CN102154689B - 气相沉积系统、制造发光装置的方法和发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气相沉积系统、一种制造发光装置的方法和一种发光装置。根据本发明一方面的气相沉积系统可包括：第一室，具有第一基座和至少一个气体分配器，所述至少一个气体分配器沿与设置在所述第一基座上的基底平行的方向排放气体；第二室，具有第二基座和至少一个第二气体分配器，所述至少一个第二气体分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放气体。当使用根据本发明一方面的气相沉积系统时，由此生长的半导体层具有优异的晶体质量，由此提高发光装置的性能。此外，在提高气相沉积系统的操作能力和产率的同时，可以防止设备的劣化。

Description

气相沉积系统、制造发光装置的方法和发光装置
本申请要求于2010年2月12日在韩国知识产权局提交的第10-2010-0013545号韩国专利申请的优先权，通过引用将该申请的公开包含于此。
技术领域
本发明涉及一种气相沉积系统、一种制造发光装置的方法以及一种发光装置。
背景技术
通常，发光二极管(LED)是这样一种半导体发光装置，即，当向该半导体发光装置施加电流时，该半导体发光装置通过电子和空穴在p型半导体和n型半导体之间的p-n结中复合来发射各种颜色的光。因为该LED具有各种优点，例如长寿命、低功耗、良好的初始驱动性能、高抗振性等，所以当与基于灯丝的发光装置相比时，对LED的需求持续增加。具体地说，近来，能够发射短波区域中(例如，一系列蓝色)的光的III族氮化物半导体备受关注。
使用III族氮化物半导体形成发光装置的氮化物半导体单晶在蓝宝石基底或SiC基底上生长。为了生长该半导体单晶，通常执行将多种气体源沉积到基底上的气相沉积工艺。半导体发光装置的发射性能或可靠性显著地受到形成半导体发光装置的半导体层的质量(结晶性)的影响。在这种情况下，半导体层的质量会依赖于所使用的气相沉积系统的结构、其内部环境及其使用的条件。因此，在相关的技术领域中，需要一种通过使气相沉积工艺最优化来提高半导体层的质量的方法。
发明内容
本发明的一方面提供了一种使用气相沉积系统来制造发光装置的方法，所述方法通过形成具有优异的结晶结构的半导体层，使得所制造的发光装置的发光效率提高。
本发明的一方面还提供了一种用于提高气相沉积系统的操作能力和产率的技术。
根据本发明的一方面，提供了一种气相沉积系统，所述气相沉积系统包括：第一室，具有第一基座和至少一个气体分配器，所述至少一个气体分配器沿与设置在所述第一基座上的基底平行的方向排放气体；第二室，具有第二基座和至少一个第二气体分配器，所述至少一个第二气体分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放气体。
根据本发明的另一方面，提供了一种气相沉积系统，所述气相沉积系统包括：第一室，具有第一基座和至少一个气体分配器，在所述第一室中，含有III族元素的卤化物化合物气体和V族元素源气体通过第一气体分配器在布置在所述第一基座上的基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜；第二室，包括第二基座和至少一个第二气体分配器，在所述第二室中，至少两种类型的有机金属气体通过第二气体分配器在布置在所述第二基座上的基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜。
所述气相沉积系统还可以包括负载锁装置，所述负载锁装置连接到所述第一室和所述第二室，并具有搬运机器人和搬运路径。
可以在单个气相沉积系统中提供所述第一室和所述第二室。
可以在不同的气相沉积系统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个可以为批量式室。
第一气体分配器可以沿从所述第一室的内部向所述第一室的外部的方向排放气体。
第一气体分配器可以布置在所述第一室内部的中心区域中。
多个基底可以布置在所述第一基座上，所述多个基底可以被布置为围绕第一气体分配器的圆周。
所述第一室可以为HVPE(氢化物气相外延)室，所述第二室可以为MOCVD(金属有机化学气相沉积)室。
所述气相沉积系统还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。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造发光装置的方法，所述方法包括在基底上生长第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，从而形成发光结构，其中，当在第一工艺中从所述基底上方排放的源气体在所述基底上反应时，由此在所述基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中沿与所述基底平行的方向排放的源气体在所述基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜，利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述发光结构。