本實用新型涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種制備GaN外延片的設(shè)備。

背景技術(shù)：

GaN基LED自從20世紀(jì)90年代初商業(yè)化以來，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，已經(jīng)開始全面進入通用照明領(lǐng)域，隨著LED應(yīng)用范圍的進一步擴大，各領(lǐng)域?qū)ED的發(fā)光效率、使用壽命和性價比等指標(biāo)提出了越來越高的要求。GaN基LED的發(fā)光效率、使用壽命和性價比等指標(biāo)無一不與其所采用的襯底息息相關(guān)。藍寶石襯底和碳化硅襯底是目前GaN基LED器件的兩大主流襯底。

藍寶石襯底生產(chǎn)技術(shù)相對成熟、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械強度高，但其導(dǎo)熱性差，不利于LED使用壽命的提高；且不易于向大尺寸方向發(fā)展。碳化硅襯底是電和熱的良導(dǎo)體，且具有化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，在半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域具有重要地位，但其價格高昂，性價比較差。

有鑒于上述兩者的缺點，提出了采用硅作為襯底。與藍寶石襯底和碳化硅襯底相比，首先，硅襯底是電的良導(dǎo)體，可以實現(xiàn)電流在LED芯片內(nèi)部縱向流動，從而可以通過增加LED的發(fā)光面積提高其發(fā)光效率；其次，硅襯底又是熱的良導(dǎo)體，可以通過增加LED的散熱效果提高其使用壽命；最后，硅襯底不僅成本低，且可向大尺寸方向發(fā)展，并有望通過將其大尺寸的優(yōu)勢與集成電路行業(yè)的自動化設(shè)備相結(jié)合，降低其生產(chǎn)成本，進一步提高其性價比。

所以，硅襯底被認為是未來最有發(fā)展?jié)撃艿腖ED襯底，但是，硅襯底和GaN外延層之間存在著較大的晶格失配和熱應(yīng)力失配，在生長GaN外延層之前，需要在硅襯底上形成成核層和緩沖層用于調(diào)節(jié)硅襯底和GaN外延層之間的晶格失配和熱應(yīng)力失配，以便于在硅襯底上形成較高質(zhì)量的GaN外延層。

然而，生長過GaN外延層的反應(yīng)腔會有少量的Ga或GaN殘留，殘留的Ga或GaN在后續(xù)批次形成成核層的過程中會揮發(fā)回熔至硅襯底的表面，與其發(fā)生反應(yīng)，這不僅影響成核層和緩沖層的生長，還會造成GaN外延層表面質(zhì)量和晶體質(zhì)量的下降，從而嚴(yán)重影響LED芯片的良率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的之一在于提供一種制備GaN外延片的設(shè)備，以解決回熔的Ga元素與襯底發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致的GaN外延片晶體質(zhì)量下降的問題。

為了解決上述問題，本實用新型提出了一種制備GaN外延片的設(shè)備，用于制備GaN外延片，包括m個反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m≥2；還包括n個傳遞腔，連接在m個反應(yīng)腔室之間，用于傳遞支撐襯底，其中n為自然數(shù)，且n<m；還包括i個機械手臂，每一個所述傳遞腔內(nèi)至少設(shè)有一個機械手臂，其中i為自然數(shù)。

進一步的，在所述的制備GaN外延片的設(shè)備中，所述制備GaN外延片的設(shè)備為MOCVD。

進一步的，在所述的制備GaN外延片的設(shè)備中，所述制備GaN外延片的設(shè)備包括2個反應(yīng)腔室，分別為第一反應(yīng)腔室和第二反應(yīng)腔室，所述第一反應(yīng)腔室用于形成成核層，所述第二反應(yīng)腔室用于形成緩沖層及所述GaN外延層，所述GaN外延片還包括形成在所述緩沖層表面的GaN外延層。

