, 張國義, 吳潔君, 李文輝, 劉鵬, 童玉珍 申請人:東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司