專利名稱：氣相沉積系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣相沉積系統(tǒng)和一種發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
通常，發(fā)光二極管(LED)是這樣一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，即，當(dāng)向該半導(dǎo)體發(fā)光裝置施加電流時(shí)，該半導(dǎo)體發(fā)光裝置通過電子和空穴在P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體之間的Ρ-Π結(jié)中復(fù)合來發(fā)射各種顏色的光。因?yàn)樵揕ED具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如長壽命、低功耗、良好的初始驅(qū)動(dòng)性能、高抗振性等，所以當(dāng)與基于燈絲的發(fā)光裝置相比時(shí)，對LED的需求持續(xù)增加。具體地說，近來，能夠發(fā)射短波區(qū)域中(例如，一系列藍(lán)色)的光的III族氮化物半導(dǎo)體備受關(guān)注。使用III族氮化物半導(dǎo)體形成發(fā)光裝置的氮化物半導(dǎo)體單晶在藍(lán)寶石基底或SiC 基底上生長。為了生長該半導(dǎo)體單晶，通常執(zhí)行將多種氣體源沉積到基底上的氣相沉積工藝。半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)射性能或可靠性顯著地受到形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置的半導(dǎo)體層的質(zhì)量(結(jié)晶性)的影響。在這種情況下，半導(dǎo)體層的質(zhì)量會(huì)依賴于所使用的氣相沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、其內(nèi)部環(huán)境及其使用的條件。因此，在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中，需要一種通過使氣相沉積工藝最優(yōu)化來提高半導(dǎo)體層的質(zhì)量的方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一方面提供了一種使用氣相沉積系統(tǒng)來制造發(fā)光裝置的方法，所述方法通過形成具有優(yōu)異的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層，使得所制造的發(fā)光裝置的發(fā)光效率提高。本實(shí)用新型的一方面還提供了一種用于提高氣相沉積系統(tǒng)的操作能力和產(chǎn)率的技術(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種氣相沉積系統(tǒng)，所述氣相沉積系統(tǒng)包括第一室，具有第一基座和至少一個(gè)第一氣體分配器，所述至少第一一個(gè)氣體分配器沿與設(shè)置在所述第一基座上的基底平行的方向排放氣體；第二室，具有第二基座和至少一個(gè)第二氣體分配器，所述至少一個(gè)第二氣體分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放氣體。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種氣相沉積系統(tǒng)，所述氣相沉積系統(tǒng)包括 第一室，具有第一基座和至少一個(gè)第一氣體分配器，在所述第一室中，含有III族元素的鹵化物化合物氣體和V族元素源氣體通過第一氣體分配器在布置在所述第一基座上的基底上反應(yīng)，由此在所述基底上形成半導(dǎo)體薄膜；第二室，包括第二基座和至少一個(gè)第二氣體分配器，在所述第二室中，至少兩種類型的有機(jī)金屬氣體通過第二氣體分配器在布置在所述第二基座上的基底上反應(yīng)，由此在所述基底上形成半導(dǎo)體薄膜。所述氣相沉積系統(tǒng)還可以包括負(fù)載鎖裝置，所述負(fù)載鎖裝置連接到所述第一室和所述第二室，并具有搬運(yùn)機(jī)器人和搬運(yùn)路徑?？梢栽趩蝹€(gè)氣相沉積系統(tǒng)中提供所述第一室和所述第二室。可以在不同的氣相沉積系統(tǒng)中提供所述第一室和所述第二室。所述第一室和所述第二室中的至少一個(gè)可以為批量式室。第一氣體分配器可以沿從所述第一室的內(nèi)部向所述第一室的外部的方向排放氣體。第一氣體分配器可以布置在所述第一室內(nèi)部的中心區(qū)域中。多個(gè)基底可以布置在所述第一基座上，所述多個(gè)基底可以被布置為圍繞第一氣體分配器的圓周。所述第一室可以為HVPE (氫化物氣相外延)室，所述第二室可以為MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)室。所述氣相沉積系統(tǒng)還可以包括除了所述第一室和所述第二室之外的分子束外延 (MBE)室。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置包括具有第一導(dǎo)電半導(dǎo)體、有源層和第二導(dǎo)電層的發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)在第一工藝中從基底上方排放的源氣體在半導(dǎo)體生長基底上反應(yīng)時(shí)，由此在所述半導(dǎo)體生長基底上形成半導(dǎo)體薄膜，在第二工藝中沿與所述基底平行的方向排放的源氣體在所述基底上反應(yīng)，由此在所述半導(dǎo)體生長基底上形成半導(dǎo)體薄膜，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)使用所述第一工藝和所述第二工藝來形成。