本發明專利技術提供了一種超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物化學氣相淀積法設備，它可以解決現有技術存在的生長的材料高鋁組份受限等問題。本發明專利技術的技術方案是，所述反應器中的內管直徑Ｄ和高度Ｈ的比值Ｄ／Ｈ在０．１６－０．５之間。由于內管的高度與現有技術相比大為提高，氣體噴口離加熱體石墨塊的距離加長，可以避免來自反應室內加熱體的高溫熱輻射的影響，因而可以外延生長高鋁組份的氮化鎵材料，實驗表明生長的Ａｌ組份的材料高達８５％。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光電子和微電子技術，具體地說涉及氮化鎵基金屬有機物氣相淀積法外延生長設備。
技術介紹
金屬有機物化學氣相淀積法Metal Organic Chemical VaporDeposition(簡稱MOCVD)是目前世界上最先進的電子薄膜材料制備方法。它是在1968年由美國洛克威爾公司提出來的制備化合物半導體薄片單晶的一項新技術，該技術是采用III族、II族元素的有機化合物和V族、VI元素的氫化物等作為生長源材料、以熱分解反應在襯底上進行氣相外延、生長III-V族，II-VI族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄膜。經過上世紀七十年代到八十年代的發展，九十年代已經成為砷化鎵、磷化銦等光電子材料外延片制備的核心生長技術。同時也是目前制備氮化鎵基(GaN)光電子器件和電子器件外延片的主要方法。這一方法都依托MOCVD設備來實現，因此MOCVD設備已成為當前國際上半導體薄膜材料生長和制備的最理想的先進設備，該設備集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多學科為一體，是一種自動化程度高、價格昂貴、技術集成度高的尖端光電子專用設備. 對于這種設備來說反應器是整個系統的關鍵部件之一。它對系統的外延生長質量和成本起著至關重要的作用。就設備中的反應器來說一般根據反應器的結構可分為臥式和立式兩種，參見圖1、圖2和圖3。由于立式反應器的生長均勻性和摻雜特性優于臥式反應器，目前GaN的材料生長的反應器普遍采用立式結構。但目前所使用的立式反應器其內管的直徑D和高度H的比值D/H一般都接近或大于1，如圖2所示。現有的立式反應器存在的的問題之一是，不適合生長高鋁組份的氮化鎵化合物材料。這主要是因為鋁的熔解溫度很低，且極易氧化，尤其是超低立式反應器，由于位于反應器天棚的氣體噴口離加熱體石墨塊太近，盡管一般在天棚上面都設有水冷卻裝置，但仍然無法避免來自反應室內加熱體的高溫熱輻射的影響，造成無法外延生長高鋁組份的材料。使用證明一般的立式反應器至多可以生長20％Al組份的材料，因而所生長的材料鋁組份受限。問題之二是，反應器中的單個石墨基座通過機械的傳動機構僅實現了石墨基座以一定的轉度繞反應器中心旋轉，由于在生長時外延片只有單一的旋轉運動，造成了生長層呈現中間薄邊上厚的鍋底形狀，使的外延生長的均勻性較差。問題之三是，反應器的內管、外管和傳動機構均固定在同一底板上。在裝片和取片過程中，需打開反應器頂蓋，才可進行裝片和取。由于頂蓋部位相關部件較多，打開和安裝頂蓋過程中，需拆裝管路和連接件，很是麻煩，生產效率低。如何解決上述技術問題，則是本專利技術所面臨的設計課題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種具有超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物氣相淀積法設備，它可以解決現有技術存在的生長的材料鋁組份受限，晶片的外延生長的均勻性較差，裝片和取片麻煩等問題。為了達到解決上述技術問題的目的，本專利技術的技術方案是，一種具有超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物氣相淀積法設備，包括反應器，底板，進氣管，石墨基座，傳動機構，其特征在于所述反應器中的內管直徑D和高度H的比值D/H在0.16-0.5之間。在本專利技術中，還具有以下技術特征在下底板上固定有中心座，中心座上連接固定有內齒圈，反應器中包括3個石墨基座，每個石墨基座通過下面的陶瓷管與行星齒輪固定，行星齒輪與內齒圈嚙合，傳動機構中的傳動主軸頂端固定有主軸盤，三個行星齒輪安裝在主軸盤上的三個行星齒輪軸上。