一种混气式喷头结构及其氮化镓成膜装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种混气式喷头结构及其氮化镓成膜装置。


背景技术：

2.氢化物气相外延技术(hvpe)生长gan，是以金属镓作为镓源，氨气作为氮源，氯化氢作为反应气体并在载气的携带下，通过镓舟，与其中的金属镓发生化学反应，生成gacl，再通过载气携带，在衬底上方与氨气反应生成gan，并在衬底上沉积。镓舟镓源转化率主要取决于氯化氢在液态金属镓源表面或在镓舟内的驻留时间，随着总气量的变化，氯化氢在镓舟内驻留时间也会变化，导致gacl转化率一直处在波动状态，使得整个工艺过程充满不确定性。
3.现有技术中，通常都是采用调节h2和惰性气体的流量，控制gacl气体在托盘表面的分布，而这种调节也会影响hcl经过镓舟的流速，影响gacl的转化率。
4.因此，有必要提出一种新的用于氢化物气相外延的喷头及装置，以更好地解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本实用新型提供一种混气式喷头结构及其氮化镓成膜装置，本实用新型的混气式喷头结构，其结构简单，设计合理，气体混合均匀；本实用新型的氮化镓成膜装置，其结构简单，设计合理，工艺过程稳定。
6.本实用新型采用的技术方案是：
7.一种混气式喷头结构，包括镓舟和调节气管路，所述镓舟设有气体进口和气体出口，所述气体出口与所述调节气管路连通，从所述气体出口流出的气体与所述调节气管路输送的调节气体混合后流出。
8.对上述技术方案的进一步改进为，还包括载气管路和混气管路，所述载气管路与所述气体进口连接，所述载气管路用于向所述镓舟内通入反应气体，所述气体出口和所述调节气管路分别与所述混气管路连接。
9.对上述技术方案的进一步改进为，还包括混气装置，所述混气装置装设于所述混气管路内。
10.对上述技术方案的进一步改进为，还包括氨气管路。
11.对上述技术方案的进一步改进为，所述气体进口和所述气体出口设置于所述镓舟相对的两侧。
12.对上述技术方案的进一步改进为，所述镓舟内具有镓源，所述气体进口和所述气体出口竖直设置且相互错开，所述气体进口位于所述镓舟的上端面；所述气体出口位于所述镓舟的下端面且延伸至所述镓舟内高于所述镓源的水平面的位置。
13.对上述技术方案的进一步改进为，所述载气管路通入的所述反应气体为hcl、h2和
惰性气体。
14.对上述技术方案的进一步改进为，所述调节气管路通入的所述调节气体为h2和惰性气体。
15.一种采用上述混气式喷头结构的氮化镓成膜装置，包括装置本体和托盘，所述混气式喷头结构和所述托盘置于所述装置本体内，所述镓舟流出的气体与所述调节气管路通入的调节气体在所述混气管路混合后，流向所述托盘。
16.对上述技术方案的进一步改进为，所述托盘设有反应区，所述混气管路流出的气体流向所述反应区。
17.本实用新型的有益效果如下：
18.1、本实用新型的混气式喷头结构，包括镓舟和调节气管路，所述镓舟设有气体进口和气体出口，所述气体出口与所述调节气管路连通，从所述气体出口流出的气体与所述调节气管路输送的调节气体混合后流出，其结构简单，设计合理，通过调整调节气管路中输送的气体流量，从而控制最终混合气中gacl气体的含量，以控制gacl气体在后续制备工艺中的分布，从而实现稳定可控的工艺过程；
19.2、本实用新型的氮化镓成膜装置，包括装置本体和托盘，所述混气式喷头结构和所述托盘置于所述装置本体内，所述镓舟流出的气体与所述调节气管路通入的调节气体在所述混气管路混合后，流向所述托盘，其结构简单，设计合理，通过载气管路通入恒定流量的反应气体，其经过镓舟的流速恒定，因此，gacl转化率稳定，通过调整调节气管路中输送的气体流量，从而控制最终混合气中gacl气体的含量，以控制gacl气体在托盘表面的分布，从而实现稳定可控的工艺过程。
附图说明
20.图1为本实用新型的混气式喷头结构的一种结构示意图；
21.图2为本实用新型的混气式喷头结构的另一种结构示意图；
22.图3为本实用新型的混气式喷头结构的又一种结构示意图；
23.图4为本实用新型的氮化镓成膜装置的一种结构示意图；
24.图5为本实用新型的氮化镓成膜装置的另一种结构示意图；
25.附图标记说明：1.镓舟、11.气体进口、12.气体出口、13.镓源、2.调节气管路、3载气管路、4.混气管路、5.混气装置、6.氨气管路、7、装置本体、8.托盘、81.反应区。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示
相对重要性。