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置包括具有第一導(dǎo)電半導(dǎo)體、有源層和第二導(dǎo)電層的發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中，在第一工藝中含有III族元素的鹵化物化合物氣體與V族元素源氣體在基底上反應(yīng)，由此在所述半導(dǎo)體生長基底上形成半導(dǎo)體薄膜，在第二工藝中至少兩種類型的有機(jī)金屬氣體在所述基底上反應(yīng)，由此在所述半導(dǎo)體生長基底上形成半導(dǎo)體薄膜，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)使用所述第一工藝和所述第二工藝來形成。所述有源層可以包括由AlxInyGa(1_x_y)N (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成的至少一層。所述有源層可以包括由AlJnyGa(1_x_y)P(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成的至少一層。所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層可以包括η型GaN層，所述有源層包括具有交替的InGaN 層和GaN層的層結(jié)構(gòu)，所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體可以包括ρ型GaN層。所述發(fā)光結(jié)構(gòu)還可以通過使用經(jīng)由分子束外延形成半導(dǎo)體薄膜的第三工藝來形成。根據(jù)本實(shí)用新型，氣相沉積系統(tǒng)可以產(chǎn)生使用該系統(tǒng)生長的半導(dǎo)體層的優(yōu)異晶體質(zhì)量，由此提高了發(fā)光裝置的性能。此外，可以在防止設(shè)備劣化的同時(shí)，提高氣相沉積系統(tǒng)的操作能力和產(chǎn)率。

通過結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的以上和其它方面、特征及其它優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解，其中圖1是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖；[0027]圖2和圖3是示出使用圖1的氣相沉積系統(tǒng)制造發(fā)光裝置的工藝的示意圖；圖4是示出根據(jù)在圖1中示出的實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖；圖5是示出完成的發(fā)光裝置的示例的示意性剖視圖；圖6至圖11是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的可應(yīng)用于氣相沉積系統(tǒng)的室結(jié)構(gòu)的示例的構(gòu)造的示意圖；圖12至圖14是示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的可應(yīng)用于氣相沉積系統(tǒng)的另一室結(jié)構(gòu)的示意性構(gòu)造圖；圖15A是示出水平室中的有源層的導(dǎo)帶能級(jí)的示圖；圖15B是示出在垂直室中生長的有源層的導(dǎo)帶能級(jí)的示圖；圖16是水平室中的蓋子周圍的區(qū)域的放大圖；圖17是示出可應(yīng)用于本實(shí)用新型的批量式室的示例的構(gòu)造的示意圖；圖18是示出根據(jù)本實(shí)用新型另一示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖；圖19是示出可應(yīng)用于根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的室結(jié)構(gòu)的另一示例的構(gòu)造的示意圖；圖20是示出根據(jù)本實(shí)用新型另一示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖；圖21是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的使用氣相沉積系統(tǒng)制造的發(fā)光裝置的示例的示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型可以以多種不同的形式來實(shí)施，不應(yīng)該被理解為局限于在此提出的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使本公開將是徹底的且完整的，并將本實(shí)用新型的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰起見，會(huì)夸大形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號(hào)將始終用于指示相同或類似的組件。圖1是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。圖2 和圖3是示出通過使用圖1的氣相沉積系統(tǒng)制造發(fā)光裝置的工藝的示意圖。圖4是示出根據(jù)在圖1中示出的實(shí)施例的改進(jìn)的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。圖5是示出完成的發(fā)光裝置的示例的示意性剖視圖。根據(jù)該實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)100包括第一室101、第二室102以及連接到第一室101和第二室102的負(fù)載鎖裝置104。氣體注入部107和108分別形成在第一室101和第二室102上，從而注入來自外部的氣體。這里，第一室101和第二室102可以是使用有機(jī)金屬氣體的沉積室，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(在下文中，簡稱為“M0CVD”)室。可選地，第一室101和第二室102中的一個(gè)可以是MOCVD室，另一個(gè)室可以是使用鹵化物氣體的沉積室，例如氫化物氣相外延(在下文中，簡稱為“HVPE”)室。此外，第一室101和第二室 102可以是用于除了根據(jù)MOCVD或HVPE的沉積裝置之外的其它類型的沉積裝置的室，例如分子束外延(在下文中，簡稱為“MBE”)室。