專利名稱：大直徑mocvd反應(yīng)器的噴淋頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及輸送氣體的噴淋裝置，尤其涉及MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭，包括流通III族氣體的III族腔、流通V族氣體的V族腔以及流通冷卻水的冷卻水腔。
背景技術(shù)：
MOCVD 是金屬有機化學(xué)氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition) 的英文縮寫，為一種非平衡態(tài)生長技術(shù)，它依賴于先驅(qū)物的蒸汽運輸和加熱區(qū)中III族烷基類和V族氫化物的后續(xù)反應(yīng)，將生長氣體和摻雜物提供給反應(yīng)器并將其沉積在襯底表MOCVD反應(yīng)器中使用的常規(guī)噴淋頭，諸如Thomas Swan Scientific EquipmentLimited所提供的，具有三腔的“三明治”結(jié)構(gòu)，III族氣體經(jīng)配流管道、III族腔流入反應(yīng)腔體，V族氣體經(jīng)V族腔流入反應(yīng)腔體，最下面一層是冷卻水腔。隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，競爭的加劇，市場非常迫切地提出高產(chǎn)量MOCVD的需求；MOCVD的核心部分是反應(yīng)器，擴(kuò)大反應(yīng)器的直徑是提高產(chǎn)量的快速而又有效的方法。如果單純地擴(kuò)大常規(guī)噴淋頭的直徑，將會碰到下列幾個問題第一、噴淋頭加工、制造難度急劇增大，并且會伴隨著良率的下降；第二、噴淋頭的冷卻會遇到更大的困難；第三、III族氣體在腔體直徑方向濃度分布會面臨更大的挑戰(zhàn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種大直徑MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭，該噴淋頭即使直徑增加了，加工難度也不會明顯增加。為實現(xiàn)所述目的的大直徑MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭，包括III族腔、V族腔以及冷卻水腔，其特點是，III族腔、V族腔以及冷卻水腔均分隔為N個腔體，N是大于等于2的自然數(shù)，每腔體均為一單體。由于將III族腔、V族腔以及冷卻水腔分隔為各自獨立的至少兩個腔體。因此大大地減小了單體的加工面積，即使MOCVD反應(yīng)器具有大直徑，噴淋頭加工、制造難度也不會有明顯增加，并且由于III族腔、V族腔、冷卻水腔分割為至少兩個腔體，這樣在使用過程中如果部分腔體出現(xiàn)泄漏，可以僅替換該部分腔體，無需整體進(jìn)行替換，方便維護(hù)，減少維護(hù)成本。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，冷卻水腔的各個腔體的進(jìn)水部位于各個腔體的內(nèi)側(cè)中心，且出水部位于各個腔體的外周位置。冷卻水由內(nèi)側(cè)中心進(jìn)水，外周出水，減小的冷卻水路徑，有利于提高冷效果。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，在噴淋頭的正中間，通入一根V氣體的管道至噴淋頭下方的反應(yīng)腔。在噴淋頭的正中間，通入一根V氣體的管道，可以改善V氣體的濃度分布，并改善氣體的流態(tài)。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，III族腔的各腔體通過一塊配流孔板分成上、 下兩個腔，上、下兩個腔通過配流孔板上的孔相通。III族腔通過配流孔板分成上下兩個腔，利用配流孔板上的小孔布局的不同，改變 III族氣體在直徑方向的濃度分布。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，所述N個腔體為四個等分的腔體。