[發(fā)明專利]GaN外延片的制作方法及制備GaN外延片的設(shè)備

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610222143.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN105742160A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李東昇;丁海生;陳善麟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;C30B25/18;C23C16/34;C23C16/20;C23C16/40
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 智云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)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(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(jìn)入通用照明領(lǐng)域，隨著LED應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，各領(lǐng)域?qū)ED的發(fā)光效率、使用壽命和性價(jià)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(jià)比等指標(biāo)無一不與其所采用的襯底息息相關(guān)。藍(lán)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(lán)寶石襯底生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)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(shì)，在半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域具有重要地位，但其價(jià)格高昂，性價(jià)比較差。

有鑒于上述兩者的缺點(diǎn)，提出了采用硅作為襯底。與藍(lán)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(shí)現(xiàn)電流在LED芯片內(nèi)部縱向流動(dòng)，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(shì)與集成電路行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合，降低其生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高其性價(jià)比。

所以，硅襯底被認(rèn)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(zhǎng)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(zhǎng)過GaN外延層的反應(yīng)腔會(huì)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(huì)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(zhǎng)，還會(huì)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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明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(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。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述制作方法的設(shè)備。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種GaN外延片的制作方法，包括步驟：

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

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；

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。

進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述設(shè)備包括2個(gè)反應(yīng)腔室，所述GaN外延層和緩沖層在同一個(gè)反應(yīng)腔室中形成。

進(jìn)一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述設(shè)備至少包括3個(gè)反應(yīng)腔室，所述GaN外延層在第三個(gè)反應(yīng)腔室中形成。

在本發(fā)明的另一方面還提出了一種制備GaN外延片的設(shè)備，用于制備如上文所述的GaN外延片，包括m個(gè)反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m≥2。

進(jìn)一步的，在所述的制備GaN外延片的設(shè)備中，還包括n個(gè)傳遞腔，連接在m個(gè)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。

進(jìn)一步的，在所述的制備GaN外延片的設(shè)備中，還包括i個(gè)機(jī)械手臂，每一個(gè)所述傳遞腔內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)機(jī)械手臂，其中i為自然數(shù)。

進(jìn)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。