在本專利技術中，還具有以下技術特征所述底板是由上底板和下底板組成，反應器的內、外管設置在上底板上；石墨基座以及傳動機構設置在下底板上，在下底板下面上設有二個升降油/氣缸，所述氣缸的活塞桿頂端連接固定在上底板上；在下底板上面設置有氣體接頭座，在上底板下面設置氣體插頭，氣體插頭與上底板下面之間套有彈簧；在上底板下面和/或與上底板接觸部件的結合面上設有若干條環形密封圈。在本專利技術中，還具有以下技術特征反應器頂部設有紅外測溫儀。在本專利技術中，還具有以下技術特征在三個石墨基座中央設有一個熱電偶，它是經空心的傳動主軸穿過置于三個石墨基座的中心。在本專利技術中，還具有以下技術特征反應器中的內管采用透明的石英玻璃制成，外管采用有機玻璃制成。本專利技術主要是這種金屬有機物化學氣相淀積法材料生長設備的研制、開發和生產，創新點在于D/H的比例關系，超高立式反應器的設計，主要廣泛應用于生長多種III-V族化合物半導體材料，特別是適用于氮化鎵基薄膜材料的生長，如異質結構和超晶格量子阱等超薄膜層結構材料以及寬禁帶半導體材料的生長。這些材料主要應用于制造(1)光電器件激光器(LD)、發光二極管(LED)和光電探測器等，(2)電子器件微波功率器件(HFET)等。經實驗證明，本專利技術具有以下有益效果 1.內管直徑與高度的比例D/H在0.16到0.5之間，內管的高度與現有技術相比大為提高，氣體噴口離加熱體石墨塊的距離加長，可以避免來自反應室內加熱體的高溫熱輻射的影響，因而可以外延生長高鋁組份的材料，實驗表明生長的Al組份的材料高達85％。2.為了方便裝片和取片，反應器設計成為上下兩部分，分別設在上、下底板上，通過下底板的兩個油/氣缸可以將反應器上部頂起，從而方便地將晶片和石墨基座取出或裝入。3.石墨基座以一定的速度圍繞反應器中心做自轉和公轉運動，由于自轉和公轉的組合運動，從而保證了基座上外延片生長的均勻性。4.MO和NH3由反應器的頂部進入氣體混合室，使在此瞬間混合后進入反應器，流經基座上外延片的氣流由底部抽出。從而保證了在到達外延片前不會發生氣相預反應，并且氣流穩定，沒有渦流產生。經實驗證明，這種反應器在外延生長中，反應器的芯片以上部分基本沒有氣相預反應，非常干凈，一般只需幾個月清洗一次。反應室采用透明的石英玻璃制成，在生長時可以隨時觀察芯片的外延生長情況。與目前已有的幾種國外生產的MOCVD SYSTEM的反應器相比，該反應器具有的最大特點是①.結構簡單、實用性強，拆卸和清洗方便，造價低廉；②.尤其是作為易損件的石墨基座，結構簡單，成本低，可以在每次生長后及時更換并清洗，可反復使用；從而避免了石墨基座上的上次生長的淀積物對二次生長的影響。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細地描述。圖1是現有技術臥式反應器的結構示意圖； 圖2是現有技術立式反應器的結構示意圖；圖3是現有技術超低臥式反應器的結構示意圖；50.生長氣體；60.外延生長晶片；70.感應加熱圈；80.石墨基座；90.廢氣。圖4是本專利技術具有超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物氣相淀積法設備處于工作狀態剖視圖；圖5是圖4中的A-A局部剖視圖；圖6是本專利技術具有超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物氣相淀積法設備處于打開狀態剖視圖。1-1.進氣管；1-2.氣體接頭下座；1-3氣體接頭上座；；1-4.冷卻水口；1-5.氣體混合室；1-6.上管座；1-7.紅外測溫儀器；2-1.外延片；2-2.石墨基座；2-3.感應加熱線圈；2-4.陶瓷管；2-5.外管；2-6.內管；2-7.下管座；2-8.熱電偶；2-9.感應線圈連接電纜；2-10.感應線圈冷卻水接口；2-11反應室；3-1.上底板；3-2.內齒圈；3-3.行星齒輪；3-4.中心座；3-5.主軸盤；3-6.行星齒輪軸；4-1.下底板；4-2.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種超高立式反應器的氮化鎵金屬有機物化學氣相淀積法設備，包括反應器，底板，進氣管，石墨基座，傳動機構，其特征在于所述反應器中的內管直徑Ｄ和高度Ｈ的比值Ｄ／Ｈ在０．１６－０．５之間。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張國華，
申請(專利權)人：張國華，
類型：發明
國別省市：95[中國|青島]
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