四個等分的腔體相對于單個的腔體的尺寸大大減小，即使MOCVD反應(yīng)器具有大直徑，噴淋頭加工、制造難度也不會有明顯增加。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，III族腔、V族腔以及冷卻水腔為圓形，每一該腔體為扇形。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，包括頂部組件和噴淋組件，頂部組件包括上蓋板，上蓋板提供有所述III族腔，上蓋板上形成有III族氣體進(jìn)入通道，該III族氣體進(jìn)入通道與所述III族腔的上腔連通；噴淋組件包括N個噴淋單元，各噴淋單元包括上孔板、 中間孔板、下孔板、圈圍側(cè)壁、上毛細(xì)管組以及下毛細(xì)管組，上孔板、中間孔板以及環(huán)繞上孔板、中間孔板的圈圍側(cè)壁圍成所述V族腔的一個腔體，圈圍側(cè)壁上形成有通往V族腔的該腔體的V族氣體進(jìn)入通道，中間孔板、下孔板以及環(huán)繞中間孔板、下孔板的圈圍側(cè)壁圍成所述冷卻水腔的一個腔體，上毛細(xì)管組的各管穿設(shè)在上孔板、中間孔板、下孔板的孔中，下毛細(xì)管組的各管穿設(shè)在中間孔板、下孔板的孔中，V族腔和冷卻水腔不相通，下毛細(xì)管組將V 族腔和噴淋頭下方的反應(yīng)腔導(dǎo)通；噴淋組件位于頂部組件的下方，上毛細(xì)管組的各管將下 III族腔與噴淋頭下方的反應(yīng)腔導(dǎo)通；上毛細(xì)管組和下毛細(xì)管組交錯布置。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，噴淋組件的外圍環(huán)繞有冷卻水環(huán)。所述的噴淋頭，其進(jìn)一步的特點是，還包括用于分配冷卻水的配流管，各冷卻水腔的各個腔體的進(jìn)水部位于各個腔體的內(nèi)側(cè)中心，且出水部位于各個腔體的外周位置，各進(jìn)水部通過進(jìn)水管連接至同一該配流管。噴淋頭的進(jìn)一步的特點中，噴淋組件的噴淋單元、頂部組件的配流孔板各由多個獨立部分組成，大大地減小了單體的加工面積，因此即使應(yīng)用在大直徑MOCVD反應(yīng)器中，噴淋頭的加工、制造難度也不會有明顯的增加，并且冷卻也是分成四個等分分別進(jìn)行，噴淋頭的冷卻會也不是什么大的問題，也正是由于分成四個等分，在保證了 III、V族氣體混合均勻，并且還可適當(dāng)?shù)卦龃蟾鱾€孔板的孔內(nèi)徑和孔間距，也有利于降低加工、制造的難度，提高產(chǎn)品的良率。本實用新型的前述各特點、優(yōu)點將在后面結(jié)合附圖進(jìn)行示例性的說明。
圖1是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的分解視圖；圖2是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的軸側(cè)圖；圖3是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的主視圖；圖4是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的俯視圖；圖5是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的仰視圖圖6是圖5的A-A剖面圖；[0031]圖7是圖6中B處的局部視圖；圖8是圖6中C處的局部視圖；圖9是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的頂部組件的分解視圖；圖10是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的頂部組件的軸側(cè)圖；圖11是圖10的仰視圖；圖12是圖11的A-A剖面圖；圖13是圖12中D處的局部視圖；圖14是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的冷卻水環(huán)的軸側(cè)圖；圖15是圖14的俯視圖；圖16是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的噴淋組件的分解圖；圖17是根據(jù)本實用新型的噴淋頭的噴淋組件的軸側(cè)圖；圖18是圖17的俯視圖；圖19是圖18的A-A剖面圖；圖20是圖19中B處的局部視圖；圖21是圖17的俯視圖；圖22是圖20的B-B剖面圖；圖23是圖10的俯視圖；圖24是圖23的C-C剖面圖；圖25是圖M中D處的局部視圖。