在將基底110放入到第一室101和第二室102中之前或者在將基底110從第一室101和第二室102中取出之前，負(fù)載鎖裝置104在與第一室101和第二室102的內(nèi)部基本上相同的環(huán)境下接納基底110。為此，負(fù)載鎖裝置104可以維持在真空狀態(tài)。此外，負(fù)載鎖裝置104可以具有搬運(yùn)機(jī)器人105和搬運(yùn)路徑，從而將基底110放入到第一室101和第二室102中或?qū)⒒?10從第一室101和第二室102中取出。 盡管不是不可缺少的組件，但還可以包括負(fù)載單元106，以將基底110安裝在氣相沉積系統(tǒng) 100 上。CVD(即，化學(xué)氣相沉積)是指通過利用含有必要元素的氣態(tài)化學(xué)品之間的反應(yīng)在基底上形成非揮發(fā)性固體膜的工藝。當(dāng)氣態(tài)化學(xué)品進(jìn)入反應(yīng)室時(shí)，氣態(tài)化學(xué)品在以預(yù)定溫度加熱的基底的表面上分解并反應(yīng)，由此形成半導(dǎo)體薄膜。這里，在MOCVD期間，使用有機(jī)金屬氣體作為金屬源氣體，從而生長出由諸如氮化物半導(dǎo)體的材料形成的薄膜。根據(jù)HVPE 技術(shù)，將諸如氯化氫的鹵化物氣體注入到反應(yīng)室中，從而形成含有III族元素的鹵化物化合物，將鹵化物化合物提供到基底的上側(cè)，并使鹵化物化合物與含有V族元素的氣體反應(yīng)， 由此生長出半導(dǎo)體薄膜。下面將參照圖6至圖17描述可應(yīng)用于該實(shí)施例的MOCVD室和HVPE 室的具體示例。MBE工藝是化合物半導(dǎo)體的外延方法之一。根據(jù)MBE工藝，在具有熱能的分子束或原子束和以高溫維持的基底之間形成半導(dǎo)體薄膜。該MBE工藝可以代替下面將描述的HVPE工藝或MOCVD工藝?，F(xiàn)在將描述通過使用根據(jù)該實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)100來制造發(fā)光裝置的工藝。 首先，如圖2所示，將基底110設(shè)置在第一室101內(nèi)部。在基底110上生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111。這里，第一室101可以是MOCVD室或HVPE室。將基底110提供為半導(dǎo)體生長基底。 關(guān)于基底110，例如，可以使用由藍(lán)寶石、SiC、MgAl2O4, MgO、LiAlO2, LiGaO2或GaN形成的基底。這里，藍(lán)寶石是具有六菱形R3c型對稱的晶體。此外，藍(lán)寶石具有沿c軸的13.001 A的晶格常數(shù)和沿a軸的4.765A的晶格常數(shù)，并具有C面(0001)、a面(1120)和r面(1102)。 這里，因?yàn)榈锉∧ぴ赾面上相對容易地生長，并且在高溫下是穩(wěn)定的，所以通常使用藍(lán)寶石的c面作為氮化物生長基底。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111可以由η型氮化物半導(dǎo)體形成， 例如，由摻雜有Si等的AlxInyfeia_x_y)N(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成。第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111可以由除了氮化物之外的材料形成，例如，由AlxInyGa(1_x_y)P(0彡χ彡1， 0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1)形成。在生長出第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111之后，如圖3所示，隨著將基底110移到第二室 102中，然后執(zhí)行隨后的工藝。這里，可以借助于搬運(yùn)機(jī)器人105通過負(fù)載鎖裝置104將基底110從第一室101移至第二室102。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，基底110未必通過搬運(yùn)機(jī)器人105來移動(dòng)。根據(jù)示例性實(shí)施例，可以去除負(fù)載鎖裝置104。在這種情況下，在完成了第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的生長之后，可以手動(dòng)地移動(dòng)基底110。如同第一室101，第二室102可以是MOCVD室或HVPE室。即使在第一室101和第二室102為相同類型的情況下，第二室102可以與第一室101具有不同的結(jié)構(gòu)。例如，第一室101可以是源氣體沿垂直方向注入的垂直MOCVD室，而第二室102可以是氣體沿與基底 110平行的方向排放的水平MOCVD室。這里，下面將描述水平和垂直MOCVD室的具體示例。 在將基底110移到第二室102中之后，如圖3所示，在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111上生長有源層 112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113。在這種情況下，為了氣相沉積系統(tǒng)100的有效操作，如在第一室101中生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的工藝，可以同時(shí)執(zhí)行在第二室102中生長有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的工藝。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113可以由ρ型氮化物半導(dǎo)體形成，例如，由AlJnyGa(1_x_y) P (0^ X^ 1,0 ^y ^ 1,0^ x+y ^ 1)或摻雜有Mg 的 AlJnyGa(1_x_y)N(0 彡 χ 彡 1，0 彡 y 彡 1， 0 ^ x+y ^ 1)形成。設(shè)置在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113之間的有源層 112通過電子和空穴的復(fù)合發(fā)射具有預(yù)定能量的光。