GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設備技術

本發明專利技術提出了一種GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設備，提供具有多個反應腔室的設備，將成核層固定于一個反應腔室內生長，將含有Ga元素的緩沖層固定于另一個腔體內生長，可以有效地防止反應腔室內殘留物揮發回熔對其他薄膜層質量造成影響，從而提高GaN外延層的晶體質量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體器件制造領域，尤其涉及一種GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設備。
技術介紹
GaN基LED自從20世紀90年代初商業化以來，經過二十幾年的發展，已經開始全面進入通用照明領域，隨著LED應用范圍的進一步擴大，各領域對LED的發光效率、使用壽命和性價比等指標提出了越來越高的要求。GaN基LED的發光效率、使用壽命和性價比等指標無一不與其所采用的襯底息息相關。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。藍寶石襯底生產技術相對成熟、化學穩定性好、機械強度高，但其導熱性差，不利于LED使用壽命的提高；且不易于向大尺寸方向發展。碳化硅襯底是電和熱的良導體，且具有化學穩定性好的優勢，在半導體照明
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，硅襯底是電的良導體，可以實現電流在LED芯片內部縱向流動，從而可以通過增加LED的發光面積提高其發光效率；其次，硅襯底又是熱的良導體，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展，并有望通過將其大尺寸的優勢與集成電路行業的自動化設備相結合，降低其生產成本，進一步提高其性價比。所以，硅襯底被認為是未來最有發展潛能的LED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節硅襯底和GaN外延層之間的晶格失配和熱應力失配，以便于在硅襯底上形成較高質量的GaN外延層。然而，生長過GaN外延層的反應腔會有少量的Ga或GaN殘留，殘留的Ga或GaN在后續批次形成成核層的過程中會揮發回熔至硅襯底的表面，與其發生反應，這不僅影響成核層和緩沖層的生長，還會造成GaN外延層表面質量和晶體質量的下降，從而嚴重影響LED芯片的良率。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設備，以解決回熔的Ga元素與襯底發生反應而導致的GaN外延片晶體質量下降的問題。本專利技術的目的之二在于提供一種能夠實現上述制作方法的設備。為了解決上述問題，本專利技術提出了一種GaN外延片的制作方法，包括步驟：提供設備，所述設備包括m個反應腔室，其中m為自然數，且m≥2；提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應腔室中，并在第一反應腔室中形成成核層；將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應腔室中，并在第二反應腔室中形成含有Ga元素的緩沖層。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述緩沖層的材料包括ⅢA族和ⅤA族中的元素。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述緩沖層的材料為AlGaN或AlGaN與GaN的混合。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述支撐襯底為硅襯底。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述成核層的材料包括AlN、Al或Al2O3中的一種或多種。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，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GaN外延片的制作方法中，所述GaN外延層依次包括N型GaN外延層、有源層和P型GaN外延層。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述設備包括2個反應腔室，所述GaN外延層和緩沖層在同一個反應腔室中形成。進一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述設備至少包括3個反應腔室，所述GaN外延層在第三個反應腔室中形成。在本專利技術的另一方面還提出了一種制備GaN外延片的設備，用于制備如上文所述的GaN外延片，包括m個反應腔室，其中m為自然數，且m≥2。進一步的，在所述的制備GaN外延片的設備中，還包括n個傳遞腔，連接在m個反應腔室之間，用于傳遞支撐襯底，其中n為自然數，且n<m。進一步的，在所述的制備GaN外延片的設備中，還包括i個機械手臂，每一個所述傳遞腔內至少設有一個機械手臂，其中i為自然數。進一步的，在所述的制備GaN外延片的設備中，所述制備GaN外延片的設備為MOCVD。進一步的，在所述的制備GaN外延片的設備中，所述GaN外延片還包括形成在所述緩沖層表面的GaN外延層，所述制備GaN外延片的設備包括2個反應腔室，分別為第一反應腔室和第二反應腔室，所述第一反應腔室用于形成成核層，所述第二反應腔室用于形成緩沖層及所述GaN外延層。進一步的，在所述的制備GaN外延片的設備中，所述GaN外延片還包括形成在所述緩沖層表面的GaN外延層，所述制備GaN外延片的設備包括3個反應腔室，分別為第一反應腔室、第二反應腔室和第三反應腔室，所述第一反應腔室用于形成成核層，所述第二反應腔室用于形成緩沖層，所述第三反應腔室用于形成所述GaN外延層。與現有技術相比，本專利技術的有益效果主要體現在：提供具有多個反應腔室的設備，將成核層固定于一個反應腔室內生長，將含有Ga元素的緩沖層固定于另一個腔體內生長，可以有效地防止反應腔室內殘留物揮發回熔對其他薄膜層質量造成影響，從而提高GaN外延層的晶體質量。附圖說明圖1為本專利技術一種GaN外延片制作方法的流程圖；圖2為本專利技術實施例一中制備GaN外延片的設備的結構示意圖；圖3至圖7為本專利技術實施例一中GaN外延片的制作過程中的結構示意圖；圖8為本專利技術GaN外延片制作完成后的剖面示意圖；圖9為本專利技術實施例二中制備GaN外延片的設備的結構示意圖；圖10至圖16為本專利技術實施例二中GaN外延片的制作過程中的結構示意圖。具體實施方式下面將結合示意圖對本專利技術的GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設備進行更詳細的描述，其中表示了本專利技術的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本專利技術，而仍然實現本專利技術的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本專利技術的限制。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構，因為它們會使本專利技術由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種GaN外延片的制作方法，其特征在于，包括步驟：提供設備，所述設備包括m個反應腔室，其中m為自然數，且m≥2；提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應腔室中，并在第一反應腔室中形成成核層；將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應腔室中，并在第二反應腔室中形成含有Ga元素的緩沖層。

【技術特征摘要】
1.一種GaN外延片的制作方法，其特征在于，包括步驟：
提供設備，所述設備包括m個反應腔室，其中m為自然數，且m≥2；
提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應腔室中，并在第一反應腔室
中形成成核層；
將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應腔室中，并在第二反應腔
室中形成含有Ga元素的緩沖層。
2.如權利要求1所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述緩沖層
的材料包括ⅢA族和ⅤA族中的元素。
3.如權利要求2所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述緩沖層
的材料為AlGaN或AlGaN與GaN的混合。
4.如權利要求1所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述支撐襯
底為硅襯底。
5.如權利要求1所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述成核層
的材料包括AlN、Al或Al2O3中的一種或多種。
6.如權利要求1所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述GaN
外延片還包括形成在所述緩沖層表面的GaN外延層。
7.如權利要求6所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述GaN
外延層依次包括N型GaN外延層、有源層和P型GaN外延層。
8.如權利要求6所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述設備包
括2個反應腔室，所述GaN外延層和緩沖層在同一個反應腔室中形成。
9.如權利要求6所述的GaN外延片的制作方法，其特征在于，所述設備至
少包括3個反應腔室，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李東昇，丁海生，陳善麟，
申請(專利權)人：杭州士蘭微電子股份有限公司，杭州士蘭明芯科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33