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造发光装置的方法，所述方法包括按照连续的方式在半导体生长基底上生长第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，从而形成发光结构，其中，当在第一工艺中含有III族元素的卤化物化合物气体与V族元素源气体在所述半导体生长基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中至少两种类型的有机金属气体在所述半导体生长基底上反应，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述发光结构。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造发光装置的方法，所述方法包括在基底上生长第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，从而形成发光结构，其中，在第一工艺中利用具有第一室和第一负载锁装置的第一气相沉积系统形成半导体薄膜，在第二工艺中利用具有第二室和第二负载锁装置的第二气相沉积系统形成半导体薄膜，利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述发光结构。
第一导电半导体层的生长温度可以高于第二导电半导体层的生长温度。
所述有源层可以包括由InxGa(1-x)N(0≤x≤1)形成的至少一层。
所述有源层可以包括由InxGa(1-x)P(0≤x≤1)形成的至少一层。
所述第一导电半导体层可以包括n型GaN层，所述有源层可以包括具有交替的InGaN层和GaN层的层结构，所述第二导电半导体可以包括p型GaN层。
可以利用所述第一工艺来形成所述第一导电半导体层。
可以利用所述第二工艺来形成所述有源层和所述第二导电半导体层。
可以利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述第一导电半导体层。
可以利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述有源层。
所述有源层可以包括量子阱层和量子势垒层，利用彼此不同的第一工艺和第二工艺来单独形成所述量子阱层和所述量子势垒层。
可以利用所述第一工艺来形成所述第一导电半导体层。
可以利用所述第二工艺来形成所述有源层和第二导电半导体层。
可以利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述第一导电半导体层。
还可以通过使用经由分子束外延形成半导体薄膜的第三工艺来形成所述发光结构。
所述第一气相沉积系统和所述第二气相沉积系统中的至少一个可以具有所述基底沿着厚度方向布置的批量式室。
所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层中的一个可以在所述第一室中生长，而其它层可以在所述第二室中生长。
所述第一导电半导体层可以在所述第一室中生长，所述第一室可以保持在所述第一导电半导体层的生长温度和气体气氛。
所述有源层和所述第二导电半导体层可以在所述第二室中生长，所述第二室可以保持在所述有源层和所述第二导电半导体层的生长温度和气体气氛。
所述方法还可以包括具有第三室和第三负载锁装置的第三气相沉积系统，其中，所述第一导电半导体层在所述第一室中生长，所述有源层在所述第二室中生长，所述第二导电半导体层在所述第三室中生长。
可以利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述第一导电半导体层。
可以利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述有源层。
所述有源层可以包括量子阱层和量子势垒层，可以利用彼此不同的第一工艺和第二工艺来单独形成所述量子阱层和所述量子势垒层。
根据本发明的另一方面，提供了一种发光装置，所述发光装置包括具有第一导电半导体、有源层和第二导电层的发光结构，其中，当在第一工艺中从基底上方排放的源气体在半导体生长基底上反应时，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中沿与所述基底平行的方向排放的源气体在所述基底上反应，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，所述发光结构使用所述第一工艺和所述第二工艺来形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种发光装置，所述发光装置包括具有第一导电半导体、有源层和第二导电层的发光结构，其中，在第一工艺中含有III族元素的卤化物化合物气体与V族元素源气体在基底上反应，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中至少两种类型的有机金属气体在所述基底上反应，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，所述发光结构使用所述第一工艺和所述第二工艺来形成。
所述有源层可以包括由AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成的至少一层。
所述有源层可以包括由AlxInyGa(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成的至少一层。
所述第一导电半导体层可以包括n型GaN层，所述有源层包括具有交替的InGaN层和GaN层的层结构，所述第二导电半导体可以包括p型GaN层。
