專利名稱:帶源的氯化物、氫化物系統(tǒng)的多次連續(xù)生長裝置及其方法
本發(fā)明和制造化合物材料的氣相化學淀積技術領域：
相關。
傳統(tǒng)氣相外延，耗費在輔助階段的時間，遠大于生長時間。襯底裝入反應管后，要用大流量氫沖洗40～50分鐘;反應管入爐后，爐溫穩(wěn)定要15～20分鐘(見中科院上海冶金所，《摻Te砷化鎵氣相外延》載于中國《一九七二年砷化鎵學術報告文集》172頁);源的重新飽和要20分鐘;生長完從降爐溫到取片也要半小時。而對于大多數(shù)微波器件薄層的生長，通常只要半小時，甚至幾分鐘的時間。曾經(jīng)實驗過許多提高效率的方法，如水平放片時前后多放幾片，或在高度上分層放片，但由于爐溫前后不一致，以及氣流的分層作用，使這些片子彼此不重復。本發(fā)明的目的，就是提供一種高效率的多次連續(xù)生長方法。
圖1為氯化物系統(tǒng)裝置。石英反應管(10)由前邊裝源(12)的細管、中部供石英襯底托(20)移動的中粗管和后部放石英納污管(30)、備片架(40)的粗管組成。后部帶一磨口(15)涂少量抗腐蝕密封油，其外部用彈簧(16)拉緊。反應管自A點后都放在爐口外。(11)為進氣管。
上部為平面，下部為外徑比反應管內(nèi)徑略小的園形的納污管，保證了自納污管后的空間(不含納污管內(nèi))沒有化學物質沉積，這是實現(xiàn)連續(xù)生長的先決條件，這同時要求外延片的生長，應放在沉積區(qū)的前部。其尾端為一外徑比粗管內(nèi)徑稍微略小的很短石英管(33)，因而能與粗管內(nèi)徑大致密合，其端口經(jīng)研磨能與反應管尾端大致密合，并正對出氣管(19)。兩個大致密合使從管(18)注入的逆流保護氣體絕大部分都經(jīng)納污管排出，因直接從管(19)排出的阻力很大。納污管上部的雙棱(31)為使拉桿(26)移動時不離開其原定徑向位置。凹槽(32)為放成品片的。
由四條腿(41)支起的備片架可由多種材料制成，其落腳與反應管壁上的小凹坑(14)內(nèi)，以大致固定。其臺面高度要高于托板(22)一小距離。許多處理好的襯底(43)放于由雙層橫向細棒組成的框隔(42)內(nèi)，它使襯底傾斜于同一方向并彼此保持合于要求的距離。其下部是可在兩相對直角棱邊(46)上橫拉的抽板(44)。往襯底托上裝片時，可通過反應管外的線圈(13)磁拉封于抽板尾部朝上面上的小鐵芯(45)，令抽板后移一小距離，一個片子便恰好落在事先已移至其下方的襯底托板(22)上。架臺前后的幾個“小爪”(47)是為防止抽板過移脫落的。標尺(48)是為控制磁拉距離的。
片子裝好后，先通過線圈(17)再通過線圈(13)分別磁拉鐵芯(28)、(27)，將襯底送入生長條件已穩(wěn)定的爐中，先予熱，再拉至微腐蝕區(qū)(緊靠飽和溫度前的溫度梯度小的區(qū)域)腐蝕，其后再拉至生長區(qū)生長。這樣做的目的，是為避免片子升溫過程中的生長和減小剛開始生長時的瞬態(tài)效應。標尺(29)為精確控制磁拉位置的。兩個重的鐵芯(27)(28)是封在底部是平面的半園石英管內(nèi)，以防止拉桿(26)在水平方向上的轉動。生長完畢后，將襯底托迅速后拉，至某一溫度稍停，以避免過快降溫造成的應力，當拉至成品槽(32)上方時，通過磁拉托板朝下面上封住的小鐵芯(23)，將托板在兩相對的直角棱邊(21)上前移，托板四個角上的尖端向下且靠近托板的四個小勾(24)，阻止了外延片隨托板的移動，因而使其落入槽中。前后兩邊向上的石英“小爪”(25)，同樣為防止托板過移脫落。其后，將托板拉至原位，再將整個襯底托拉至備片架下裝片，開始下一次生長。
圖2為立式生長的石英襯底托(20B)的前部。與圖1中的襯底托(20)相比，有下列不同托板(22C)變短，小于襯底長度的 1/2 ，但大于前勾(24E)與后勾(24F)間的距離，而其寬度仍比襯底寬，使襯底能立于其上;其后帶一斜靠板(22D);前勾(24E)其勾尖水平向后，后勾(24F)不帶勾尖。其余標記及襯底托(20B)后部與圖1對應部分同。立式生長時，可用它代替襯底托(20)。裝襯底時，將托板(22C)后移直至斜靠板(22D)底部與后勾(24F)對齊為止，令襯底沿斜靠板下滑至托板上，再將托板前移，利用前勾使襯底緊靠于斜靠板上。生長完取片時，將托板后移，利用后勾將外延片脫開斜靠板至滑落入成品槽中。
圖3為氫化物系統(tǒng)裝置的前部，除加一氫化物進口管(11G)外，圖上的其余標記以及整個裝置的后部與圖1同。它即可使襯底水平生長，也可使用如圖2的襯底托立式生長。
