[发明专利]一种MOCVD新系统

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种MOCVD新系统，属于MOCVD设备领域。

背景技术

MOCVD即Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，中文名称金属有机化学气相沉积， 是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。传统MOCVD反应系统包括：反应腔、用于输入反应气体的喷淋盘、设置于反应腔底部的加热基座、对基座进行加热的加热器、设置在反应腔底部用于排出反应副产物的排气口。MOCVD设备长期以来一直依赖进口，其价格昂贵，导致半导体光源价格拘于高位，不利推广，国内由于不掌握关键设备技术，反过来极大地制约了材料技术和器件性能的提高，制约了我国光电子产业的进一步发展，也成了发展我国高端光电子器件的瓶颈。这就要求我们能自己掌握MOCVD设备特别是反应系统的设计与制造技术，实现光电子产业的一个重大突破。

LED磊晶的重要指标之一，就是其厚度和组分的均匀性，在MOCVD技术中，要生长出一定厚度，并组分均匀的大面积磊晶材料，基片各处的生长速度以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致。

发明内容

本发明目的公开了一种新的MOCVD系统，以便于用于LED芯片尤其是大尺寸LED芯片的制作，并节约了磊晶所用的原材料，提高磊晶均匀性，保证磊晶的质量。

本发明的系统包括电控箱、混气箱、反应腔、传送箱、尾气处理系统，所述的反应腔包括了沟槽互通式转动载盘、与载盘匹配的带支架基座、旋转喷淋头、排气口等。

本发明所说的沟槽互通式转动载盘如附图1所示，其包括了图形化部分1，磊晶衬底盛放处2，互通式沟槽3。图形化部分1其作为保护气体喷淋处，所谓的保护气体为用于保护反应气与载源气，防止在磊晶过程中反应气与载源气外溢及免受外界废气干扰，使反应气与载源气能充分反应，节约原料，提高磊晶质量，另外保护气体另一个作用，作为载盘转动动力，图形化部分1，所述的图形化其主要目的增强保护气体对载盘圆周上的作用力，优选凹凸不平的图形；磊晶衬底盛放处2，用于放置磊晶衬底，其为凹形结构的凹槽，凹槽深度小于等于磊晶前衬底厚度，大于等于1/2磊晶后衬底厚度。用于防止载盘在转动过程中飞片；互通式沟槽3，每片磊晶衬底周围都布有沟槽，其用于将反应完的反应气体及载源气体及时排出反应区，沟槽设计使其在排放废气时不干扰衬底上正常磊晶反应，沟槽断面图如图2所示，沟槽为椭圆形，2x为椭圆长轴长，2y为短轴长，2z为沟槽开口宽，z＜x＜2z，z＜y＜2z，y＜x，磊晶衬底直径为D，D 1/13＜z＜D 2/13。图形化部分1与互通式沟槽3沟槽最低处在同一水平面上，或低于沟槽最低处，以更便于废气排放。沟槽互通式转动载盘背面如附图3、图5所示，其包括了凸起圆环4，与载盘同圆心，用于作为载盘旋转作用点。

本发明所说的与载盘匹配的带支架基座如附图4、图5所示，其上面设置支柱5与凸起圆环4中心吻合，用于托起载盘，其是石墨载盘转动过程中唯一阻力，与载盘以点接触，减少其与载盘的接触面，降低摩擦力，支柱5优选石墨材质，由于石墨极低的摩擦系数，以此更有效地降低支柱5与石墨载盘的摩擦力。基座背面带有电磁加热装置，使载盘在保护气及电磁辐射力综合下对其的圆周作用力下顺利转动。

所述的喷淋头与石墨载盘等大，并与石墨载盘上下对应平行，与载盘图形化部分1对应的喷淋头处所喷淋出的气体与石墨盘成非直角，这些气体为保护气体。其余部分喷淋的气体与载盘成直角。所有气体均直接喷淋于石墨载盘上，喷淋头外围出气口喷出的气体束对石墨载盘在水平方向上产生的是圆周方向的力，同时磊晶过程中电磁辐射加热对石墨载盘有一定的向上浮力，降低了石墨载盘与石墨基座接触点的摩擦力，经力的有效合并，致使石墨载盘在圆周方向的力作用下围绕中心进行转动，同时保持喷淋头在喷淋过程中水平面内匀速转动，方向与载盘转动的方向相反，促使载源气、反应气能在反应腔内充分混合。喷淋头及石墨载盘在磊晶过程中保持相反方向转动，使喷淋头所喷射出的气体能充分混合，均匀地在衬底上反应，提高了磊晶的均匀性，并节约了原材料。同时控制整个反应过程中喷淋头与石墨载盘旋转的速度总和在750-1250转/min之间。