所述发光结构还可以通过使用经由分子束外延形成半导体薄膜的第三工艺来形成。
附图说明
通过结合附图的以下详细描述，本发明的以上和其它方面、特征及其它优点将变得更易于理解，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图；
图2和图3是示出使用图1的气相沉积系统制造发光装置的工艺的示意图；
图4是示出根据在图1中示出的实施例的改进实施例的气相沉积系统的构造的示意图；
图5是示出完成的发光装置的示例的示意性剖视图；
图6至图11是示出根据本发明示例性实施例的可应用于气相沉积系统的室结构的示例的构造的示意图；
图12至图14是示出根据本发明实施例的可应用于气相沉积系统的另一室结构的示意性构造图；
图15A是示出水平室中的有源层的导带能级的示图；
图15B是示出在垂直室中生长的有源层的导带能级的示图；
图16是水平室中的盖子周围的区域的放大图；
图17是示出可应用于本发明的批量式室的示例的构造的示意图；
图18是示出根据本发明另一示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图；
图19是示出可应用于根据本发明示例性实施例的气相沉积系统的室结构的另一示例的构造的示意图；
图20是示出根据本发明另一示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图；
图21是示出根据本发明示例性实施例的使用气相沉积系统制造的发光装置的示例的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为局限于在此提出的实施例。相反，提供这些实施例使本公开将是彻底的且完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见，会夸大形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于指示相同或类似的组件。
图1是示出根据本发明示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图。图2和图3是示出通过使用图1的气相沉积系统制造发光装置的工艺的示意图。图4是示出根据在图1中示出的实施例的改进的气相沉积系统的构造的示意图。图5是示出完成的发光装置的示例的示意性剖视图。
根据该实施例的气相沉积系统100包括第一室101、第二室102以及连接到第一室101和第二室102的负载锁装置104。气体注入部107和108分别形成在第一室101和第二室102上，从而注入来自外部的气体。这里，第一室101和第二室102可以是使用有机金属气体的沉积室，例如金属有机化学气相沉积(在下文中，简称为“MOCVD”)室。可选地，第一室101和第二室102中的一个可以是MOCVD室，另一个室可以是使用卤化物气体的沉积室，例如氢化物气相外延(在下文中，简称为“HVPE”)室。此外，第一室101和第二室102可以是用于除了根据MOCVD或HVPE的沉积装置之外的其它类型的沉积装置的室，例如分子束外延(在下文中，简称为“MBE”)室。在将基底110放入到第一室101和第二室102中之前或者在将基底110从第一室101和第二室102中取出之前，负载锁装置104在与第一室101和第二室102的内部基本上相同的环境下接纳基底110。为此，负载锁装置104可以维持在真空状态。此外，负载锁装置104可以具有搬运机器人105和搬运路径，从而将基底110放入到第一室101和第二室102中或将基底110从第一室101和第二室102中取出。尽管不是不可缺少的组件，但还可以包括负载单元106，以将基底110安装在气相沉积系统100上。
CVD(即，化学气相沉积)是指通过利用含有必要元素的气态化学品之间的反应在基底上形成非挥发性固体膜的工艺。当气态化学品进入反应室时，气态化学品在以预定温度加热的基底的表面上分解并反应，由此形成半导体薄膜。这里，在MOCVD期间，使用有机金属气体作为金属源气体，从而生长出由诸如氮化物半导体的材料形成的薄膜。根据HVPE技术，将诸如氯化氢的卤化物气体注入到反应室中，从而形成含有III族元素的卤化物化合物，将卤化物化合物提供到基底的上侧，并使卤化物化合物与含有V族元素的气体反应，由此生长出半导体薄膜。下面将参照图6至图17描述可应用于该实施例的MOCVD室和HVPE室的具体示例。MBE工艺是化合物半导体的外延方法之一。根据MBE工艺，在具有热能的分子束或原子束和以高温维持的基底之间形成半导体薄膜。该MBE工艺可以代替下面将描述的HVPE工艺或MOCVD工艺。
现在将描述通过使用根据该实施例的气相沉积系统100来制造发光装置的工艺。首先，如图2所示，将基底110设置在第一室101内部。在基底110上生长第一导电半导体层111。这里，第一室101可以是MOCVD室或HVPE室。将基底110提供为半导体生长基底。关于基底110，例如，可以使用由蓝宝石、SiC、MgAl2O4、MgO、LiAlO2、LiGaO2或GaN形成的基底。这里，蓝宝石是具有六菱形R3c型对称的晶体。此外，蓝宝石具有沿c轴的的晶格常数和沿a轴的的晶格常数，并具有c面(0001)、a面(1120)和r面(1102)。这里，因为氮化物薄膜在c面上相对容易地生长，并且在高温下是稳定的，所以通常使用蓝宝石的c面作为氮化物生长基底。第一导电半导体层111可以由n型氮化物半导体形成，例如，由掺杂有Si等的AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成。第一导电半导体层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≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成。