此外，有源層112可以具有由交替的量子阱層和量子勢壘層形成的多層量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。關(guān)于多層量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，可以使用由AlJnfad-dMO彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成的多層結(jié)構(gòu)，例如hGaN/GaN 結(jié)構(gòu)?？蛇x地，可以使用由AlJnyGa(1_x_y)P(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)形成的多層結(jié)構(gòu)，例如^GaP/GaP結(jié)構(gòu)。按照材料的帶隙能量特性，與氮化物半導(dǎo)體相比，該^iGaP/ GaP結(jié)構(gòu)可以更加適合于發(fā)射紅光。因?yàn)榈谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111、有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113可能在生長溫度和源氣體氣氛方面不同，所以可以有效地使用根據(jù)該實(shí)施例的單獨(dú)生長工藝。具體地說， 第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111可以在與有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的生長溫度條件不同的生長溫度條件下生長。也就是說，與有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的溫度相比，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111可以在較高的溫度下生長。為此，可以將第一室101內(nèi)部的溫度保持為高于第二室102內(nèi)部的溫度。具體地說，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111由例如η型GaN形成時(shí)，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111在大約1100°C至1300°C的溫度下生長。因此，需要相應(yīng)地維持第一室101內(nèi)部的溫度。有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層Il3在比第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111 的溫度低的溫度下(即，在大約700°C至1100°C的溫度下)生長。相應(yīng)地維持第二室102 內(nèi)部的溫度。這樣，當(dāng)將第二室102內(nèi)部的溫度保持在適合于生長有源層112的水平時(shí)，可以將有源層112形成為具有期望的組成，由此提高發(fā)光裝置的性能和可靠性。此外，在這個(gè)實(shí)施例中，為了生長有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113，不需要改變第二室102內(nèi)部的溫度。因此，將第一室101和第二室102內(nèi)部的溫度保持為恒定，由此有助于裝置管理，因此降低設(shè)備的劣化。另一處理?xiàng)l件是，可以一直維持摻雜元素源氣體氣氛，優(yōu)點(diǎn)之一是，通過使用兩個(gè)或更多個(gè)室來單獨(dú)地生長形成發(fā)光裝置的半導(dǎo)體層。在這個(gè)實(shí)施例中，描述了單獨(dú)地生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113以及有源層112。然而，本實(shí)用新型不限于此。例如，可以使用第一室101和第二室102兩者來生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111。以相同的方式，可以使用第一室101和第二室102兩者來生長有源層112。例如，可以單獨(dú)地生長量子勢壘層和量子阱層。在這個(gè)實(shí)施例中描述的使用氣相沉積系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是，可以提高氣相沉積系統(tǒng)的操作能力和產(chǎn)率。具體地說，當(dāng)形成發(fā)光裝置的半導(dǎo)體層(即，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111和第二半導(dǎo)體層113及有源層11 是在第一室101和第二室102中的每個(gè)中生長時(shí)，第一室 101和第二室102操作了相對長的時(shí)間段。因此，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，與根據(jù)單獨(dú)生長方法相比，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，源氣體的負(fù)擔(dān)更大，并且執(zhí)行制造工藝所花費(fèi)的時(shí)間更多。此外，根據(jù)該單獨(dú)生長方法，因?yàn)榭梢栽趩蝹€(gè)沉積設(shè)備中在相對短的時(shí)間段內(nèi)完成一次生長工藝，所以可以靈活地執(zhí)行設(shè)備的可在隨后的生長工藝之前使用的維護(hù)過程。在這個(gè)實(shí)施例中，描述了通過使用兩個(gè)室101和102的半導(dǎo)體層111、112和113的單獨(dú)生長工藝。然而，可以根據(jù)需要增加室的數(shù)量。[0052]具體地說，如圖4所示，比如氣相沉積系統(tǒng)10(Τ還包括第三室103。有源層112可以在第二室102中生長，而第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113可以隨后在第三室103中生長。在這個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)將要在其中生長的半導(dǎo)體層的溫度條件，維持第一氣相沉積室101、第二氣相沉積室102和第三氣相沉積室103的反應(yīng)室。具體地說，如上所述，可以將第一室101 的反應(yīng)室內(nèi)部的溫度維持在大約1100°C至1300°C的溫度。為了生長具有hGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)的有源層112，可以將第二室102內(nèi)部的溫度維持在大約700°C至900°C的溫度。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電半導(dǎo)體層113由例如ρ型GaN形成時(shí)，可以將第三室103的反應(yīng)室內(nèi)部的溫度維持在大約900°C至1100°C的溫度。在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)單獨(dú)生長方法使用上述三個(gè)不同的室單獨(dú)地分別生長形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層111、112和113，由此實(shí)現(xiàn)晶體質(zhì)量的進(jìn)一步提高。此外，除了溫度條件以外，可以將第一室101的反應(yīng)室的內(nèi)部維持為η型摻雜元素氣體的氣氛。以相同方式，可以將第三室103的內(nèi)部維持為ρ型摻雜元素氣體的氣氛。因此，在生長工藝期間不需要改變摻雜元素氣體。在完成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的生長之后，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的臺(tái)面蝕刻的區(qū)域上形成第一電極115和第二電極114。然而，形成第一電極115和第二電極114的該方法僅是一個(gè)示例?？梢栽诰哂械谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111、有源層 112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的發(fā)光結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同位置形成電極。例如，在去除了基底110 之后，可以隨后在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的由此暴露的表面上形成第一電極115。在下文中，將更詳細(xì)地描述上述室和適合于生長各個(gè)半導(dǎo)體層的室的具體示例。 首先，用于生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的第一室101的示例可以包括MOCVD室、HVPE室、MBE 室等。這里，將描述用作第一室101的MOCVD室。圖6至圖11是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的可應(yīng)用于氣相沉積系統(tǒng)的室結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的示意圖。首先，參照圖6，關(guān)于生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111的第一室101，從基底110的上面注入源氣體。這里，第一室101可以稱作垂直室101。當(dāng)從基底110的上面注入源氣體時(shí)，可以生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111。 作為生長條件的示例，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111具有η型GaN時(shí)，源氣體可以為TMG、ΝΗ3、 SiH4等，可以設(shè)定大約900°C至1300°C的生長溫度。第一室101可以配置為具有氣體注入部107、基座121、氣體分配器122和氣體排放單元123。在這個(gè)實(shí)施例中，沿第一室101的側(cè)部方向形成氣體排放單元123。然而，如在改進(jìn)例中，如圖7所示，可以在第一室101的下部中形成氣體排放單元123二如圖8所示，一個(gè)或多個(gè)基底110設(shè)置在基座121上，基座121可以執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 氣體分配器122設(shè)置在其上設(shè)置有基底110的基座121上方，使得氣體分配器122可以向下排放氣體。在圖9和圖10中示出了具有這種結(jié)構(gòu)的基座121的示例。參照圖9，作為氣體分配器122的示例，如從氣體分配器122的上部觀看，有兩種類型的氣體路徑，即，形成為孔的第一氣體管道131和被彎曲的第二氣體管道132?？梢酝ㄟ^第一氣體管道131和第二氣體管道132注入不同類型的氣體。例如，可以通過第一氣體管道131注入有機(jī)金屬氣體， 例如TMG或TMI?？梢酝ㄟ^第二氣體管道132注入V族源氣體，例如NH3。然后，如圖10所示，作為另一示例，氣體分配器122、可以具有多個(gè)條狀氣體管道。例如，可以通過氣體分配器122—?jiǎng)澐殖傻牡谝粴怏w管道141、第二氣體管道142和第三氣體管道143注入不同類型的源氣體。具體地說，為了生長η型GaN，可以通過第一氣體管道141注入TMG，可以通過第二氣體管道142注入NH3，可以通過第三氣體管道143注入SiH4。[0056]如圖11所示，在上面描述的垂直室101中，可以從基底110的上面注入不同類型的氣體a、b和c，使得沿半導(dǎo)體層111的兩個(gè)邊緣的兩個(gè)區(qū)域A和B可以具有不同的組成。 在基底110內(nèi)會(huì)發(fā)生半導(dǎo)體層111的組成的這種差異。組成的差異還會(huì)發(fā)生在該半導(dǎo)體層 111和在設(shè)置于基座上的另一基底上生長的半導(dǎo)體層之間。具體地說，當(dāng)改變源氣體時(shí)，組成的差異變得更加明顯，從而生長出不同類型的半導(dǎo)體層。