28.同时，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.如图1所示，本实施例混气式喷头结构，包括镓舟1和调节气管路2，所述镓舟1设有气体进口11和气体出口12，所述镓舟1内具有镓源13，所述气体出口12与所述调节气管路2连通，从所述气体出口12流出的气体与所述调节气管路2输送的调节气体混合后流出，其结构简单，设计合理，通过调整调节气管路2中输送的气体流量，从而控制最终混合气中gacl气体的含量，以控制gacl气体在后续制备工艺中的分布，从而实现稳定可控的工艺过程。
30.具体地，还包括载气管路3和混气管路4，所述载气管路3与所述气体进口11连接，所述载气管路3用于向所述镓舟1内通入反应气体，所述气体出口12和所述调节气管路2分别与所述混气管路4连接。
31.还包括氨气管路6，所述氨气管路6通入的气体与所述混气管路4流出的气体朝相同或相近方向流出。
32.所述气体进口11和所述气体出口12设置于所述镓舟1相对的两侧。
33.在上述实施例的基础上，如图2所述，在本实施例中，还包括混气装置5，所述混气装置5装设于所述混气管路4内，本实施例中，主要是针对载气管路3和调节气管路2总流量过大后，两者的气体混合时，会出现气体混合不均匀和流动不稳定的现象，不利于工艺过程，因此，在混气管路4增加混气装置5，通过引导气体折返流动的方式，实现气体混合均匀和流动稳定。
34.参见图3，在本实施例中，所述气体进口11和所述气体出口12竖直设置且相互错开，所述气体进口11位于所述镓舟1的上端面；所述气体出口12位于所述镓舟1的下端面且延伸至所述镓舟1内高于所述镓源13的水平面的位置，镓舟1的气体进口11和气体出口12竖直设置且相互错开，有利于增加反应气体在镓舟1内与镓源13反应的时间，提高cacl的转化率；具体地，所述载气管路3通入的所述反应气体为hcl、h2和惰性气体；所述调节气管路2通入的所述调节气体为h2和惰性气体，其中，hcl气体在镓舟与镓源13(金属镓)发生化学反应，生成gacl气体，h2和惰性气体作为载气携带未参与反应的hcl气体和gacl气体流动，可以通过调节载气管路2通入的反应气体的流量，调节hcl在镓舟的驻留时间，进而调节gacl的转化率。调节气管路2通入的调节气体为h2和惰性气体，调节气体在混气管路中与镓舟1流出的气体混合，从而调节流出的气体中gacl的含量，控制gacl气体分布，其中，反应气体和调节气体中的惰性气体具体可以是n2。
35.参见图4，为采用上述的混气式喷头结构的氮化镓成膜装置，包括装置本体7和托盘8，所述混气式喷头结构和所述托盘8置于所述装置本体7内，所述镓舟1流出的气体与所述调节气管路2通入的调节气体在所述混气管路4混合后，流向所述托盘8，具体地，所述托盘8设有反应区81，所述混气管路4流出的气体及所述氨气管路6流出的氨气、均流向所述反应区81，本实施例中，调节气管路2通入的调节气体与镓舟1流出的气体在混气管路4混合
后，与氨气管路6通入的气体在托盘8表面发生反应，并沉积在托盘8上，其结构简单，设计合理，通过载气管路3通入恒定流量的反应气体，其经过镓舟1的流速恒定，因此，gacl转化率稳定，通过调整调节气管路2中输送的调节气体的流量，从而控制最终混合气中gacl气体的含量，以控制gacl气体在托盘表面的分布，从而实现稳定可控的工艺过程。
36.参见图5，本实施例所述的氮化镓成膜装置，包括装置本体7和托盘8，所述混气式喷头结构和所述托盘8置于所述装置本体7内，所述气体进口11和所述气体出口12竖直设置且相互错开，所述气体进口11位于所述镓舟1的上端面；所述气体出口12位于所述镓舟1的下端面且延伸至所述镓舟1内高于所述镓源13的水平面的位置，镓舟1的气体进口11和气体出口12竖直设置且相互错开，这样的设置，有利于增加反应气体在镓舟1内与镓源13反应的时间，提高cacl的转化率，在反应过程中，调节气管路2通入的调节气体与镓舟1流出的气体在混气管路4混合后，与氨气管路6通入的气体在托盘8表面发生反应，并沉积在托盘8上，其结构简单，设计合理，通过调整调节气管路2中输送的调节气体的流量，以控制gacl气体在托盘表面的分布，从而实现稳定可控的工艺过程。
37.此处需要说明的是，上述实施例中的氮化镓成膜装置，为了增加混气效果，设置有混气装置5，在其它实施例中，如果载气管路3和调节气管路2总流量不大，在不设置混气装置5的情况下，即可完成均匀的气体混合，则可以选择性的不设置混气装置5，此处可根据工艺需求，灵活设置。
38.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。