CN103586580A - 用于P型GaN激活的激光退火装置及激光退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于P型GaN激活的激光退火方法及激光退火装置。在本发明中，从碟片激光器或其它类型激光器出射的绿光波段的激光(515nm或532nm波长)经过光束整形装置后(光纤整形或光学整形系统整形)入射到P型掺杂的GaN表面，在激光产生的热作用下，完成P型GaN的掺杂激活，得到有效的P型掺杂，从而有效提高LED发光效率和亮度。
Description
技术领域：本发明涉及一种在GaN基发光二极管(LED)领域使用的激光退火方法及激光退火装置。
背景技术：GaN基LED发光器件有可能取代现有的白炽灯、荧光灯从而成为下一代主要的照明光源。为了得到更高的发光效率、更低的发光能耗，器件必须具有较低的导通电压和较低的串联电阻，而以上两个参数与材料的掺杂以及激活效率、欧姆接触等密切相关，其中尤以P型GaN的激活效率最为重要，P型GaN较低的激活效率也是目前阻碍GaN发展的技术瓶颈之一。
在GaN LED中，N型GaN的掺杂使用Si实现，其激活相对容易，激活浓度可以达到1E20／CM3量级。P型GaN一般使用Mg作为掺杂物，Mg的掺杂浓度可以很高，但由于Mg的激活能很高导致实际应用中Mg的激活效率很低，通常只有百分之几。这意味着P GaN中的载流子浓度只有1E17／CM3量级，远远低于N区的载流子浓度。因此，P型GaN过低的载流子浓度是目前限制LED亮度提高最重要的因素之一。
发明内容：本发明的主要内容是一种可应用于GaN LED器件中P型GaN激活的激光退火方法及激光退火装置。
激光器负责出射波长为515nm或者532nm的绿色激光。出射后的激光光束经过光束整形后得到实际所需要的平顶光斑形状，可以为圆形、方形、线性或其它形状。所谓平顶是指在光束覆盖范围内激光的能量一致。该平顶光斑照射到样品表面后，样品吸收激光的能量进而产生热量从而使得样品表面温度升高，达到将杂质激活的目的。为了实现对整个样品表面的激活处理，需要使该平顶光斑和样片之间产生相对移动。
附图说明
图1，第一种实施方式。其中101-碟片激光器或其它激光器，102-整形系统，103-45度高反镜，104-待处理样片，105-多空陶瓷吸片台，106-XYZ三轴电动位移平台
图2，第二种实施方式。其中201-碟片激光器或其它激光器，202-整形系统，203-振镜，204-待处理样片，205-多空陶瓷吸片台，
图3，第三种实施方式。其中301-碟片激光器或其它激光器，302-扩束准直系统，303-45度高反镜，304-光束整形，305-聚焦镜，306-待处理样片，307-多孔陶瓷吸片台，308-XYZ三轴电动位移平台
具体实施方式
实施例1.
用于实现GaN LED中P型GaN激活的激光退火装置以及退火方法，包括：
第一，类型为碟片激光器或其它类型的激光器出射波长为515nm或532nm的绿光(101)。
第二，激光器出射的绿光经过光束整形装置后(102)变为平顶光斑，光斑形状为圆形、方形、线性、梯形或其它形状
第三，整形后的平顶光斑经过与水平方向成45度夹角安装的高反镜(103)后，变为垂直方向传输。
第四，待处理的样片(104)吸附于多孔陶瓷吸盘(105)上，多孔陶瓷吸盘(105)由一连接件连接到XYZ三轴电动位移平台上(106)。
第五，经过整形后的平顶光斑入射到GaN表面，激光被GaN吸收后产生热量使得样品表面温度升高从而达到将杂志激活的效果。
第六，保持激光光斑不变，控制电动位移平台的移动使得激光光斑能够以扫描的方法扫描样品表面，从而实现样品表面全部激活。
第七，所使用的激光器脉冲宽度为20nS-500nS，功率为50W-300W。
实施例2.
用于实现GaN LED中P型GaN激活的激光退火装置以及退火方法，包括：
第一，类型为碟片激光器或其它类型的激光器出射波长为515nm或532nm的绿光(301)。
第二，激光器出射的绿光经过光束扩束准直系统后(302)变为准直光同时光束直径符合整形系统(304)对入射光直径的要求。
第三，垂直入射的光束经过整形系统(304)后，为平顶光斑，光斑形状为圆形、方形、线性或其它形状。
第四，通过聚焦镜(305)对整形后的平顶光斑进行聚焦，进一步缩小其尺寸。
第五，待处理的样片(306)吸附于多孔陶瓷吸盘(307)上。多孔陶瓷吸盘通过一连接件连接到XYZ三轴电动位移平台上(308)。
第六，经过整形后的平顶光斑入射到GaN表面，激光被GaN吸收后产生热量使得样品表面温度升高从而达到将杂质激活的效果。
第七，样品位置不动，控制电动振镜使得激光光斑能够以扫描的方法扫描样品表面，从而实现样品表面全部激活。
第八，所使用的激光器脉冲宽度为20nS-500nS，功率为50W-300W。
实施例3
第八，类型为碟片激光器或其它类型的激光器出射波长为515nm或532nm的绿光(101)。
第九，激光器出射的绿光经过光束整形装置后(102)变为平顶光斑，光斑形状为圆形、方形、线性或其它形状
第十，整形后的平顶光斑经过与水平方向成45度夹角安装的高反镜(103)后，变为垂直方向传输。
第十一，待处理的样片(104)吸附于多孔陶瓷吸盘(105)上，多孔陶瓷吸盘(105)由一连接件连接到XYZ三轴电动位移平台上(106)。
第十二，经过整形后的平顶光斑入射到GaN表面，激光被GaN吸收后产生热量使得样品表面温度升高从而达到将杂质激活的效果
第十三，保持激光光斑不变，控制电动位移平台的移动使得激光光斑能够以扫描的方法扫描样品表面，从而实现样品表面全部激活。
第十四，所使用的激光器脉冲宽度为20nS-500nS，功率为50W-300W。
Claims (14)
1.一种用于P型GaN激活的激光退火方法，从碟片激光器或其它类型激光器出射的波长为515nm或532nm的激光经过匀化整形后成为特定形状的平顶光斑，而后入射到P型掺杂的GaN表面，在激光产生的热作用下，完成P型GaN的掺杂激活，通过激光光束和GaN基片的相对移动，完成基片所有区域的掺杂激活。
2.一种用于P型GaN激活的激光退火装置，从碟片激光器或其它类型激光器出射的波长为515nm或532nm的激光经过匀化整形后成为特定形状的平顶光斑，而后入射到P型掺杂的GaN表面，在激光产生的热作用下，完成P型GaN的掺杂激活，通过激光光束和GaN基片的相对移动，完成基片所有区域的掺杂激活。
3.如权利要求1所示的激光退火方法，所述激光器包括碟片激光器、半导体激光器、光纤激光器以及其它固体激光器。
4.如权利要求1所述的激光退火方法，使用波长为515nm或532nm的绿光激光。
5.如权利要求1所述的激光退火方法，所述的整形方法包括：使用方形光纤或圆形光纤进行激光光束整形，使用衍射元件进行激光光束整形，使用微透镜阵列进行激光光束整形。
6.如权利要求1所述的激光退火方法，所述的照射到样品表面的激光光斑能量分布为平顶分布。所述的光斑形状为方形、线形、圆形、梯形以及其它形状。
7.如权利要求1所述的激光退火方法，所述的激光光束与样片的相对移动方式为以下两种：第一，样品位置保持不变，通过振镜实现激光光斑的移动；第二，激光光斑保持不变，通过电动位移平台实现样品的移动。
8.如权利要求1所述的激光退火方法，所述的P型GaN的掺杂元素为Mg、Zn、Li。
9.如权利要求2所述的激光退火设备，所述激光器包括碟片激光器、半导体激光器、光纤激光器以及其它固体激光器。
10.如权利要求2所述的激光退火设备，使用波长为515nm或532nm的绿光激光。
11.如权利要求2所述的激光退火设备，所述的光束整形方法包括：使用方形光纤或圆形光纤进行激光光束整形，使用衍射元件进行激光光束整形，使用微透镜阵列进行激光光束整形。
12.如权利要求2所述的激光退火设备，所述的照射到样品表面的激光光斑能量分布为平顶分布，所述的光斑形状为方形、线形、圆形、梯形以及其它形状。
13.如权利要求2所述的激光退火设备，所述的激光光束与样片的相对移动方式为以下两种：第一，样品位置保持不变，通过振镜实现激光光斑的移动；第二，激光光斑保持不变，通过电动位移平台实现样品的移动。
14.如权利要求2所述的激光退火设备，所述的激光退火设备配有垂直于样品放置方向的Z轴位移平台，此平台用来调节样品的Z轴位置。
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