本發(fā)明有下列優(yōu)點1、大大節(jié)省了輔助階段的時間，提高了效率。配合適當?shù)亩鄬油庋蛹夹g，本發(fā)明可以實現(xiàn)連續(xù)多次多層外延生長。這不但是有源的氯化物、氫化物系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)必走的一步，就是用于實驗室中，也可大大提高系列實驗的效率，因為在每個襯底生長前，就可更改生長條件。傳統(tǒng)的生長方法，每次生長都要打開反應管取片、裝襯底，由于反應的付產(chǎn)物氯化物極易潮解，使反應管每次都吸進一些空氣中的水分。由于脫水困難，使每次生長的本底水、氧含量不盡相同。本法克服了這一缺點，有利于同一批的重復生產(chǎn)和系列條件對比實驗。
2、實現(xiàn)了穩(wěn)定條件下的外延生長。通常的外延，如AsCl3-Ga-H2系統(tǒng)，開始通入AsCl3時，生長并不即刻開始，而是在氣相組分濃度漸高過程中的某一時刻開始并加快的;當關閉AsCl3時，生長也不立刻停止，而是在氣相組分濃度漸低過程中減慢并到某一時刻停止的。至使外延的開始和最后，都是在變化著的低摩爾數(shù)下進行的。本法自始至終都保證了氣相組分濃度的恒定。每個襯底生長前，都是把它放在微腐蝕區(qū)，腐蝕出來的量很少，可以認為對氣相組分濃度沒影響。這是因為緊靠飽和點是既不生長也不腐蝕的，我們把飽和溫度之前的一小段距離的溫度梯度變小，就能作到最微小的腐蝕。而襯底由腐蝕區(qū)移向生長區(qū)，只動小小的襯底托，其熱容量小，溫差又小，還有導熱快的氫沖吹，到達新的平衡溫度時間快，所以生長的開始時間易于控制，同時本法只要將襯底后移，就可作到生長的立刻停止。和傳統(tǒng)方法對比這些優(yōu)點都有利于薄層生長。
3、反應管內(nèi)建立氣相平衡速度并不慢。這是因為納污管通過逆流保護氣體割除了反應管后面很大一部分，作為取外延片、裝襯底的機械動作空間，剩下的反應組分能夠到達的化學淀積空間，只占反應管中的一小部。同時，納污管又在下方，有利于除氫之外的其它組分、雜質氣體的排出(因為它們都比氫重)，大大削弱了氣流分層的不利作用，有利于新的平衡的建立。這里納污管起著巧妙的作用，它把反應管分成兩部分，它實際上是反應管內(nèi)的排氣管，又是拉桿滑動的“道路”。
權利要求
1.帶源的氯化物、氫化物系統(tǒng)的多次連續(xù)生長裝置，為一由細、中、粗三種規(guī)格組成的帶有磨口的反應管，其上有一個(對氯化物系統(tǒng))或兩個(對氫化物系統(tǒng))進氣管，出氣管、逆流氣體進入的管，內(nèi)有源、襯底托、納污管。其特征為帶有凹槽(32)、下方為園形、上方平面上帶有雙棱(31)、靠兩個密合與反應管結合的下方納污管，由四條腿(41)、框隔(42)、抽板(44)及其尾部朝上面上的鐵芯(45)、直角棱邊(46)、“小爪”(47)組成的放在反應管后部的備片架，由直角棱邊(21)、托板(22)及封在它朝下面上的鐵芯(23)、小勾(24)、“小爪”(25)、拉桿(26)鐵芯(27)、(28)組成的可在納污管上移動的水平襯底托(20)；或者由直角棱邊(21)、托板(22C)及封在它朝下面上的鐵芯(23)、前勾(24E)、后勾(24F)、“小爪”(25)、斜靠板(22D)、拉桿(26)、鐵芯(27)、(28)組成的可在納污管上移動的立式生長襯底托(20B)。反應管上帶有凹坑(14)、標尺(48)(29)，其外帶有線圈(13)(17)。
2.使用如權利要求
1所述裝置的方法，每片襯底都先氣相腐蝕再生長，其特征為在反應穩(wěn)定進行的條件下，通過磁拉的方法將襯底先拉入微腐蝕區(qū)，以利避開襯底升溫過程中的瞬態(tài)效應，再拉入生長區(qū)生長，并通過磁拉實現(xiàn)在反應管內(nèi)取片和裝襯底的多次連續(xù)生長。
專利摘要
本發(fā)明屬于氣相化學淀積領域。為提高效率，在反應穩(wěn)定進行的條件下，在反應管內(nèi)實現(xiàn)取外延片和裝襯底，從而可以多次連續(xù)生長，不但節(jié)省了每次生長之間的輔助階段的時間，有利于薄層生長和同一批的重復性，同時也克服了傳統(tǒng)方法外延開始和停止都在組分變化著的低摩爾數(shù)下進行的這些瞬態(tài)效應。
文檔編號C30B25/02GK86104675SQ86104675
公開日1988年1月27日 申請日期1986年7月10日
發(fā)明者楊韌 申請人:楊韌導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan