化学气相沉积设备及使用其形成半导体外延薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种化学气相沉积设备及使用其形成半导体外延薄膜的方法，所述化学气相沉积设备包括：反应室，包括具有预定体积的内部空间的内管和紧密密封内管的外管；晶片夹持件，设置在内管中，多个晶片以预定间隔堆叠在晶片夹持件上；供气单元，包括将外部反应气体供应到反应室的至少一条气体管线以及与气体管线连通以将反应气体喷射至晶片的多个喷嘴，从而在晶片的表面上生长半导体外延薄膜，其中，生长在晶片的表面上的半导体外延薄膜包括发光结构，在所述发光结构中顺序地形成有第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学气相沉积设备及使用该化学气相沉积设备形成半导体外延薄膜的方法，更具体地说，涉及一种可以使用金属有机化合物在基底的两个表面上生长薄膜的化学气相沉积设备，以及使用该化学气相沉积设备形成半导体外延薄膜的方法。
技术介绍
对基于氮化物(GaAlInN)的发光装置(LED)的需求迅猛地增加。基于氮化物的 LED被用于便携式电话按键、液晶显示(LCD)窗、TV背光单元(BLU)和照明设备中。为了满足这种趋势，已进行了采用大直径蓝宝石晶片的研究。换言之，用于将应用到LED的氮化物或半导体氧化物(例如，GaN, ZnO等)生长为外延薄膜的蓝宝石晶片的直径从4英寸增加到6英寸。当前的化学气相沉积工艺可以一次制造大约10片4英寸的蓝宝石晶片，但其存在下面的缺点因支撑蓝宝石晶片的承载器(susc印tor)的结构而使批量生产受到限制。此外，因诸如晶片弯曲效应(bowing effect)或裂纹的性能的劣化而使大直径晶片存在应用上的限制。由于高热应力和固有应力(inherent stress)而会发生晶片弯曲效应或裂纹，氮化物半导体和用作生长基底的蓝宝石晶片之间的热膨胀系数的巨大差异导致高热应力，在薄膜生长过程中晶格常数的差异导致固有应力。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种化学气相沉积设备和一种利用该化学气相沉积设备形成半导体外延薄膜的方法，所述化学气相沉积设备能够一次生长数百片晶片，从而实现大规模生产。本专利技术的一方面还提供一种化学气相沉积设备和一种利用该化学气相沉积设备形成半导体外延薄膜的方法，所述化学气相沉积设备能够抑制由于热应力的不同而导致的晶片弯曲效应，并防止由于在晶片的单个表面上生长薄膜而使晶片损坏，从而能够使用大直径晶片。根据本专利技术的一方面，提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括 反应室，包括具有预定体积的内部空间的内管和紧密密封内管的外管；晶片夹持件，设置在内管中，多个晶片以预定间隔堆叠在晶片夹持件上；供气单元，包括将外部反应气体供应到反应室的至少一条气体管线以及与气体管线连通以将反应气体喷射至晶片的多个喷嘴，从而在晶片的表面上生长半导体外延薄膜，其中，生长在晶片的表面上的半导体外延薄膜包括发光结构，在所述发光结构中顺序地形成有第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。供气单元可沿晶片堆叠方向竖直地延伸，所述多个喷嘴可布置为对应于晶片的堆叠间隔，使得喷嘴面对堆叠的晶片的侧部。供气单元可沿晶片堆叠方向竖直地延伸，所述多个喷嘴可布置在堆叠的晶片之间。供气单元还可包括围绕气体管线设置的冷却管线，以使冷却剂流过冷却管线以冷却反应气体。供气单元可包括供应第一反应气体的第一气体管线和供应第二反应气体的第二气体管线，第一气体管线和第二气体管线设置在冷却管线内。可设置一个或多个供气单元以供应相同的反应气体或单独地供应不同的反应气体。供气单元还可包括与供气单元连通并喷射反应气体的辅助管线，辅助管线围绕晶片的外周水平地设置，以围绕晶片。辅助管线可具有直径大于晶片的直径的环形形状，辅助管线可包括辅助气体管线，包括与辅助气体管线连通并喷射从辅助气体管线供应的反应气体的多个喷嘴；辅助冷却管线，被设置为围绕辅助气体管线并与冷却管线32连通，使得冷却剂流过辅助冷却管线以冷却反应气体。辅助管线可包括供应第一反应气体的第一辅助气体管线和供应第二反应气体的第二辅助气体管线。辅助管线可设置在堆叠的晶片之间，或可布置为对应于晶片的堆叠间隔以面对晶片的侧部。所述化学气相沉积设备还可包括引导反应气体流动的引导单元，使得从喷嘴喷射的反应气体流动至各个晶片的顶表面和底表面。