在生长出第一导电半导体层111之后，如图3所示，随着将基底110移到第二室102中，然后执行随后的工艺。这里，可以借助于搬运机器人105通过负载锁装置104将基底110从第一室101移至第二室102。然而，在这个实施例中，基底110未必通过搬运机器人105来移动。根据示例性实施例，可以去除负载锁装置104。在这种情况下，在完成了第一导电半导体层111的生长之后，可以手动地移动基底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为相同类型的情况下，第二室102可以与第一室101具有不同的结构。例如，第一室101可以是源气体沿垂直方向注入的垂直MOCVD室，而第二室102可以是气体沿与基底110平行的方向排放的水平MOCVD室。这里，下面将描述水平和垂直MOCVD室的具体示例。在将基底110移到第二室102中之后，如图3所示，在第一导电半导体层111上生长有源层112和第二导电半导体层113。在这种情况下，为了气相沉积系统100的有效操作，如在第一室101中生长第一导电半导体层111的工艺，可以同时执行在第二室102中生长有源层112和第二导电半导体层113的工艺。
第二导电半导体层113可以由p型氮化物半导体形成，例如，由AlxInyGa(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)或掺杂有Mg的AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成。设置在第一导电半导体层111和第二导电半导体层113之间的有源层112通过电子和空穴的复合发射具有预定能量的光。此外，有源层112可以具有由交替的量子阱层和量子势垒层形成的多层量子阱(MQW)结构。关于多层量子阱(MQW)结构，可以使用由AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成的多层结构，例如，InGaN/GaN结构。可选地，可以使用由AlxInyGa(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成的多层结构，例如，InGaP/GaP结构。按照材料的带隙能量特性，与氮化物半导体相比，该InGaP/GaP结构可以更加适合于发射红光。
因为第一导电半导体层111、有源层112和第二导电半导体层113可能在生长温度和源气体气氛方面不同，所以可以有效地使用根据该实施例的单独生长工艺。具体地说，第一导电半导体层111可以在与有源层112和第二导电半导体层113的生长温度条件不同的生长温度条件下生长。也就是说，与有源层112和第二导电半导体层113的温度相比，第一导电半导体层111可以在较高的温度下生长。为此，可以将第一室101内部的温度保持为高于第二室102内部的温度。具体地说，当第一导电半导体层111由例如n型GaN形成时，第一导电半导体层111在大约1100℃至1300℃的温度下生长。因此，需要相应地维持第一室101内部的温度。有源层112和第二导电半导体层113在比第一导电半导体层111的温度低的温度下(即，在大约700℃至1100℃的温度下)生长。相应地维持第二室102内部的温度。这样，当将第二室102内部的温度保持在适合于生长有源层112的水平时，可以将有源层112形成为具有期望的组成，由此提高发光装置的性能和可靠性。此外，在这个实施例中，为了生长有源层112和第二导电半导体层113，不需要改变第二室102内部的温度。因此，将第一室101和第二室102内部的温度保持为恒定，由此有助于装置管理，因此降低设备的劣化。
另一处理条件是，可以一直维持掺杂元素源气体气氛，优点之一是，通过使用两个或更多个室来单独地生长形成发光装置的半导体层。在这个实施例中，描述了单独地生长第一导电半导体层111和第二导电半导体层113以及有源层112。然而，本发明不限于此。例如，可以使用第一室101和第二室102两者来生长第一导电半导体层111。以相同的方式，可以使用第一室101和第二室102两者来生长有源层112。例如，可以单独地生长量子势垒层和量子阱层。
在这个实施例中描述的使用气相沉积系统的另一优点是，可以提高气相沉积系统的操作能力和产率。具体地说，当形成发光装置的半导体层(即，第一导电半导体层111和第二半导体层113及有源层112)是在第一室101和第二室102中的每个中生长时，第一室101和第二室102操作了相对长的时间段。因此，根据这个实施例，与根据单独生长方法相比，当发生故障时，源气体的负担更大，并且执行制造工艺所花费的时间更多。此外，根据该单独生长方法，因为可以在单个沉积设备中在相对短的时间段内完成一次生长工艺，所以可以灵活地执行设备的可在随后的生长工艺之前使用的维护过程。在这个实施例中，描述了通过使用两个室101和102的半导体层111、112和113的单独生长工艺。然而，可以根据需要增加室的数量。
具体地说，如图4所示，比如气相沉积系统100`还包括第三室103。有源层112可以在第二室102中生长，而第二导电半导体层113可以随后在第三室103中生长。在这个实施例中，可以根据将要在其中生长的半导体层的温度条件，维持第一气相沉积室101、第二气相沉积室102和第三气相沉积室103的反应室。具体地说，如上所述，可以将第一室101的反应室内部的温度维持在大约1100℃至1300℃的温度。为了生长具有InGaN/GaN量子阱结构的有源层112，可以将第二室102内部的温度维持在大约700℃至900℃的温度。当第二导电半导体层113由例如p型GaN形成时，可以将第三室103的反应室内部的温度维持在大约900℃至1100℃的温度。在这个实施例中，根据单独生长方法使用上述三个不同的室单独地分别生长形成发光结构的半导体层111、112和113，由此实现晶体质量的进一步提高。此外，除了温度条件以外，可以将第一室101的反应室的内部维持为n型掺杂元素气体的气氛。以相同方式，可以将第三室103的内部维持为p型掺杂元素气体的气氛。因此，在生长工艺期间不需要改变掺杂元素气体。
在完成第二导电半导体层113的生长之后，在第二导电半导体层113和第一导电半导体层111的台面蚀刻的区域上形成第一电极115和第二电极114。然而，形成第一电极115和第二电极114的该方法仅是一个示例。可以在具有第一导电半导体层111、有源层112和第二导电半导体层113的发光结构内的不同位置形成电极。例如，在去除了基底110之后，可以随后在第一导电半导体层111的由此暴露的表面上形成第一电极115。
在下文中，将更详细地描述上述室和适合于生长各个半导体层的室的具体示例。首先，用于生长第一导电半导体层111的第一室101的示例可以包括MOCVD室、HVPE室、MBE室等。这里，将描述用作第一室101的MOCVD室。图6至图11是示出根据本发明示例性实施例的可应用于气相沉积系统的室结构的构造的示意图。首先，参照图6，关于生长第一导电半导体层111的第一室101，从基底110的上面注入源气体。这里，第一室101可以称作垂直室101。当从基底110的上面注入源气体时，可以生长第一导电半导体层111。作为生长条件的示例，当第一导电半导体层111具有n型GaN时，源气体可以为TMG、NH3、SiH4等，可以设定大约900℃至1300℃的生长温度。第一室101可以配置为具有气体注入部107、基座121、气体分配器122和气体排放单元123。在这个实施例中，沿第一室101的侧部方向形成气体排放单元123。然而，如在改进例中，如图7所示，可以在第一室101的下部中形成气体排放单元123`。
如图8所示，一个或多个基底110设置在基座121上，基座121可以执行旋转运动。气体分配器122设置在其上设置有基底110的基座121上方，使得气体分配器122可以向下排放气体。在图9和图10中示出了具有这种结构的基座121的示例。参照图9，作为气体分配器122的示例，如从气体分配器122的上部观看，有两种类型的气体路径，即，形成为孔的第一气体管道131和被弯曲的第二气体管道132。可以通过第一气体管道131和第二气体管道132注入不同类型的气体。例如，可以通过第一气体管道131注入有机金属气体，例如TMG或TMI。可以通过第二气体管道132注入V族源气体，例如NH3。然后，如图10所示，作为另一示例，气体分配器122`可以具有多个条状气体管道。例如，可以通过气体分配器122`划分成的第一气体管道141、第二气体管道142和第三气体管道143注入不同类型的源气体。具体地说，为了生长n型GaN，可以通过第一气体管道141注入TMG，可以通过第二气体管道142注入NH3，可以通过第三气体管道143注入SiH4。
如图11所示，在上面描述的垂直室101中，可以从基底110的上面注入不同类型的气体a、b和c，使得沿半导体层111的两个边缘的两个区域A和B可以具有不同的组成。在基底110内会发生半导体层111的组成的这种差异。组成的差异还会发生在该半导体层111和在设置于基座上的另一基底上生长的半导体层之间。具体地说，当改变源气体时，组成的差异变得更加明显，从而生长出不同类型的半导体层。然而，与下面将描述的水平室相比，垂直室101的优点在于装置维护，因为即使在相对长的时间段内执行生长工艺，也不太可能在基底110以外的区域中由于源气体之间的反应而产生颗粒。因此，因为第一导电半导体层111比其它层厚，所以，垂直室101适合于生长需要冗长生长工艺的第一导电半导体层111。
然后，在这个实施例中，将描述用于生长有源层112和第二导电半导体层113的第二室102。图12至图14是示出可应用于气相沉积系统的另一室结构的示例的示图。参照图12，在第二室102中，沿与基底110平行的方向从气体分配器152注入气体源。第二室102可以称作水平室102。因此，从基底110的上面注入源气体，由此生长有源层112。作为生长条件的示例，当有源层112具有InGaN/GaN结构时，在生长InGaN时可以全部注入TMG、TMI和NH3。当生长GaN时，可以注入除TMI之外的TMG和NH3。这里，可以将第二室102的内部维持在有源层112的生长温度，例如维持在大约700℃至900℃的温度。虽然在附图中未示出，还可以在第二室102中生长第二导电半导体层，或者可以在另一沉积室中执行第二导电半导体层的生长工艺。
第二室102可以配置为具有气体注入部108、基座151、气体分配器152、气体排放单元153和盖子154。通过气体注入部108注入的源气体可以沿与基底110平行的方向通过气体分配器152排放。为此，如图12所示，气体分配器152可以设置在第二室102的中心区域处，由此沿从第二室102的内部向第二室102的外部的方向排放气体。然而，气体分配器152的位置不限于此。虽然在附图中未示出，但是气体分配器152可以设置在第二室102的一侧，以向内排放气体。可以通过形成在第二室102的边缘处的气体排放单元153将已经穿过基底110的气体排放到外部。