進一步的，在所述的制備GaN外延片的設(shè)備中，所述制備GaN外延片的設(shè)備包括3個反應(yīng)腔室，分別為第一反應(yīng)腔室、第二反應(yīng)腔室和第三反應(yīng)腔室，所述第一反應(yīng)腔室用于形成成核層，所述第二反應(yīng)腔室用于形成緩沖層，所述第三反應(yīng)腔室用于形成所述GaN外延層，所述GaN外延片還包括形成在所述緩沖層表面的GaN外延層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：提供具有多個反應(yīng)腔室的設(shè)備，將成核層固定于一個反應(yīng)腔室內(nèi)生長，將含有Ga元素的緩沖層固 定于另一個腔體內(nèi)生長，可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物揮發(fā)回熔對其他薄膜層質(zhì)量造成影響，從而提高GaN外延層的晶體質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本實用新型一種GaN外延片制作方法的流程圖；

圖2為本實用新型實施例一中制備GaN外延片的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3至圖7為本實用新型實施例一中GaN外延片的制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實用新型GaN外延片制作完成后的剖面示意圖；

圖9為本實用新型實施例二中制備GaN外延片的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10至圖16為本實用新型實施例二中GaN外延片的制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本實用新型的制備GaN外延片的設(shè)備進行更詳細的描述，其中表示了本實用新型的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本實用新型，而仍然實現(xiàn)本實用新型的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本實用新型的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本實用新型由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本實用新型。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實用新型的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采 用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

如圖1所示，本實用新型提供一種GaN外延片的制作方法，包括步驟：

S100：提供設(shè)備，所述設(shè)備包括m個反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m≥2；

S200：提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應(yīng)腔室中，并在第一反應(yīng)腔室中形成成核層；

S300：將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應(yīng)腔室中，并在第二反應(yīng)腔室中形成含有Ga元素的緩沖層。

本發(fā)明采用包含2個以上反應(yīng)腔室的設(shè)備，將成核層固定于一個反應(yīng)腔室內(nèi)生長，將含有Ga元素的緩沖層固定于另一個腔體內(nèi)生長，可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物揮發(fā)回熔對其他薄膜層質(zhì)量造成影響，從而提高GaN外延層的晶體質(zhì)量。

下面結(jié)合圖2至圖15以及兩個具體實施例詳細描述本實用新型提供的GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設(shè)備：

實施例一

如圖2所示，提出了一種制備GaN外延片的設(shè)備，包括m個反應(yīng)腔室和n個傳遞腔，其中m、n為自然數(shù)，且m≥2、n<m；在本實施例中m＝2，n＝1，2個反應(yīng)腔室分別為第一反應(yīng)腔室21和第二反應(yīng)腔室22，1個傳遞腔10位于第一反應(yīng)腔室21和第二反應(yīng)腔室22之間；其中，每個反應(yīng)腔室在進行反應(yīng)時均相互獨立，互不影響；此外，制備GaN外延片的設(shè)備還包括i個機械手臂，其中i為自然數(shù)，在本實施例中，i為1，即在傳遞腔10內(nèi)設(shè)有一個機械手臂(圖未示出)，在本實施例以外的其他實施例中，每一個所述傳遞腔內(nèi)至少設(shè)有一個機械手臂。機械手臂能夠用于進行支撐襯底的傳遞，用于進行傳遞過程中的過渡(即將支撐襯底從一反應(yīng)腔室傳遞至另一反應(yīng)腔室的過程中暫放支撐襯底)，能夠根據(jù)要求將支撐襯底傳入2個反應(yīng)腔室中的任意一個。在本發(fā)明其他實施 例中，一個傳遞腔內(nèi)也可以設(shè)置多個機械手臂，多個機械手臂可以同時傳遞多個支撐襯底，提高工作效率。

本實施例中，所述制備GaN外延片的設(shè)備可以為MOCVD(Metal-OrGaNic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)設(shè)備。在本發(fā)明其它實施例中，也可以將本發(fā)明的思路應(yīng)用至其它制備HEMT外延片的設(shè)備中。

下面結(jié)合圖3至圖9詳細介紹本實施例的設(shè)備的工作方法。

具體的，如圖3所示，首先，提供一支撐襯底30，并將所述支撐襯底30傳遞至所述第一反應(yīng)腔室21中，以用于形成成核層；其中，所述支撐襯底30為硅襯底；

如圖4所示，接著，利用第一反應(yīng)腔室21在支撐襯底30的上表面在第一反應(yīng)腔室21中形成成核層31，優(yōu)選的，所述成核層31的材料為AlN、Al或Al2O3中的至少一種，優(yōu)選的，所述成核層31的材料為AlN；

如圖5和圖6所示，在形成完成核層31后，機械手臂將支撐襯底30取出，并經(jīng)過所述傳遞腔10傳輸至所述第二反應(yīng)腔室22中；

請繼續(xù)參考圖6，利用第二反應(yīng)腔室22在成核層31上形成緩沖層32，所述緩沖層32形成在所述成核層31的表面，所述緩沖層32的材料包括ⅢA族和ⅤA族中的元素，例如包括AlGaN或GaN和AlGaN的混合物，在本實施例中，緩沖層32優(yōu)選為AlGaN。

如背景技術(shù)提及，在緩沖層32的沉積過程中，通常在反應(yīng)腔室中殘留有Ga等殘留物，如果在同一反應(yīng)腔室中形成成核層時，在未形成成核層之前，殘留的Ga會回熔至支撐襯底30的表面并與之反應(yīng)，導(dǎo)致后續(xù)形成的GaN外延片質(zhì)量不佳。

因此，本實用新型提出的將不同緩沖層32固定在一個反應(yīng)腔室中形成，可以避免上述問題，提高GaN外延片的質(zhì)量。

如圖7所示，在形成完緩沖層32后，在第二反應(yīng)腔室22中所述緩沖層32的表面形成GaN外延層，所述GaN外延層依次包括N型GaN外延層33、有源 層34和P型GaN外延層35，如圖8所示。

本實施列通過2個腔室的MOCVD，將成核層31固定于第一反應(yīng)腔室21內(nèi)生長，將緩沖層32和GaN外延層固定于第二反應(yīng)腔室22內(nèi)生長，從而可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物如Ga或Ga的化合物和摻雜元素如碳或鐵回熔帶來的影響，以及各腔室的交互影響，進而提高GaN外延片的晶體質(zhì)量。

實施例二

請參考圖9，本實施例與實施例一的區(qū)別在于：在本實施例中，所提供的MOCVD包括3個反應(yīng)腔室，分別為第一反應(yīng)腔室21、第二反應(yīng)腔室22和第三反應(yīng)腔室23，3個反應(yīng)腔室共用一個傳遞腔10。

在制備所述GaN外延片過程中，形成成核層31、緩沖層32均與實施例一相同(如圖10至圖13所示)，在此不再贅述，具體可以參考實施例一。不同的是，在本實施例中，形成完緩沖層32之后，機械手臂將支撐襯底30取出，如圖14所示；并經(jīng)過所述傳遞腔10傳輸至所述第三反應(yīng)腔室23中，如圖15所示；在第三反應(yīng)腔室23中形成GaN外延層，如圖16所示，從而形成如圖8所示的GaN外延片。

此外，在其他實施例中，還可以包括多個傳遞腔，每個傳遞腔中均設(shè)有一個機械手臂，每個傳遞腔分別負責(zé)至少一個反應(yīng)腔室，從而能夠提高設(shè)備利用率，也能夠避免反應(yīng)腔室更多造成一個傳遞腔無法合理安排支撐襯底的傳輸?shù)膯栴}。

綜上，在本實用新型實施例提供的制備GaN外延片的設(shè)備中，提供具有多個反應(yīng)腔室的設(shè)備，將成核層固定于一個反應(yīng)腔室內(nèi)生長，將含有Ga元素的緩沖層固定于另一個腔體內(nèi)生長，可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物揮發(fā)回熔對其他薄膜層質(zhì)量造成影響，從而提高GaN外延層的晶體質(zhì)量。

上文分別以具有2個和3個反應(yīng)腔室為例介紹了本發(fā)明的GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設(shè)備，但應(yīng)理解，所述反應(yīng)腔室的數(shù)量不局限于2 個或3個，也可以是4個以上。此外，該設(shè)備還可以包括多個傳遞腔，每個傳遞腔中均設(shè)有一個機械手臂，每個傳遞腔分別負責(zé)至少一個反應(yīng)腔室，從而能夠提高設(shè)備利用率，也能夠避免反應(yīng)腔室更多造成一個傳遞腔無法合理安排支撐襯底的傳輸?shù)膯栴}。

上述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不對本實用新型起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本實用新型揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本實用新型的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。