[发明专利]GaN外延片的制作方法及制备GaN外延片的设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种GaN外延片的制作方法及制备GaN外延片的设备。

背景技术

GaN基LED自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，已经开始全面进入通用照明领域，随着LED应用范围的进一步扩大，各领域对LED的发光效率、使用寿命和性价比等指标提出了越来越高的要求。GaN基LED的发光效率、使用寿命和性价比等指标无一不与其所采用的衬底息息相关。蓝宝石衬底和碳化硅衬底是目前GaN基LED器件的两大主流衬底。

蓝宝石衬底生产技术相对成熟、化学稳定性好、机械强度高，但其导热性差，不利于LED使用寿命的提高；且不易于向大尺寸方向发展。碳化硅衬底是电和热的良导体，且具有化学稳定性好的优势，在半导体照明技术领域具有重要地位，但其价格高昂，性价比较差。

有鉴于上述两者的缺点，提出了采用硅作为衬底。与蓝宝石衬底和碳化硅衬底相比，首先，硅衬底是电的良导体，可以实现电流在LED芯片内部纵向流动，从而可以通过增加LED的发光面积提高其发光效率；其次，硅衬底又是热的良导体，可以通过增加LED的散热效果提高其使用寿命；最后，硅衬底不仅成本低，且可向大尺寸方向发展，并有望通过将其大尺寸的优势与集成电路行业的自动化设备相结合，降低其生产成本，进一步提高其性价比。

所以，硅衬底被认为是未来最有发展潜能的LED衬底，但是，硅衬底和GaN外延层之间存在着较大的晶格失配和热应力失配，在生长GaN外延层之前，需要在硅衬底上形成成核层和缓冲层用于调节硅衬底和GaN外延层之间的晶格失配和热应力失配，以便于在硅衬底上形成较高质量的GaN外延层。

然而，生长过GaN外延层的反应腔会有少量的Ga或GaN残留，残留的Ga或GaN在后续批次形成成核层的过程中会挥发回熔至硅衬底的表面，与其发生反应，这不仅影响成核层和缓冲层的生长，还会造成GaN外延层表面质量和晶体质量的下降，从而严重影响LED芯片的良率。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种GaN外延片的制作方法及制备GaN外延片的设备，以解决回熔的Ga元素与衬底发生反应而导致的GaN外延片晶体质量下降的问题。

本发明的目的之二在于提供一种能够实现上述制作方法的设备。

为了解决上述问题，本发明提出了一种GaN外延片的制作方法，包括步骤：

提供设备，所述设备包括m个反应腔室，其中m为自然数，且m≥2；

提供支撑衬底，将所述支撑衬底置于第一反应腔室中，并在第一反应腔室中形成成核层；

将形成有所述成核层的支撑衬底传输至第二反应腔室中，并在第二反应腔室中形成含有Ga元素的缓冲层。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述缓冲层的材料包括ⅢA族和ⅤA族中的元素。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述缓冲层的材料为AlGaN或AlGaN与GaN的混合。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述支撑衬底为硅衬底。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述成核层的材料包括AlN、Al或Al₂O₃中的一种或多种。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述GaN外延片还包括形成在所述缓冲层表面的GaN外延层。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述GaN外延层依次包括N型GaN外延层、有源层和P型GaN外延层。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述设备包括2个反应腔室，所述GaN外延层和缓冲层在同一个反应腔室中形成。

进一步的，在所述的GaN外延片的制作方法中，所述设备至少包括3个反应腔室，所述GaN外延层在第三个反应腔室中形成。

在本发明的另一方面还提出了一种制备GaN外延片的设备，用于制备如上文所述的GaN外延片，包括m个反应腔室，其中m为自然数，且m≥2。

进一步的，在所述的制备GaN外延片的设备中，还包括n个传递腔，连接在m个反应腔室之间，用于传递支撑衬底，其中n为自然数，且n<m。

进一步的，在所述的制备GaN外延片的设备中，还包括i个机械手臂，每一个所述传递腔内至少设有一个机械手臂，其中i为自然数。

进一步的，在所述的制备GaN外延片的设备中，所述制备GaN外延片的设备为MOCVD。