然而，與下面將描述的水平室相比，垂直室101的優(yōu)點(diǎn)在于裝置維護(hù)，因?yàn)榧词乖谙鄬﹂L的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行生長工藝，也不太可能在基底110以外的區(qū)域中由于源氣體之間的反應(yīng)而產(chǎn)生顆粒。因此，因?yàn)榈谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111比其它層厚，所以，垂直室101適合于生長需要冗長生長工藝的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 111。然后，在這個(gè)實(shí)施例中，將描述用于生長有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113的第二室102。圖12至圖14是示出可應(yīng)用于氣相沉積系統(tǒng)的另一室結(jié)構(gòu)的示例的示圖。參照圖12，在第二室102中，沿與基底110平行的方向從氣體分配器152注入氣體源。第二室 102可以稱作水平室102。因此，從基底110的上面注入源氣體，由此生長有源層112。作為生長條件的示例，當(dāng)有源層112具有hGaN/GaN結(jié)構(gòu)時(shí)，在生長InGaN時(shí)可以全部注入TMG、 TMI和NH3。當(dāng)生長GaN時(shí)，可以注入除TMI之外的TMG和NH3。這里，可以將第二室102的內(nèi)部維持在有源層112的生長溫度，例如維持在大約700°C至900°C的溫度。雖然在附圖中未示出，還可以在第二室102中生長第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，或者可以在另一沉積室中執(zhí)行第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的生長工藝。第二室102可以配置為具有氣體注入部108、基座151、氣體分配器152、氣體排放單元153和蓋子154。通過氣體注入部108注入的源氣體可以沿與基底110平行的方向通過氣體分配器152排放。為此，如圖12所示，氣體分配器152可以設(shè)置在第二室102的中心區(qū)域處，由此沿從第二室102的內(nèi)部向第二室102的外部的方向排放氣體。然而，氣體分配器152的位置不限于此。雖然在附圖中未示出，但是氣體分配器152可以設(shè)置在第二室 102的一側(cè)，以向內(nèi)排放氣體?？梢酝ㄟ^形成在第二室102的邊緣處的氣體排放單元153將已經(jīng)穿過基底110的氣體排放到外部。圖13和圖14是示出基座151的示例的示圖。圖13是局部放大圖，圖14是上部平面圖。基座151可以分為主盤151a和輔助盤151b。這里，主盤151a和輔助盤151b均可以配置為執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。輔助盤151b可以連接到形成在主盤151a上的銷151c。這里，基底110可以布置為圍繞氣體分配器15的圓周。另外，為了有助于輔助盤151b的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 可以通過主盤151a和輔助盤151b之間的孔h來注入氣體。與上述垂直室101相比，水平室102的優(yōu)點(diǎn)可以在于生長出具有期望組成的薄膜， 這是因?yàn)樵礆怏w可以相對均勻地注入到基底110中。因此，極大地影響發(fā)光裝置的性能的有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113通過使用水平室101來生長，由此提高發(fā)光效率。圖 15A和圖15B是示出有源層的導(dǎo)帶能級(jí)的示圖。在圖15A中，示出了在水平室中生長的有源層。在圖15B中，示出了在垂直室中生長的有源層。參照圖15A和圖15B，關(guān)于在水平室中生長的有源層，在量子阱層11 和量子阱層112b之間存在明顯的邊界，從而可以獲得量子阱層11 的相對優(yōu)異的載子限制。另一方面，關(guān)于在垂直室中生長的有源層，可以在量子阱層112F和量子阱層112F之間的界面周圍的區(qū)域處顯示出具有梯度的帶隙能量和組成分布，從而相對削弱了量子阱層112F的載子限制。[0061]然而，如圖16所示，在水平室102中，源氣體可以在蓋子IM處或者在連接到蓋子 154的頂板處反應(yīng)，使得可以產(chǎn)生由顆粒形成的反應(yīng)區(qū)域R。該反應(yīng)區(qū)域R會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)時(shí)間和與設(shè)備維護(hù)相關(guān)的過高成本。因此，可以期望的是，減少在水平室102中的處理時(shí)間，從而使其盡可能地短。如上所述，因?yàn)榈谝粚?dǎo)電半導(dǎo)體層111具有相對大的厚度，所以需要長的時(shí)間來生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層111，其晶體質(zhì)量不會(huì)較大程度上受到生長方法的影響。因此，期望的是使用垂直室101。關(guān)于具有相對小的厚度且較大程度上影響發(fā)光裝置的性能的有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113，還期望使用水平室102，以生長有源層112和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層113。這樣，在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)單獨(dú)生長方法，通過使用兩個(gè)或更多個(gè)室來生長單個(gè)裝置，由此提高設(shè)備的操作能力。此外，使用遵循發(fā)光裝置的各個(gè)層的特性的沉積系統(tǒng)，由此提高發(fā)光效率，并改善設(shè)備的產(chǎn)率。同時(shí)，在上述實(shí)施例中，描述了基底沿水平方向布置在基座上的室結(jié)構(gòu)。然而，本實(shí)用新型不限于此。還可以使用基底沿厚度方向布置的批量式室。圖17是示出可應(yīng)用于本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的批量式室的一個(gè)示例的示意圖。