具體實施方式
圖1到25示出了本實用新型一實施例的噴淋頭，可以使用在大直徑MOCVD反應(yīng)器上。如圖1所示，本實用新型的一實施例中，噴淋頭包括頂部組件1、冷卻水環(huán)2、噴淋組件3。下面先就頂部組件1、冷卻水環(huán)2、噴淋組件3分別進(jìn)行說明，然后再就噴淋頭的整體構(gòu)造進(jìn)行描述。如圖9、圖10、圖11所示，頂部組件1包括上蓋板11和配流孔板12，配流孔板12 可拆卸地連接在上蓋板11上。配流孔板12包括4塊等分的孔板121，四個孔板121為相同結(jié)構(gòu)，下面就一個孔板121的說明也適用于其他三個孔板121。配流孔板12整體呈圓形，各孔板121單獨地可拆卸地安裝在上蓋板11上。如圖12和圖13所示，孔板121放置在上蓋板11的一腔體上，并將該腔體分隔為上腔體13和下腔體14，在本實用新型的一實施例中， 孔板121安裝在上蓋板11的沉孔內(nèi)，該沉孔的環(huán)形側(cè)壁為臺階形狀，孔板121放置在沉孔的側(cè)壁的軸肩上，從而將該沉孔區(qū)分為上腔體13、下腔體14。在上腔體13的大致中心位置， 上蓋板11形成有III族氣體進(jìn)氣孔15，III族氣體進(jìn)氣孔15通往上腔體13，上腔體13和下腔體14通過孔板121上的孔相通。頂部組件1的下方即配流孔板12的下方為噴淋組件 3，III族氣體從上腔體13進(jìn)入到下腔體14后，將由后面所述的上毛細(xì)管組17導(dǎo)引到反應(yīng)腔，頂部組件1和噴淋組件3之間有密封墊片4。如圖14和圖15所示，冷卻水環(huán)2具有環(huán)形的冷卻水道23，冷卻水道23相鄰位置連接有冷卻水進(jìn)水管21和出水管22，冷卻水從進(jìn)水管21進(jìn)入，流經(jīng)冷卻水道23后再從出水管22流出。如圖1所示，噴淋組件3由四個獨立的噴淋單元構(gòu)成，各噴淋單元為相同結(jié)構(gòu)，各噴淋單元外形呈1/4圓的扇形，整個噴淋組件3的大致成圓形。如圖16、圖17所示，噴淋組件3的各噴淋單元包括上孔板31、中間孔板32、下孔板33、上毛細(xì)管組34、下毛細(xì)管組35、 進(jìn)水管36和出水管37。上孔板31，中間孔板32和上孔板31、中間孔板32之間的圈圍側(cè)壁形成V族腔38， 供V族氣體流入。中間孔板32，下孔板33以及中間孔板32，下孔板33之間的圈圍側(cè)壁形成冷卻水腔39，在本實用新型的一實施例中，前述圈圍側(cè)壁330均是從下孔板33成一體地開始向上延伸形成，上孔板31、中間孔板32分別放置在圈圍側(cè)壁的軸肩上。如圖20所示， 上毛細(xì)管組34的各毛細(xì)管穿設(shè)在上、中間、下孔板31、32、33的孔中，以導(dǎo)引上孔板31上方的III族氣體直接進(jìn)入到下孔板33下方的反應(yīng)腔中。如圖25所示，下毛細(xì)管組35的各毛細(xì)管穿設(shè)在中間孔板32和下孔板33的孔中，以導(dǎo)引V族腔38內(nèi)的氣體進(jìn)入到下孔板33 下方的反應(yīng)腔中，V族腔38和冷卻水腔39不導(dǎo)通，冷卻水腔39和下孔板33下方的反應(yīng)腔也不導(dǎo)通。如圖21和圖22所示，冷卻水的進(jìn)水管36設(shè)置在噴淋單元的扇形中心，即通往冷卻水腔39的扇形中心，兩出水管37間隔設(shè)置在噴淋單元的圓周方向，即通往冷卻水腔39 的圓周方向，進(jìn)水管36、冷卻水腔39均垂直設(shè)置在圈圍側(cè)壁330上。圖22中的箭頭圖示了噴淋組件3冷卻水的流通路徑，冷卻水從外部冷卻水管道進(jìn)入配流管9 (如圖1所示)，配流管9連接各噴淋單元的進(jìn)水管，均勻分配給4個噴淋組件， 冷卻水首先從進(jìn)水管36中進(jìn)入，在冷卻水腔39的扇形中心開始朝圓周方向流動，然后從圓周方位出水管37輸出。