一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室，该反应室上设有进气机构和排气口，反应室内设有石墨舟，所述反应室内壁上设有旋转涡流产生装置，该旋转涡流产生装置位于石墨舟边缘与反应室内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动，旋转涡流产生装置为喷管射流混合装置，该喷管射流混合装置包括至少两个对称设置在反应室内侧壁的喷管，喷管上设置至少一个吸入口，喷管的进气口与进气机构连接。本发明专利技术利用涡流，使气体与材料充分混合，在反应腔的石墨舟表面形成组份分布更加均一恒定的反应源材料，生成材料组份相同、厚度也相同的GaN薄膜晶体材料。

【技术实现步骤摘要】
一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置
本专利技术涉及一种用于氢化物气相外延生长氮化镓反应室内产生旋转涡流的辅助装置，特别是涉及一种用于在石墨舟表面产生旋转涡流的旋转流动装置。
技术介绍
氮化镓作为典型的第三代半导体代表材料之一，在白光照明、紫外光器件及可见光通信等领域都具有重要且广泛的应用前景，尤其高功率、高光强紫外波段器件在紫外固化、曝光以及医疗方面都具有独有优势，但是目前缺少同质外延衬底，导致器件的量子效率都受到严重制约，为此，发展同质外延衬底，成为当前学术界的热点。目前已有的单晶生长、氨热法等众多工艺中，氢化物气相外延(HVPE)有望成为主要方法。HVPE技术在材料生长过程中需要面对一个重要问题，就是流场和温度场的配布，在整个反应室中，在温度均匀一致的前提下，流场的特征将决定反应室中参与反应的气体物质，也包括载气等气体在内的混合气体在石墨舟表面分布是否均匀一致，将决定最终生成的氮化镓薄膜生长速率及材料组份是否一致。目前，反应室内气体常常未得到充分混合，反应后残余尾气也常常滞留在样品表面，生长薄膜厚度及组份很难高度一致，制约了HVPE技术的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，反应源材料分布更加均匀，生成材料组份相同、厚度也相同的GaN薄膜晶体材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室，该反应室上设有进气机构和排气口，反应室内设有石墨舟，所述反应室内壁上设有旋转涡流产生装置，该旋转涡流产生装置位于石墨舟边缘与反应室内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动。所述旋转涡流产生装置为喷管射流混合装置，该喷管射流混合装置包括至少两个对称设置在反应室内侧壁的喷管，喷管上设置至少一个吸入口，喷管的进气口与进气机构连接。所述喷管内部设有至少一个内喷口，并且吸入口设在内喷口和喷管的出气喷口之间的位置上。所述喷管的出气喷口朝向反应室内侧壁圆周切线方向。所述喷管的出气喷口朝向反应室内部中心区域。所述喷管的出气喷口以与反应室内侧壁圆周切线方向成预设角度朝向石墨舟上表面。所述喷管为直管、渐缩管或者缩放管。所述旋转涡流产生装置包括至少两个对称设置的倾斜状的叶栅或者导流叶片。所述石墨舟通过转动轴活动安装在反应室内，或者该石墨舟通过固定轴固定安装在反应室内。所述进气机构包括进气管和喷头，喷头安装在进气管的出气端，喷头为喷淋头结构或管柱状喷头。本专利技术的有益效果是：在包括反应物气体在内的混合气体流动接近石墨舟表面时，由于涡旋射流混合装置作用，将产生较大漩涡，漩涡将带动反应室内部气体共同转动，形成大范围漩涡，使反应物气体组份在石墨舟表面分布更加均匀，生长速率及组份分布均匀一致。本专利技术没有采用常规的单一喷管射流装置，而是采用最少双喷管加最少一个吸入管口的射流混合装置，可以使喷管中流出的源气体，进一步与反应室中气体发生混合，使流场均一稳定的同时，也提高了反应气体的利用率。附图说明附图1为本专利技术实施例一的剖开示意图；附图2为本专利技术实施例一的旋转涡流产生装置的示意图；附图3为本专利技术实施例一在反应室内形成涡流状态的示意图；附图4为本专利技术实施例二的剖开示意图；附图5为本专利技术实施例二的喷管射流混合装置的示意图；附图6为本专利技术实施实施例二的喷向的剖面示意图；附图7为本专利技术实施例三的俯视示意图；附图8为本专利技术实施例四的俯视示意图。附图标记：图1中：1.反应室，2.进气口，3.叶栅或导流叶片，4.石墨舟，5.排气口。图4中：1.反应室，2.进气口，3.喷管，4.石墨舟，5.排气口。图5中：1.反应室，3.喷管。图6中：31.喷管的内喷口，32.吸入口，33.喷管的出气喷口。图7中：1.反应室，3.喷管，4.石墨舟。图8中：1.反应室，3.喷管，4.石墨舟。