參照圖17，批量式室201可以包括主體202、氣體注入部207、基座221、氣體排放單元223以及上板2M和下板225?；?10布置在基座221上，同時(shí)可以暴露基底210的底表面。因此，半導(dǎo)體薄膜可以在每個(gè)基底210的兩側(cè)上生長。源氣體可以通過形成在上板2 和下板225之間的多個(gè)路徑注入到基底210中，并且可以隨后通過基底210經(jīng)由氣體排放單元223排放。這里，上板2 和下板225以及基座221可以彼此整體形成，并可以連接到傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸203。批量式室201內(nèi)部的基底210沿其厚度方向布置。圖17示出了 5個(gè)基底210布置在批量式室201 內(nèi)部的情形。然而，基底210的數(shù)量可以多于5個(gè)，這對于發(fā)光裝置的大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)是有利的。這里，上述的MOCVD室、HVPE室和MBE室均可以用作批量式室201。圖18是示出根據(jù)本實(shí)用新型另一示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。參照圖18，氣相沉積系統(tǒng)300包括分別形成在氣體注入部307、308和309上的第一室 301、第二室302和第三室303。為了將基底310放入到第一室301、第二室302和第三室 303或者將基底310從第一室301、第二室302和第三室303中抽出，具有搬運(yùn)機(jī)器人305 和搬運(yùn)路徑的負(fù)載鎖裝置304可以連接到第一室301、第二室302和第三室303。此外，盡管未必使用負(fù)載單元306，但氣相沉積系統(tǒng)300可以包括負(fù)載單元306。在這個(gè)實(shí)施例中，第一室301是可以用于生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的HVPE室。此外， 第二室302和第三室303可以是MOCVD室。根據(jù)單獨(dú)生長，可以使用上述室結(jié)構(gòu)中的室結(jié)構(gòu)來生長形成發(fā)光裝置的另一層。因?yàn)樯厦婷枋隽?MOCVD室的結(jié)構(gòu)，所以，參照圖19，將描述HVPE室的示例。然而，可以代替HVPE室或MOCVD室而使用MBE室?？蛇x地，可以使用所有三種類型的室。即，在本實(shí)用新型中提議的單獨(dú)生長的構(gòu)思是為了制造發(fā)光裝置，可以執(zhí)行不同的生長工藝。圖19是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的可應(yīng)用于氣相沉積系統(tǒng)的室結(jié)構(gòu)的另一示例的構(gòu)造的示圖。氣體注入部307連接到第一室301，從而注入源氣體。這里，氣體注入部307可以分為第一氣體注入部307a、第二氣體注入部307b和第三氣體注入部307c。 通過第一氣體注入部307a將諸如HCl的鹵化物氣體注入到第一室301中。在該過程期間， 鹵化物氣體穿過存儲(chǔ)部321，存儲(chǔ)部321中含有III族元素，例如fe。由此產(chǎn)生鹵化物化合物(GaCl)氣體，可以將其提供到基底310的上側(cè)。通過第二氣體注入部307b將含有V族元素的氣體(例如，NH3)注入到第一室301中。該氣體與鹵化物化合物反應(yīng)，由此生長III 族或V族化合物半導(dǎo)體薄膜?？梢酝ㄟ^第三氣體注入部307c注入摻雜源氣體(例如，η型源氣體，如SiH4或Si2H4)，由此形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層311。與MOCVD工藝相比，該HVPE工藝會(huì)導(dǎo)致較低結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，并且與MOCVD 工藝相比，可以提供更高的生長速率。因此，如上所述，可以在相對短的時(shí)間段內(nèi)將需要具有相對大的厚度的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層311生長到足夠的厚度。然后，通過使用在本實(shí)用新型中提出的單獨(dú)生長方法，通過MOCVD工藝生長出有源層和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，從而具有優(yōu)異的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由此防止發(fā)光效率的降低。圖20是示出根據(jù)本實(shí)用新型另一示例性實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。參照圖20，在根據(jù)該實(shí)施例的氣相沉積系統(tǒng)400中，室在單個(gè)系統(tǒng)中不是彼此分離的， 至少兩個(gè)氣相沉積系統(tǒng)通過負(fù)載鎖裝置404連接。這里，氣相沉積系統(tǒng)分別包括氣相沉積室401和402、氣體注入部407和408以及負(fù)載單元406和409。關(guān)于氣相沉積室401和 402，可以使用采用HVPE室和MOCVD室的上述各種結(jié)構(gòu)，并且還可以應(yīng)用單獨(dú)生長方法。如上所述，基底410可以通過在負(fù)載鎖裝置404中提供的搬運(yùn)機(jī)器人405來移動(dòng)?？蛇x地，基底410可以手動(dòng)地移動(dòng)而不是使用搬運(yùn)機(jī)器人405。圖21是示出根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的使用通過采用氣相沉積系統(tǒng)制造的發(fā)光裝置的示例的構(gòu)造的示意圖。參照圖21，發(fā)光設(shè)備500包括發(fā)光裝置模塊501、其中設(shè)置有發(fā)光裝置模塊501的結(jié)構(gòu)504和功率供給單元503。