專利名稱：一種led外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多反應(yīng)室生長(zhǎng)不同生長(zhǎng)層工藝的LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，LED外延片的第一半導(dǎo)體層、量子阱層、第二半導(dǎo)體層通常在同一反應(yīng)腔中沉積完成，因?yàn)椴煌瑢又械膮㈦s物質(zhì)不相同，所述第一半導(dǎo)體層、量子阱層、第二半導(dǎo)體層都在同一反應(yīng)中沉積完成是，所述第一半導(dǎo)體層、量子阱層、第二半導(dǎo)體層之間很容易發(fā)生交叉污染；為解決LED外延片的第一半導(dǎo)體層、量子阱層、第二半導(dǎo)體層之間的交叉污染為題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了將LED外延片的第一半導(dǎo)體層、量子阱層、第二半導(dǎo)體層分別在三個(gè)反應(yīng)腔中沉積形成，這就需要使得生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層或生長(zhǎng)有量子阱層的基底在不同反應(yīng)腔之間轉(zhuǎn)移。由于需要在不同的反應(yīng)腔中轉(zhuǎn)移后，所述第一半導(dǎo)體層或所述量子阱層容易在一個(gè)反應(yīng)腔到另一反應(yīng)腔中的轉(zhuǎn)移過(guò)程中受到污染，尤其是使得量子阱層會(huì)受到污染。其污染主要是現(xiàn)有的傳輸通道中雖然已設(shè)置為近真空的狀態(tài)，但通常仍然會(huì)存在有水氣或氧氣，如此氧原子可能進(jìn)入到量子阱層中，會(huì)使量子阱層受到損害，導(dǎo)致發(fā)光效率降低
實(shí)用新型內(nèi)容
為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備。這種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其包括第一反應(yīng)腔、第二反應(yīng)腔和連接所述第一反應(yīng)腔與所述第二反應(yīng)腔的轉(zhuǎn)移通道，所述第一反應(yīng)腔用于在生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層的基底上生長(zhǎng)量子阱層；并用于在所述量子阱層上生長(zhǎng)用于防止所述量子阱層受污染的隔離層；所述第二反應(yīng)腔用于刻蝕隔離層后生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的保護(hù)氣體源，所述保護(hù)氣體源用于向所述轉(zhuǎn)移通道填充保護(hù)氣體。優(yōu)選地，當(dāng)所述轉(zhuǎn)移通道與所述任一反應(yīng)腔連通時(shí)，保護(hù)氣體壓強(qiáng)不高于所述任一反應(yīng)腔內(nèi)的壓強(qiáng)。其中，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的氣體壓強(qiáng)控制器，所述氣體壓強(qiáng)控制器用于控制所述保護(hù)氣體壓強(qiáng)為20 40千帕。優(yōu)選地,所述保護(hù)氣體為N2和/或NH3。優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的溫度控制器，所述溫度控制器用于控制所述轉(zhuǎn)移通道的工作溫度為40(T60(TC。有益效果:本實(shí)用新型的生長(zhǎng)設(shè)備使得LED外延結(jié)構(gòu)是在獨(dú)立反應(yīng)腔制作量子阱層的基礎(chǔ)上，引入隔離層的生長(zhǎng)和刻蝕步驟，使量子阱層從一個(gè)反應(yīng)腔通過(guò)所述轉(zhuǎn)移通道轉(zhuǎn)移到另一反應(yīng)腔的過(guò)程中具有隔離層的保護(hù)而免受污染。同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)移通道的進(jìn)行保護(hù)氣體的填充以及溫度控制，更進(jìn)一步加強(qiáng)了轉(zhuǎn)移過(guò)程對(duì)量子阱層的保護(hù)，有效穩(wěn)定及提高量子阱層的性能。

圖1是一種LED外延結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備示意圖。圖3是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備示意圖。
具體實(shí)施方式
下面，將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，其展示了一種LED外延結(jié)構(gòu)，其包括依次層疊的基底1、緩沖層2、第一半導(dǎo)體層3、量子阱層4、第二半導(dǎo)體層5。其中，所述基底I優(yōu)選的為藍(lán)寶石襯底，所述緩沖層2為多晶GaN、所述第一半導(dǎo)體層3為η型GaN、量子阱層4為InGaN/GaN量子阱、第二半導(dǎo)體層5為P型GaN。下面，結(jié)合圖2所示，介紹這種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法及設(shè)備，為了配合該工藝方法的實(shí)施，本實(shí)施例對(duì)LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備作出改進(jìn)。這種生長(zhǎng)設(shè)備至少包括第一反應(yīng)腔10、第二反應(yīng)腔20和連接所述第一反應(yīng)腔10與所述第二反應(yīng)腔20的轉(zhuǎn)移通道8，所述第一反應(yīng)腔10用于在生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層3的基底I上生長(zhǎng)量子阱層4 ;并用于在所述量子阱層4上生長(zhǎng)用于防止所述量子阱層4受污染的隔離層6 ;所述第二反應(yīng)腔20用于刻蝕隔離層6后生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層5。其中，所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備還包括分別與所述轉(zhuǎn)移通道8連接的保護(hù)氣體源、氣壓控制器以及溫度控制器；所述保護(hù)氣體源用于向所述轉(zhuǎn)移通道8填充保護(hù)氣體；所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道8連接的氣體壓強(qiáng)控制器，所述氣體壓強(qiáng)控制器用于控制所述保護(hù)氣體壓強(qiáng)為20 40千帕；所述溫度控制器用于控制所述轉(zhuǎn)移通道8的工作溫度為 40(T60(TC。這種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括如下步驟:步驟1:在第一反應(yīng)腔10中，在生長(zhǎng)有緩沖層2、第一半導(dǎo)體層3的基底I上生長(zhǎng)量子阱層4 ;然后在所述量子阱層4上生長(zhǎng)用于防止量子阱層4受污染的隔離層6。其中，本實(shí)施例的LED外延結(jié)構(gòu)的基底1、緩沖層2和第一半導(dǎo)體層3的制作過(guò)程是:控制第一反應(yīng)腔10爐溫在530°C左右，在藍(lán)寶石基底I上生長(zhǎng)一層300A厚的GaN緩沖層2，此為非晶緩沖層。然后爐溫升至1150°C，將非晶緩沖層通過(guò)高溫形成多晶GaN緩沖層2，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程約需30 120min。生長(zhǎng)完成后可以在同一反應(yīng)腔內(nèi)繼續(xù)生長(zhǎng)所述第一半導(dǎo)體層3。本實(shí)施例中是在第一反應(yīng)腔10中，將爐溫控制至1160°C，生長(zhǎng)GaN的同時(shí)摻Si (濃度5 108/cm3)，反應(yīng)時(shí)間約為I小時(shí)；以形成N型GaN層，所述N型GaN層為第一半導(dǎo)體層3。接下來(lái)在生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層3的基底I上生長(zhǎng)量子阱層4，其中所述量子阱層4為量子阱層。首先是將爐溫降至750°C，先長(zhǎng)一層厚度為1.5nnT3nm厚度的InGaN，從而形成量子阱；接著生長(zhǎng)一層厚度為8nnT20nm的GaN，從而形成量子壘；連續(xù)數(shù)次InGaN、GaN交替生長(zhǎng)后形成所述量子阱層，整個(gè)量子阱層厚度為60nnT200nm。通過(guò)調(diào)整摻In的濃度可調(diào)整波長(zhǎng)，反應(yīng)用時(shí)約8 0min。[0022]量子阱層4生長(zhǎng)完畢后控制爐溫不高于850°C，在量子阱層4上生長(zhǎng)3 4個(gè)量子壘厚(27 36nm)的無(wú)摻雜GaN，形成所述隔離層6。隔離層6的引入一方面它就是一個(gè)保護(hù)層，能防止第二半導(dǎo)體層5的P型GaN中Mg擴(kuò)散到量子阱層4的量子阱中。同樣地，量子阱層4轉(zhuǎn)移過(guò)程中，隔離層6樹立了一道保護(hù)墻，外部的污染物(例如水氣和氧氣中的氧原子)難透過(guò)隔離層進(jìn)去，破壞量子阱層。步驟I1:將所述生長(zhǎng)有隔離層6的基底I通過(guò)轉(zhuǎn)移通道8轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)腔20中，刻蝕隔離層6后生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層5。其中，為配合基底I從第一反應(yīng)腔10轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔20內(nèi)，所述轉(zhuǎn)移通道8填充有保護(hù)氣體；當(dāng)所述轉(zhuǎn)移通道8與所述任一反應(yīng)腔連通時(shí)，保護(hù)氣體壓強(qiáng)不高于所述任一反應(yīng)腔內(nèi)的壓強(qiáng)。針對(duì)具體實(shí)施例中，保護(hù)氣體的種類、實(shí)際壓強(qiáng)及通道溫度均可以有所調(diào)整。例如，在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移通道8通過(guò)閥門(圖中未示出)分別與第一反應(yīng)腔10及第二反應(yīng)腔20連接。為保持轉(zhuǎn)移通道8與兩反應(yīng)腔內(nèi)氣壓平衡，在閥門開啟進(jìn)行轉(zhuǎn)移前，需要先通入保護(hù)氣體，優(yōu)選地，所述通入到轉(zhuǎn)移通道8中氣體的壓力，使得在所述第一反應(yīng)腔10與所述轉(zhuǎn)移通道8之間的閥門開啟時(shí)，轉(zhuǎn)移通道8中的氣體不會(huì)流入到第一反應(yīng)腔10中，造成對(duì)第一反應(yīng)腔10的污染。轉(zhuǎn)移過(guò)程中，關(guān)閉閥門，保持轉(zhuǎn)移通道8中的保護(hù)氣體氣壓，同時(shí)控制轉(zhuǎn)移通道8溫度。從程序和生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)移的時(shí)候溫度越高越好(以隔離層的生長(zhǎng)溫度為上限大約為850°C左右)，因?yàn)楫?dāng)基底I被轉(zhuǎn)移到所述第二反應(yīng)腔20后仍需要將所述基底I加熱到一個(gè)較高的溫度以沉積薄膜，但是從安全和硬件設(shè)計(jì)難度和硬件材質(zhì)要求高低來(lái)說(shuō)，這個(gè)溫度越低越好。因此，本實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)移通道8內(nèi)的溫度優(yōu)選控制在40(T60(TC內(nèi)；在本實(shí)施對(duì)轉(zhuǎn)移通道8中可以設(shè) 置有加熱器(圖中未示出)對(duì)轉(zhuǎn)移通道8進(jìn)行加熱，例如所述加熱器可以是紅外燈或發(fā)熱電阻。當(dāng)基底I逐漸接近第二反應(yīng)腔20，同理，開啟閥門時(shí)，控制轉(zhuǎn)移通道8內(nèi)的氣壓不高于第二反應(yīng)腔20的氣壓。本實(shí)施例的保護(hù)氣體采用了氨氣(NH3)及氮?dú)?N2X在較高溫度下(500°C以上)防止GaN被腐蝕的保護(hù)氣體較佳為NH3,N2這時(shí)候起的作用不是很大。但在較低溫度下(500°C以下)，隨著溫度的降低，NH3起保護(hù)作用越來(lái)越弱，而N2起的保護(hù)作用是基本固定的，在這個(gè)整個(gè)溫度段隨溫度改變不大。故如果在高溫下轉(zhuǎn)移，也就是500°C以上，這個(gè)時(shí)候一定或者說(shuō)最好加NH3,也就是在轉(zhuǎn)移的通道中要通NH3,但是通NH3對(duì)硬件的抗腐蝕要求比較高，并且對(duì)通道的真空密封性要求很高。在實(shí)際轉(zhuǎn)移過(guò)程中，可以根據(jù)隔離層5具體材質(zhì)的性質(zhì)而確定合適的加熱溫度和保護(hù)氣體。在本實(shí)施例中，隔離層5為無(wú)摻雜GaN，控制轉(zhuǎn)移通道8的加熱溫度為500°C以上，采用NH3為保護(hù)氣體，控制氣體壓強(qiáng)為2(Γ40千帕；當(dāng)所述轉(zhuǎn)移通道8的加熱溫度為500°C以內(nèi)時(shí)，采用N2為保護(hù)氣體，控制氣體壓強(qiáng)為2(Γ40千帕。待基底I從第一反應(yīng)腔10轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)腔20中，關(guān)閉閥門。在所述第二反應(yīng)腔20中，首先是要對(duì)加厚的隔離層6進(jìn)行必要的刻蝕。在本實(shí)施例中控制第二反應(yīng)腔溫度為1000°C，通入N2對(duì)所述隔離層6進(jìn)行腐蝕。為更佳地控制刻蝕速度，可以在通入的N2的同時(shí)通入NH3,即通入N2和NH3的混合氣體，其中所述混合氣體的流量為50sccm，控制所述第二反應(yīng)腔20內(nèi)的壓力為30千帕，處理時(shí)間為3分鐘，完全腐蝕掉GaN，由于N2環(huán)境下GaN分解速率過(guò)快外延層表面不平整，NH3可以減緩GaN分解，同時(shí)使得外延層表面平整。在其他實(shí)施例中，也可以根據(jù)需要刻蝕余下很薄的一層隔離層6。隔離層6處理完畢后便可以進(jìn)行第二半導(dǎo)體層5的制作?？梢詫t溫升至1020°C，生長(zhǎng)GaN的同時(shí)摻Mg (濃度5E19/cm3)，反應(yīng)時(shí)間約20min。保持爐溫在1020°C，長(zhǎng)生GaN的同時(shí)摻Mg (濃度lE20/cm3),生長(zhǎng)50nm摻Mg的GaN,反應(yīng)需時(shí)間約2min。最后爐溫降至7000C，加熱20min，激活Mg的導(dǎo)電性。第二半導(dǎo)體層5對(duì)硬件的漂移產(chǎn)生貢獻(xiàn)不是很大，同時(shí)對(duì)漂移相對(duì)來(lái)說(shuō)也不是很敏感。最后，待第二半導(dǎo)體層5生長(zhǎng)完畢，降溫，完成完整的LED外延結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中基底1、緩沖層2和第一半導(dǎo)體層3可以分別在獨(dú)立的反應(yīng)腔中生長(zhǎng)，如圖3所示，緩沖層2、第一半導(dǎo)體層3分別在第三反應(yīng)腔30、第四反應(yīng)腔40中生長(zhǎng)形成的。在各個(gè)反應(yīng)腔之間均設(shè)有轉(zhuǎn)移通道8，所述轉(zhuǎn)移通道8與第一反應(yīng)腔10與所述第二反應(yīng)腔20之間的轉(zhuǎn)移通道8相同；所述轉(zhuǎn)移通道8與第一反應(yīng)腔10與所述第二反應(yīng)腔20之間的轉(zhuǎn)移通道8不相同，轉(zhuǎn)移通道8中可以是處于真空狀況。在其他實(shí)施例中，LED外延結(jié)構(gòu)還可以采用其他材料制作，例如量子阱層還可以是InAlGaN/GaN>InGaN/AlGaN或InAlGaN/AlGaN形成的量子講層。所述隔離層的材質(zhì)與量子壘的材質(zhì)一致，根據(jù)量子阱層中的量子壘層作出調(diào)整。通過(guò)獨(dú)立的反應(yīng)腔生長(zhǎng)外延層，不但可以使對(duì)硬件漂移最敏感的量子阱層4更加穩(wěn)定，提供LED的產(chǎn)品質(zhì)量，也可以根據(jù)各個(gè)反應(yīng)腔的特征，重新選擇合適的材質(zhì)和檢測(cè)系統(tǒng)，甚至重新進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，使得溫度、反應(yīng)氣體流量等更為準(zhǔn)備可靠，更有利于硬件的維護(hù)和生長(zhǎng)的精確控制，達(dá)到延長(zhǎng)機(jī)器整體壽命的目的。另外，在量子阱層的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，加入隔離層及保護(hù)氣體，進(jìn)一步保證了量子阱層的量子阱不失效，確保量子阱層良好的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移通道進(jìn)行改進(jìn)，充入保護(hù)氣體以及溫度配合，進(jìn)一步保證了量子阱層在轉(zhuǎn)移過(guò)程中免 受污染。
權(quán)利要求1.一種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其包括第一反應(yīng)腔、第二反應(yīng)腔和連接所述第一反應(yīng)腔與所述第二反應(yīng)腔的轉(zhuǎn)移通道，其特征在于:所述第一反應(yīng)腔用于在生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層的基底上生長(zhǎng)量子阱層；并用于在所述量子阱層上生長(zhǎng)用于防止所述量子阱層受污染的隔離層；所述第二反應(yīng)腔用于刻蝕隔離層后生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的保護(hù)氣體源，所述保護(hù)氣體源用于向所述轉(zhuǎn)移通道填充保護(hù)氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述轉(zhuǎn)移通道與所述任一反應(yīng)腔連通時(shí)，保護(hù)氣體壓強(qiáng)不高于所述任一反應(yīng)腔內(nèi)的壓強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的氣體壓強(qiáng)控制器，所述氣體壓強(qiáng)控制器用于控制所述保護(hù)氣體壓強(qiáng)為20 40千帕。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)氣體為N2或NH3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述生長(zhǎng)設(shè)備還包括與所述轉(zhuǎn)移通道連接的溫度控制器，所述溫度控制器用于控制所述轉(zhuǎn)移通道的工作溫度為 400 600 。
專利摘要本實(shí)用新型涉及LED制備技術(shù)領(lǐng)域，這種LED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)設(shè)備，其包括第一反應(yīng)腔、第二反應(yīng)腔和連接所述第一反應(yīng)腔與所述第二反應(yīng)腔的轉(zhuǎn)移通道，所述第一反應(yīng)腔用于在生長(zhǎng)有第一半導(dǎo)體層的基底上生長(zhǎng)量子阱層；并用于在所述量子阱層上生長(zhǎng)用于防止所述量子阱層受污染的隔離層；所述第二反應(yīng)腔用于刻蝕隔離層后生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。本實(shí)用新型的生長(zhǎng)設(shè)備能提高量子阱層的制作的穩(wěn)定性能，大大加強(qiáng)LED的產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L33/00GK203150596SQ20122072852
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者林翔 申請(qǐng)人:光達(dá)光電設(shè)備科技(嘉興)有限公司