图13和图14是示出基座151的示例的示图。图13是局部放大图，图14是上部平面图。基座151可以分为主盘151a和辅助盘151b。这里，主盘151a和辅助盘151b均可以配置为执行旋转运动。辅助盘151b可以连接到形成在主盘151a上的销151c。这里，基底110可以布置为围绕气体分配器15的圆周。另外，为了有助于辅助盘151b的旋转运动，可以通过主盘151a和辅助盘151b之间的孔h来注入气体。
与上述垂直室101相比，水平室102的优点可以在于生长出具有期望组成的薄膜，这是因为源气体可以相对均匀地注入到基底110中。因此，极大地影响发光装置的性能的有源层112和第二导电半导体层113通过使用水平室101来生长，由此提高发光效率。图15A和图15B是示出有源层的导带能级的示图。在图15A中，示出了在水平室中生长的有源层。在图15B中，示出了在垂直室中生长的有源层。参照图15A和图15B，关于在水平室中生长的有源层，在量子阱层112a和量子阱层112b之间存在明显的边界，从而可以获得量子阱层112a的相对优异的载子限制。另一方面，关于在垂直室中生长的有源层，可以在量子阱层112b`和量子阱层112b`之间的界面周围的区域处显示出具有梯度的带隙能量和组成分布，从而相对削弱了量子阱层112b`的载子限制。
然而，如图16所示，在水平室102中，源气体可以在盖子154处或者在连接到盖子154的顶板处反应，使得可以产生由颗粒形成的反应区域R。该反应区域R会导致浪费时间和与设备维护相关的过高成本。因此，可以期望的是，减少在水平室102中的处理时间，从而使其尽可能地短。如上所述，因为第一导电半导体层111具有相对大的厚度，所以需要长的时间来生长第一导电半导体层111，其晶体质量不会较大程度上受到生长方法的影响。因此，期望的是使用垂直室101。关于具有相对小的厚度且较大程度上影响发光装置的性能的有源层112和第二导电半导体层113，还期望使用水平室102，以生长有源层112和第二导电半导体层113。这样，在这个实施例中，根据单独生长方法，通过使用两个或更多个室来生长单个装置，由此提高设备的操作能力。此外，使用遵循发光装置的各个层的特性的沉积系统，由此提高发光效率，并改善设备的产率。
同时，在上述实施例中，描述了基底沿水平方向布置在基座上的室结构。然而，本发明不限于此。还可以使用基底沿厚度方向布置的批量式室。图17是示出可应用于本发明示例性实施例的批量式室的一个示例的示意图。参照图17，批量式室201可以包括主体202、气体注入部207、基座221、气体排放单元223以及上板224和下板225。基底210布置在基座221上，同时可以暴露基底210的底表面。因此，半导体薄膜可以在每个基底210的两侧上生长。源气体可以通过形成在上板224和下板225之间的多个路径注入到基底210中，并且可以随后通过基底210经由气体排放单元223排放。这里，上板224和下板225以及基座221可以彼此整体形成，并可以连接到传递旋转运动的轴203。批量式室201内部的基底210沿其厚度方向布置。图17示出了5个基底210布置在批量式室201内部的情形。然而，基底210的数量可以多于5个，这对于发光装置的大规模生产会是有利的。这里，上述的MOCVD室、HVPE室和MBE室均可以用作批量式室201。
图18是示出根据本发明另一示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图。参照图18，气相沉积系统300包括分别形成在气体注入部307、308和309上的第一室301、第二室302和第三室303。为了将基底310放入到第一室301、第二室302和第三室303或者将基底310从第一室301、第二室302和第三室303中抽出，具有搬运机器人305和搬运路径的负载锁装置304可以连接到第一室301、第二室302和第三室303。此外，尽管未必使用负载单元306，但气相沉积系统300可以包括负载单元306。
在这个实施例中，第一室301是可以用于生长第一导电半导体层的HVPE室。此外，第二室302和第三室303可以是MOCVD室。根据单独生长，可以使用上述室结构中的室结构来生长形成发光装置的另一层。因为上面描述了MOCVD室的结构，所以，参照图19，将描述HVPE室的示例。然而，可以代替HVPE室或MOCVD室而使用MBE室。可选地，可以使用所有三种类型的室。即，在本发明中提议的单独生长的构思是：为了制造发光装置，可以执行不同的生长工艺。
图19是示出根据本发明示例性实施例的可应用于气相沉积系统的室结构的另一示例的构造的示图。气体注入部307连接到第一室301，从而注入源气体。这里，气体注入部307可以分为第一气体注入部307a、第二气体注入部307b和第三气体注入部307c。通过第一气体注入部307a将诸如HCl的卤化物气体注入到第一室301中。在该过程期间，卤化物气体穿过存储部321，存储部321中含有III族元素，例如Ga。由此产生卤化物化合物(GaCl)气体，可以将其提供到基底310的上侧。通过第二气体注入部307b将含有V族元素的气体(例如，NH3)注入到第一室301中。该气体与卤化物化合物反应，由此生长III族或V族化合物半导体薄膜。可以通过第三气体注入部307c注入掺杂源气体(例如，n型源气体，如SiH4或Si2H4)，由此形成第一导电半导体层311。
