[发明专利]用于氧化镓外延的集气环及用于氧化镓外延的MOCVD设备

说明书

本发明公开了一种用于氧化镓外延的集气环以及具有该集气环的用于氧化镓外延的MOCVD设备，所述用于氧化镓外延的集气环包括环状本体，所述环状本体包括相对设置的第一端面、第二端面及位于第一端面和第二端面之间的内表面和外表面，所述第一端面、第二端面、内表面和外表面共同围合形成腔室，所述内表面上开设有与所述腔室连通的多个第一气流孔，所述外表面上开设有与所述腔室连通的多个第二气流孔。本发明的用于氧化镓外延的集气环以及用于氧化镓外延的MOCVD设备，能够解决现有设备内部各部件被氧化镓外延所需氧气氧化的问题。

技术领域

本发明是关于外延生长薄膜技术领域，特别是关于一种氧化镓外延生长用集气环以及带有该集气环的用于氧化镓外延的MOCVD设备。

背景技术

第四代半导体材料氧化镓(Ga₂O₃)禁带宽度大于4eV，为超宽禁带半导体材料的一种，可用于制备大功率器件，在高温条件下使用，其电力损耗在理论上分别是Si器件的1/3400、SiC的1/10，且Ga₂O₃拥有高击穿电压，低导通电阻，拥有与氮化镓相近的良好的射频特性，将用于日盲、电力电子和深紫外等器件。

Ga₂O₃器件的外延设备有MBE、MOCVD、Mist-CVD和HVPE。其中， MBE设备缺陷数量极少，可以有效地控制载流子浓度，在制备Ga₂O₃基异质结和超晶格方面的优势明显，但价格比较昂贵，沉积速率比较低，不太适合产业化生产；Mist-CVD设备结构简单，成本低廉，但技术的积累还不够，主要用来制备α相Ga₂O₃薄膜，所以在产业化过程中，不能完全取代其他沉积技术；HVPE获得材料的纯度较高，生长速度较快，并且过程简便，可制备β -Ga₂O₃和α-Ga₂O₃，但生长的厚膜的表面比较粗糙，产生大量缺陷，大尺寸外延薄膜的厚度均匀性控制比较难；MOCVD可以大面积成膜，生长速率高，非常适合工业化生产，在Ga₂O₃外延薄膜沉积方面薄膜具有非常低的缺陷，电子迁移率接近理论预测值，在制备高性能功率器件方面具有很好的潜力，由于设备通常可以实现800摄氏度以上衬底加热，对于实现高浓度铝(Al)掺杂非常有利，目前用于外延Ga₂O₃的MOCVD处于实验室使用阶段，未有工业用量产机型。现有的外延GaN的MOCVD设备构造很适合外延Ga₂O₃薄膜，但是GaN外延所使用的大盘、加热丝或者加热片及设备内部的金属配件，在引入氧气后将被氧化失去加热能力或者减短使用寿命。

现有技术中，已经出现了针对现有的外延GaN的MOCVD设备进行改进以用于外延Ga₂O₃薄膜，例如公开号为CN215404508的实用新型专利，该专利改进现有GaN用MOCVD反应室，使用碳化硅(SiC)罩子覆盖在钨丝加热器外表面，且在碳化硅罩子外表面上开设有若干个凹槽放置衬底，防止氧气扩散至钨丝所在区域，将其氧化。采用SiC材质的载盘虽然具有使用寿命长，不易被氧化的优点，但SiC的杂质含量高、硬度高，不易机加工，且成本比传统的石墨盘高很多，不适用于量产使用。再例如，公开号为 CN114908419A的发明专利，公开了同质氧化镓衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其使用激光器的激光光斑覆盖石墨托盘的整个顶部，由于高阻型氧化镓衬底对激光的吸收很小，激光可以直接照射到石墨托盘上，进而实现高阻型氧化镓衬底的均匀受热，制备出高质量、厚度均匀的同质外延氧化镓薄膜。该方法引入激光器加热，但是激光器的功率做不大，光束质量不高，大规模量产时，需要过多的激光器同时使用和复杂的光学系统，给加热系统的精确控温带来很多不确定性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容