相對于冷卻水從圓周方向進(jìn)水的方案，前述實施例由于冷卻水由中間進(jìn)水，圓周出水，減小一半的冷卻水路徑，有利于提高冷效果。圖M的箭頭示出了 V族氣體的流通路徑，噴淋組件3的V族氣體入口 331設(shè)置在圈圍側(cè)壁330上，即設(shè)置在V族腔38的圓周方向上，V族氣體入口 331通往V族腔38，V族氣體從V族氣體管道6 (如圖1所示)進(jìn)入頂部組件1的上蓋板11及下孔板33的圓周方向的通道10 (如圖6、圖8所示)，從圓周方向進(jìn)入并充滿V族腔38，然后通過下毛細(xì)管組 35進(jìn)入反應(yīng)腔體。另外，如圖6和圖7所示，噴淋頭正中間有一路V族氣體從中間V族氣體管道5通入反應(yīng)腔體。如圖1至圖6所示，頂部組件1上方設(shè)置中心V族氣體管道5、III族氣體管道7、 冷卻水配流管道9、周向V族氣體管道6，頂部組件1的下方設(shè)置冷卻水環(huán)2和噴淋組件3， 噴淋組件3位于冷卻水環(huán)2的環(huán)內(nèi)，在噴淋組件3和頂部組件1之間設(shè)置密封墊片4。周向V族氣體管道6提供V族氣體至噴淋組件3的V族氣體腔，中心V族氣體管道5提供沿整個噴淋頭的中心提供V族氣體至反應(yīng)腔。噴淋頭工作時，III族氣體從III族氣體管道7進(jìn)入到頂部組件1的各個上腔體 13，從上腔體13透過孔板121的孔進(jìn)入到下腔體14，再從下腔體14透過上毛細(xì)管組34進(jìn)入到反應(yīng)腔，上毛細(xì)管組34的出口在反應(yīng)腔的上方分布；同時V族氣體同時進(jìn)入到中心V 族氣體管道5和周向V族氣體管道6，并從中心V族氣體管道5進(jìn)入到噴淋組件的V族腔 38，從V族腔38透過下毛細(xì)管組35進(jìn)入到反應(yīng)腔，下毛細(xì)管組35的出口在反應(yīng)腔的上方分布，并與上毛細(xì)管組34的出口交錯分布，這樣就有利于III、V族氣體混合均勻，同時V族氣體還從整個噴淋頭的中心直接通往反應(yīng)腔，這樣可以改善V氣體的濃度分布，并改善氣體的流態(tài)；值得一提的是，頂部組件1的配流孔板12的孔的分布不同，例如越靠近III族氣體進(jìn)氣孔15的孔密度就越低，而越離III族氣體進(jìn)氣孔15的遠(yuǎn)的孔密度就越高，這樣III 族腔通過配流孔板分成上下兩個腔，利用配流孔板上的小孔布局的不同，就改善了 III族氣體在直徑方向的濃度分布。噴淋組件3的冷卻一方面通過配流管9進(jìn)入的冷卻水來冷卻， 另一方面通過冷卻水環(huán)2來冷卻。配流管9的冷卻水均勻分為四等分，分別進(jìn)入到各噴淋單元的冷卻水進(jìn)水管36，然后進(jìn)入噴淋單元的冷卻腔體39，冷卻水從噴淋組件的中心朝圓周方向流動，從而對噴淋單元進(jìn)行全面冷卻，然后從冷卻水出水管37流出，并經(jīng)環(huán)形水管8匯流后流出整個噴淋頭；由于冷卻水是從噴淋組件的中間進(jìn)水，圓周出水，相對于圓周進(jìn)水， 圓周出水等其他方案，減小一半的冷卻水路徑，有利于提高冷效果，從而有利于提高大直徑 MOCVD反應(yīng)器的良率。還值得一提的是，在前述實施例中，噴淋頭中，噴淋組件的噴淋單元、頂部組件的配流孔板各由相同等份，例如為四等份組成，大大地減小了單體的加工面積，因此即使應(yīng)用在大直徑MOCVD反應(yīng)器中，噴淋頭的加工、制造難度也不會有明顯的增加，并且冷卻也是分成四個等分分別進(jìn)行，噴淋頭的冷卻會也不是什么大的問題，也正是由于分成四個等分，在保證了 III、V族氣體混合均勻，并且還可適當(dāng)?shù)卦龃蟾鱾€孔板的孔內(nèi)徑和孔間距，也有利于降低加工、制造的難度，提高產(chǎn)品的良率。雖然本實用新型已參照當(dāng)前的具體實施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，在沒有脫離本實用新型精神的情況下還可做出各種等效的變化或替換，例如前述實施例雖然以四個等分的各個孔板為例進(jìn)行說明，然而本實用新型的實施并不限于此，根據(jù)具體情況，各個孔板的區(qū)分可以是兩個或兩個以上的等分。