与MOCVD工艺相比，该HVPE工艺会导致较低结晶的半导体薄膜结构，并且与MOCVD工艺相比，可以提供更高的生长速率。因此，如上所述，可以在相对短的时间段内将需要具有相对大的厚度的第一导电半导体层311生长到足够的厚度。然后，通过使用在本发明中提出的单独生长方法，通过MOCVD工艺生长出有源层和第二导电半导体层，从而具有优异的结晶结构，由此防止发光效率的降低。
图20是示出根据本发明另一示例性实施例的气相沉积系统的构造的示意图。参照图20，在根据该实施例的气相沉积系统400中，室在单个系统中不是彼此分离的，至少两个气相沉积系统通过负载锁装置404连接。这里，气相沉积系统分别包括气相沉积室401和402、气体注入部407和408以及负载单元406和409。关于气相沉积室401和402，可以使用采用HVPE室和MOCVD室的上述各种结构，并且还可以应用单独生长方法。如上所述，基底410可以通过在负载锁装置404中提供的搬运机器人405来移动。可选地，基底410可以手动地移动而不是使用搬运机器人405。
图21是示出根据本发明示例性实施例的使用通过采用气相沉积系统制造的发光装置的示例的构造的示意图。参照图21，发光设备500包括发光装置模块501、其中设置有发光装置模块501的结构504和功率供给单元503。根据在本发明中提出的上述方法制造的一个或多个发光装置502设置在发光装置模块501中。功率供给单元503包括电源、恒流电源、控制器等等。此外，功率供给单元503还可以包括反馈电路和存储器装置，反馈电路将从发光装置502发射的光的量与预定的光量进行比较，存储器装置存储与期望的亮度和显色性有关的信息。该发光设备500可以用在诸如灯或平面光源的室内发光设备或者诸如街灯、广告牌和标牌的室外发光设备中。此外，发光设备500还可以用在诸如汽车、船和航行器的各种运输发光设备中。发光设备500还可以用在诸如TV和电冰箱的家用电器或医用设备中。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，气相沉积系统可以产生使用该系统生长的半导体层的优异晶体质量，由此提高了发光装置的性能。此外，可以在防止设备劣化的同时，提高气相沉积系统的操作能力和产率。
虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显然的是，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和改变。

Claims (35)

1.一种气相沉积系统，所述气相沉积系统包括：
第一室，具有第一基座和至少一个第一气体分配器，所述至少一个第一气体分配器沿与设置在所述第一基座上的基底平行的方向排放气体；
第二室，具有第二基座和至少一个第二气体分配器，所述至少一个第二气体分配器布置在所述第二基座上方，以向下排放气体，
其中，所述第一室中的生长温度高于所述第二室中的生长温度。
2.一种气相沉积系统，所述气相沉积系统包括：
第一室，具有第一基座和至少一个第一气体分配器，在所述第一室中，含有III族元素的卤化物化合物气体和V族元素源气体通过第一气体分配器在布置在所述第一基座上的基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜；
第二室，包括第二基座和至少一个第二气体分配器，在所述第二室中，至少两种类型的有机金属气体通过第二气体分配器在布置在所述第二基座上的基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜，
其中，所述第一室中的生长温度高于所述第二室中的生长温度。
3.根据权利要求1或2所述的气相沉积系统，所述气相沉积系统还包括负载锁装置，所述负载锁装置连接到所述第一室和所述第二室，并具有搬运机器人和搬运路径。
4.根据权利要求1或2所述的气相沉积系统，其中，在单个气相沉积系统中提供所述第一室和所述第二室。
5.根据权利要求1或2所述的气相沉积系统，其中，在不同的气相沉积系统中提供所述第一室和所述第二室。
6.根据权利要求1或2所述的气相沉积系统，其中，所述第一室和所述第二室中的至少一个是批量式室。
7.根据权利要求1所述的气相沉积系统，其中，第一气体分配器沿从所述第一室的内部向所述第一室的外部的方向排放气体。
8.根据权利要求7所述的气相沉积系统，其中，第一气体分配器布置在所述第一室内部的中心区域中。
9.根据权利要求7所述的气相沉积系统，其中，多个基底布置在所述第一基座上，所述多个基底被布置为围绕第一气体分配器的圆周。
10.根据权利要求2所述的气相沉积系统，其中，所述第一室为氢化物气相外延室，所述第二室为金属有机化学气相沉积室。
11.根据权利要求2所述的气相沉积系统，其中，所述气相沉积系统还包括除了所述第一室和所述第二室之外的分子束外延室。
12.一种制造发光装置的方法，所述方法包括在基底上生长第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，从而形成发光结构，
其中，当在第一工艺中从所述基底上方排放的源气体在所述基底上反应时，由此在所述基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中沿与所述基底平行的方向排放的源气体在所述基底上反应，由此在所述基底上形成半导体薄膜，
利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述发光结构，