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如附图1-8所示，本专利技术揭示了一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室1，该反应室1上设有进气机构2和排气口5，反应室内1设有用于放置衬底的石墨舟4，所述反应室1内壁上设有旋转涡流产生装置3，该旋转涡流产生装置3位于石墨舟4边缘与反应室1内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动。排气口5优选设置在反应室底面，进气机构包括进气管和喷头，喷头安装在进气管的出气端，喷头为喷淋头结构或管柱状喷头。进气管的形状可以为各种形状，在此并无特别限定，对于喷头，也还可以为其他结构，上述列举并非是限定。当反应物气体及载气等混合气体从上方流入反应室内，到达石墨舟4上方附近的时候，由于受到反应室侧壁的旋转涡流产生装置3的作用，会产生绕反应室轴线旋转流动，将会带动反应室内气体一起转动，形成在石墨舟表面的旋转流动，使反应物在衬底表面的组份分布更加均匀，薄膜生长速率及物质组份更加均匀一致。石墨舟通过转动轴活动安装在反应室内，或者该石墨舟通过固定轴固定安装在反应室内。根据使用需求，石墨舟在反应过程中可以转动或者保持静止。旋转涡流产生装置具有多种结构，可为喷管射流混合装置、叶栅或导流叶片，或者导流槽结构，导流槽可在反应室内壁设置矩形槽或者圆形凹槽，或者其他形状的导槽，引导气体的流动。其中较佳的实施方式为采用喷管射流混合装置和叶栅或导流叶片，下面对该两种旋转涡产生装置进行具体的阐述。实施例一如附图1-3所示，旋转涡流产生装置包括至少两个对称设置的倾斜状的叶栅或者导流叶片3。该导流叶片的边缘可以为圆角、棱角或上下两面收缩至一边，或者其他形状，在此不再一一列举。导流叶片可以设置一层或多层，各层之间可以上下重叠分布，也可以沿圆周位移，在反应室内至少应在对称角度处设置两个，保证形成稳定的涡流。当氢气、氮气以及反应物气体等混合气体从进气机构1进入反应室1后沿轴向从反应室1上部流向下部，到达石墨舟4表面附近时，位于反应室1边缘处气体将受到导流叶片的阻力，由于流体流动的固有特点，受阻流体将沿导流叶片表面流动，形成向下及导流叶片切线方向的流动，最终形成绕整个反应室的旋转流动，从而带动石墨舟表面以上的流体形成旋转流。在旋转流动稳定之后，到达石墨舟4表面的气体将由于这种旋转运动而组份分布更加均匀，外延片薄膜材料生长速率及组份也将更加均匀一致。可根据旋转流动强度的需求调整所需旋转叶片的层数及每一层数目，也可根据具体要求调整叶片形状及倾斜角度。实施例二如附图4-6所示，反应室1内设置的旋转涡流产生装置3为为喷管射流混合装置，该喷管射流混合装置包括至少两个对称设置在反应室内侧壁的喷管3，喷管上设置至少一个吸入口32，喷管3的进气口与进气机构2连接。该喷管的形状并无特别限定，可为直管，或者渐缩管或者缩放管，或者其他形状的喷管。对于喷管的进气口和出气喷口的形状也可以根据使用场合和需求设计成各种形状，如可以设为圆形、方形、椭圆形、棱形或者多边形，或者其他形状，在此不再一一列举。而且喷管也可以设置更多根，可以分层结构设计，上下层结构分布，并且上层喷管和下层喷管在反应室内侧壁圆周上的方向可以相同，也可以不同。喷管内部设有一个内喷口，并且吸入口32设在内喷口31和喷管3的出气喷口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室，该反应室上设有进气机构和排气口，反应室内设有石墨舟，其特征在于，所述反应室内壁上设有旋转涡流产生装置，该旋转涡流产生装置位于石墨舟边缘与反应室内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动。

【技术特征摘要】
1.一种氢化物气相外延反应室旋转流动装置，包括反应室，该反应室上设有进气机构和排气口，反应室内设有石墨舟，其特征在于，所述反应室内壁上设有旋转涡流产生装置，该旋转涡流产生装置位于石墨舟边缘与反应室内侧壁之间，该旋转涡流产生装置将从进气机构中进入到反应室内的气体引导至石墨舟并产生涡流流动。2.根据权利要求1所述的氢化物气相外延反应室旋转流动装置，其特征在于，所述旋转涡流产生装置为喷管射流混合装置，该喷管射流混合装置包括至少两个对称设置在反应室内侧壁的喷管，喷管上设置至少一个吸入口，喷管的进气口与进气机构连接。3.根据权利要求2所述的氢化物气相外延反应室旋转流动装置，其特征在于，所述喷管内部设有至少一个内喷口，并且吸入口设在内喷口和喷管的出气喷口之间的位置上。4.根据权利要求3所述的氢化物气相外延反应室旋转流动装置，其特征在于，所述喷管的出气喷口朝向反应室内侧壁圆周切线方向。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成明，刘鹏，张国义，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44