引导单元可设置在喷嘴和晶片之间，并具有朝喷嘴倾斜并且接触在一起以沿从晶片朝向喷嘴的方向减小剖面面积的上倾斜表面和下倾斜表面。引导单元可竖直地布置为对应于晶片的堆叠间隔以面对堆叠的晶片的侧部。引导单元可竖直地布置为对应于晶片的堆叠间隔以面对堆叠的晶片之间的空间。引导单元可从晶片夹持件朝喷嘴延伸，并可沿晶片堆叠方向竖直地布置。引导单元可沿堆叠方向通过至少一对支撑销竖直地布置，并且可以可拆卸地安装在晶片夹持件上以面对喷嘴。所述化学气象沉积设备还可包括连接到晶片夹持件以旋转晶片夹持件的旋转驱动单元。发光结构还可包括形成在第一导电类型半导体层上的第一电极和形成在第二导电类型半导体层上的第二电极。第一电极可在第一导电类型半导体层上形成，第一导电类型半导体层的一部分通过台面蚀刻暴露，第二电极可在形成在第二导电类型半导体层上的透明电极层上形成。根据本专利技术的另一方面，提供一种形成半导体外延薄膜的方法，该方法包括以下步骤在晶片夹持件上以预定间隔堆叠并安装多个晶片，将晶片夹持件装载在反应室的内管中，反应室包括具有内部空间的内管和紧密密封内管的外管；通过在内管和晶片夹持件之间沿晶片堆叠方向竖直地延伸的供气单元将外部反应气体喷射到晶片；允许从供气单元喷射的反应气体流动至晶片的表面，从而在晶片的表面上生长半导体外延薄膜，其中，在晶片的表面上生长的半导体外延薄膜顺序地生长为第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，从而形成发光结构。将晶片夹持件装载到内管中的步骤还可包括设置沿垂直于晶片夹持件的方向以预定间隔布置的多个引导单元。在设置多个引导单元的步骤中，引导单元可被竖直地布置为对应于晶片的堆叠间隔，以面对堆叠的晶片的侧部或面对堆叠的晶片之间的空间。在将反应气体喷射到晶片的步骤中，供气单元可包括将反应气体供应到反应室的至少一条气体管线以及与气体管线连通以将反应气体喷射至晶片的多个喷嘴。所述多个喷嘴可被布置为对应于晶片的堆叠间隔，使得喷嘴面对堆叠的晶片的侧部，或者喷嘴被布置在堆叠的晶片之间。供气单元还可包括围绕气体管线设置的冷却管线，使得冷却剂流过冷却管线以冷却反应气体。可设置一个或多个供气单元以供应相同的反应气体或单独地供应不同的反应气体。半导体外延薄膜生长的步骤还可包括在第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层上分别形成第一电极和第二电极。附图说明通过下面结合附图进行的详细描述，本专利技术的上述和其它方面、特征和其它优点将被更清楚地理解，其中图1是示出根据本专利技术实施例的化学气相沉积设备的示意性剖视图；图2是示出图1中的化学气相沉积设备的示意性平面图；图3是示出图1中的供气单元的示意图；图4A和图4B是示出供气单元的喷嘴相对于装载的晶片的布置的剖视图；图5A至图5D是示出通过供气单元在每个晶片上沉积薄膜的原理的示意性剖视图；图6A和图6B是示出在图5A至图5D中的晶片的顶表面上或者在顶表面和底表面上生长的薄膜的状态的示意性剖视图；图7是示出用图6A和图6B的外延薄膜构造的发光结构的详细视图；图8A和图8B是示出图1中的供气单元的变型的示意图；图9和图10是示出图1中的供气单元的另一变型的示意图；图11至图13是示出图1中的供气单元的另一变型的示意图；图14A和图14B是示出根据本专利技术另一实施例的化学气相沉积设备的示意图；图15是示出图14A和图14B中的引导单元的示意图；图16A和图16B是示出图14A和图14B中的引导单元的剖视图；图17和图18是示出根据本专利技术另一实施例的化学气相沉积设备的示意图。具体实施方式现在将参照附图详细地描述本专利技术的示例性实施例。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括：反应室，包括具有预定体积的内部空间的内管和紧密密封内管的外管；晶片夹持件，设置在内管中，多个晶片以预定间隔堆叠在晶片夹持件上；供气单元，包括将外部反应气体供应到反应室的至少一条气体管线以及与气体管线连通以将反应气体喷射至晶片的多个喷嘴，从而在晶片的表面上生长半导体外延薄膜，其中，生长在晶片的表面上的半导体外延薄膜包括发光结构，在所述发光结构中顺序地形成有第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：孟钟先，金荣善，沈炫旭，金晟泰，
申请(专利权)人：三星LED株式会社，
类型：发明
国别省市：KR