根據(jù)在本實(shí)用新型中提出的上述方法制造的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光裝置502設(shè)置在發(fā)光裝置模塊501中。功率供給單元503包括電源、恒流電源、控制器等等。此外，功率供給單元503還可以包括反饋電路和存儲(chǔ)器裝置， 反饋電路將從發(fā)光裝置502發(fā)射的光的量與預(yù)定的光量進(jìn)行比較，存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)與期望的亮度和顯色性有關(guān)的信息。該發(fā)光設(shè)備500可以用在諸如燈或平面光源的室內(nèi)發(fā)光設(shè)備或者諸如街燈、廣告牌和標(biāo)牌的室外發(fā)光設(shè)備中。此外，發(fā)光設(shè)備500還可以用在諸如汽車、船和航行器的各種運(yùn)輸發(fā)光設(shè)備中。發(fā)光設(shè)備500還可以用在諸如TV和電冰箱的家用電器或醫(yī)用設(shè)備中。如上所述，根據(jù)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，氣相沉積系統(tǒng)可以產(chǎn)生使用該系統(tǒng)生長的半導(dǎo)體層的優(yōu)異晶體質(zhì)量，由此提高了發(fā)光裝置的性能。此外，可以在防止設(shè)備劣化的同時(shí)，提高氣相沉積系統(tǒng)的操作能力和產(chǎn)率。雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例示出并描述了本實(shí)用新型，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然的是，在不脫離由權(quán)利要求書限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以做出修改和改變。
權(quán)利要求1.一種氣相沉積系統(tǒng)，所述氣相沉積系統(tǒng)包括第一室，具有第一基座和至少一個(gè)第一氣體分配器，所述至少一個(gè)第一氣體分配器沿與設(shè)置在所述第一基座上的基底平行的方向排放氣體；第二室，具有第二基座和至少一個(gè)第二氣體分配器，所述至少一個(gè)第二氣體分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放氣體。
2.一種氣相沉積系統(tǒng)，所述氣相沉積系統(tǒng)包括第一室，具有第一基座和至少一個(gè)第一氣體分配器，在所述第一室中，含有III族元素的鹵化物化合物氣體和V族元素源氣體通過第一氣體分配器在布置在所述第一基座上的基底上反應(yīng)，由此在所述基底上形成半導(dǎo)體薄膜；第二室，包括第二基座和至少一個(gè)第二氣體分配器，在所述第二室中，至少兩種類型的有機(jī)金屬氣體通過第二氣體分配器在布置在所述第二基座上的基底上反應(yīng)，由此在所述基底上形成半導(dǎo)體薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相沉積系統(tǒng)，所述氣相沉積系統(tǒng)還包括負(fù)載鎖裝置，所述負(fù)載鎖裝置連接到所述第一室和所述第二室，并具有搬運(yùn)機(jī)器人和搬運(yùn)路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，在單個(gè)氣相沉積系統(tǒng)中提供所述第一室和所述第二室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，在不同的氣相沉積系統(tǒng)中提供所述第一室和所述第二室。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，所述第一室和所述第二室中的至少一個(gè)是批量式室。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，第一氣體分配器沿從所述第一室的內(nèi)部向所述第一室的外部的方向排放氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，第一氣體分配器布置在所述第一室內(nèi)部的中心區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，多個(gè)基底布置在所述第一基座上，所述多個(gè)基底被布置為圍繞第一氣體分配器的圓周。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，所述第一室為氫化物氣相外延室，所述第二室為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積室。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其中，所述氣相沉積系統(tǒng)還包括除了所述第一室和所述第二室之外的分子束外延室。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種氣相沉積系統(tǒng)和一種發(fā)光裝置。根據(jù)本實(shí)用新型一方面的氣相沉積系統(tǒng)可包括第一室，具有第一基座和至少一個(gè)第一氣體分配器，所述至少一個(gè)第一氣體分配器沿與設(shè)置在所述第一基座上的基底平行的方向排放氣體；第二室，具有第二基座和至少一個(gè)第二氣體分配器，所述至少一個(gè)第二氣體分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放氣體。當(dāng)使用根據(jù)本實(shí)用新型一方面的氣相沉積系統(tǒng)時(shí)，由此生長的半導(dǎo)體層具有優(yōu)異的晶體質(zhì)量，由此提高發(fā)光裝置的性能。此外，在提高氣相沉積系統(tǒng)的操作能力和產(chǎn)率的同時(shí)，可以防止設(shè)備的劣化。
文檔編號(hào)C23C16/455GK202022978SQ20102059838
公開日2011年11月2日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者李東柱, 李憲昊, 沈炫旭, 金晟泰, 金榮善 申請人:三星Led株式會(huì)社