其中，所述第一工艺的生长温度高于第二工艺的生长温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一导电半导体层的生长温度高于所述第二导电半导体层的生长温度。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述有源层包括由InxGa(1-x)N形成的至少一层，其中，0≤x≤1。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述有源层包括由InxGa(1-x)P形成的至少一层，其中，0≤x≤1。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一导电半导体层包括n型GaN层，
所述有源层包括具有交替的InGaN层和GaN层的层结构，
所述第二导电半导体包括p型GaN层。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，利用所述第一工艺来形成所述第一导电半导体层。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，利用所述第二工艺来形成所述有源层和所述第二导电半导体层。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述第一导电半导体层。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述有源层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述有源层包括量子阱层和量子势垒层，利用彼此不同的第一工艺和第二工艺来单独形成所述量子阱层和所述量子势垒层。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，还通过使用经由分子束外延形成半导体薄膜的第三工艺来形成所述发光结构。
23.根据权利要求12所述的方法，其中，在第一工艺中利用具有第一室和第一负载锁装置的第一气相沉积系统形成半导体薄膜，在第二工艺中利用具有第二室和第二负载锁装置的第二气相沉积系统形成半导体薄膜，所述第一气相沉积系统和所述第二气相沉积系统中的至少一个具有所述基底沿着厚度方向布置的批量式室。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一导电半导体层、所述有源层和所述第二导电半导体层中的一个在所述第一室中生长，而其它层在所述第二室中生长。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一导电半导体层在所述第一室中生长，所述第一室保持在所述第一导电半导体层的生长温度和气体气氛。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述有源层和所述第二导电半导体层在所述第二室中生长，所述第二室保持在所述有源层和所述第二导电半导体层的生长温度和气体气氛。
27.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括具有第三室和第三负载锁装置的第三气相沉积系统，
其中，所述第一导电半导体层在所述第一室中生长，所述有源层在所述第二室中生长，所述第二导电半导体层在所述第三室中生长。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，利用所述第一工艺和所述第二工艺两者来形成所述第一导电半导体层。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，利用所述第一工艺和所述第二工艺来形成所述有源层。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述有源层包括量子阱层和量子势垒层，利用彼此不同的所述第一工艺和所述第二工艺来单独形成所述量子阱层和所述量子势垒层。
31.一种发光装置，所述发光装置包括具有第一导电半导体、有源层和第二导电层的发光结构，
其中，当在第一工艺中从基底上方排放的源气体在半导体生长基底上反应时，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，在第二工艺中沿与所述基底平行的方向排放的源气体在所述半导体生长基底上反应，由此在所述半导体生长基底上形成半导体薄膜，
所述发光结构使用所述第一工艺和所述第二工艺来形成，
其中，所述第一工艺的生长温度高于第二工艺的生长温度。
32.根据权利要求31所述的发光装置，其中，所述有源层包括由AlxInyGa(1-x-y)N形成的至少一层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。
33.根据权利要求31所述的发光装置，其中，所述有源层包括由AlxInyGa(1-x-y)P形成的至少一层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。
34.根据权利要求31所述的发光装置，其中，所述第一导电半导体层包括n型GaN层，
所述有源层包括具有交替的InGaN层和GaN层的层结构，
所述第二导电半导体包括p型GaN层。
35.根据权利要求31所述的发光装置，其中，所述发光结构还通过使用经由分子束外延形成半导体薄膜的第三工艺来形成。
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