因此，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.大直徑MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭，包括III族腔、V族腔以及冷卻水腔，其特征在于， III族腔、V族腔以及冷卻水腔均分隔為N個腔體，N是大于等于2的自然數(shù)，每腔體均為一單體。
2.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于，冷卻水腔的各個腔體的進(jìn)水部位于各個腔體的內(nèi)側(cè)中心，且出水部位于各個腔體的外周位置。
3.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于，在噴淋頭的正中間，通入一根V氣體的管道至噴淋頭下方的反應(yīng)腔。
4.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于，III族腔的各腔體通過一塊配流孔板分成上、下兩個腔，上、下兩個腔通過配流孔板上的孔相通。
5.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于，所述N個腔體為四個等分的腔體。
6.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于，III族腔、V族腔以及冷卻水腔為圓形，II 族腔、V族腔以及冷卻水腔的各個腔體為扇形。
7.如權(quán)利要求4所述的噴淋頭，其特征在于，包括頂部組件和噴淋組件，頂部組件包括上蓋板，上蓋板提供有所述III族腔，上蓋板上形成有III族氣體進(jìn)入通道，該III族氣體進(jìn)入通道與所述III族腔的上腔連通；噴淋組件包括N個噴淋單元，各噴淋單元包括上孔板、中間孔板、下孔板、圈圍側(cè)壁、上毛細(xì)管組以及下毛細(xì)管組，上孔板、中間孔板以及環(huán)繞上孔板、中間孔板的圈圍側(cè)壁圍成所述V族腔的一個腔體，圈圍側(cè)壁上形成有通往V族腔的該腔體的V族氣體進(jìn)入通道，中間孔板、下孔板以及環(huán)繞中間孔板、下孔板的圈圍側(cè)壁圍成所述冷卻水腔的一個腔體，上毛細(xì)管組的各管穿設(shè)在上孔板、中間孔板、下孔板的孔中，下毛細(xì)管組的各管穿設(shè)在中間孔板、下孔板的孔中，V族腔和冷卻水腔不相通，下毛細(xì)管組將 V族腔和噴淋頭下方的反應(yīng)腔導(dǎo)通；噴淋組件位于頂部組件的下方，上毛細(xì)管組的各管將下III族腔與噴淋頭下方的反應(yīng)腔導(dǎo)通；上毛細(xì)管組和下毛細(xì)管組交錯布置。
8.如權(quán)利要求7所述的噴淋頭，其特征在于，噴淋組件的外圍環(huán)繞有冷卻水環(huán)。
9.如權(quán)利要求7所述的噴淋頭，其特征在于，還包括用于分配冷卻水的配流管，各冷卻水腔的各個腔體的進(jìn)水部位于各個腔體的內(nèi)側(cè)中心，且出水部位于各個腔體的外周位置， 各進(jìn)水部通過進(jìn)水管連接至同一該配流管。
專利摘要本實用新型的目的在于提供一種大直徑MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭，該噴淋頭即使直徑增加了，加工難度也不會明顯增加。本實用新型的大直徑MOCVD反應(yīng)器的噴淋頭包括III族腔、V族腔以及冷卻水腔，其特征在于，III族腔、V族腔以及冷卻水腔均分隔為N個腔體，N是大于等于2的自然數(shù)，每腔體均為一單體。
文檔編號C23C16/455GK202193844SQ20112031655
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者丁云鑫, 周永君, 徐小明, 鄔建偉 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司