[发明专利]利用中性粒子束的发光元件制造方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光元件的制造方法及制造装置，尤其涉及一种利用中性粒子束而降低了薄膜蒸镀温度的氮化物半导体单晶的形成装置及方法。

背景技术

通常，氮化物半导体单晶薄膜被广泛应用于LED（Light Emitting Diode）或激光二极管的制作，而为了使氮化物半导体单晶形成于基板上，需要将基板保持在高温。

即，现有技术中形成薄膜需要1000℃以上的结晶生长高温，而这种高温处理使制作的单晶体的应用领域非常受限。

现有技术中用于形成氮化物半导体单晶的代表性技术有MOCVD（Metal Organic CVD：有机金属化学蒸镀）法、MBE（Molecular Beam Epitaxy：分子束外延）法等，而为了通过这种方法来获得氮化物半导体薄膜，需将基板维持在加热到1050～1100℃左右温度的状态。由此，可能带来形成氮化物半导体薄膜的基板（例如蓝宝石基板）的热膨胀所导致的基板自身扭转等劣化问题，进而可能由于形成于基板上的氮化物半导体薄膜和基板的晶格常数（lattice constant）的差异以及热膨胀系数的差异而导致薄膜损坏的问题。

而且，作为发光元件的制作例，可在蓝宝石基板上形成n型GaN层、InGaN活性层、以及p型GaN层，而为了形成n型GaN层和p形GaN层，在单晶GaN层上掺入Mg、Si等杂质。在这种情况下，如果基板的加热温度为1000℃以上的高温，则掺入的杂质原子在高温下的扩散被激活，从而导致为了形成p型GaN膜而掺入的Mg原子扩散到作为LED发光元件的活性层的多量子阱层（multi-quantum well）而损坏发光元件的发光特性，而这种现象在n型GaN膜中也同样可能发生。由此，最终只能导致发光元件的发光特性劣化。

关于如上所述的现有技术，韩国授权专利公报第10-0251035号提供了一种利用等离子CVD而在基板上制作非晶态（amorphus）薄膜或多晶薄膜之后使用中性粒子束实现所述薄膜的单晶化的方法。

然而，采用上述公报中公开的方法时，为了获得所需单晶薄膜，需要用等离子CVD法预先制作非晶态（armophus）或多晶态薄膜，而为了以预定角度照射中性粒子束而实现薄膜的单晶化，需提供多种结构的反射器，因此制作工序中需要大量的努力和复杂的装备，故增加半导体发光元件的生产成本，从而使LED的普及率和市场占有率下降。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在制作半导体发光元件时，用具有适当能量的中性粒子束代替施加于基板的较高处理温度，从而在维持远低于以往处理温度的低处理温度的同时生成高品质的氮化物半导体单晶薄膜的利用中性粒子束的发光元件制造方法及制造装置。

而且，本发明的另一目的在于通过简单的装备和精力制作高品质的氮化物半导体单晶薄膜，以提高半导体发光元件的价格竞争力。

并且，本发明的又一目的在于提供一种在制作发光元件时，考虑构成发光元件的每一层所要求的工艺特点而提供最为高效的制造工艺和装置。

技术方案

本发明可提供一种氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，包括如下步骤：由采用借助于电子回旋共振（ECR:Electron Cyclotron Resonance）的等离子产生方式并具有中和反射板的中性粒子束产生源释放包含氮（N）原子和惰性元素的中性粒子束；在所述中性粒子束到达所述基板的前后时刻释放IIIA族固体元素，所述中性粒子束和所述IIIA族固体元素在所述基板上被蒸镀为氮化物半导体单晶薄膜。

并且，本发明可提供一种氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，包括所述释放IIIA族固体元素的步骤的同时，还包括不用前驱体喷射气体而直接释放所要掺入的固体元素而提供给正通过所述氮化物半导体单晶薄膜的形成方法形成的氮化物半导体单晶薄膜的步骤。

而且，本发明可提供一种氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，在释放包含氮（N）原子和惰性元素的中性粒子束的同时释放IIIA族固体元素，并同时向形成的氮化物半导体单晶薄膜释放所要掺入的固体元素。

并且，本发明可提供一种氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，所述惰性元素为Ar、He、Ne、Kr、Xe中的一种或者其中的两种以上元素的组合。

而且，本发明提供的所述氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，将所述基板的温度维持在200～800℃。

并且，本发明提供的所述氮化物半导体单晶薄膜形成方法，其特征在于，将所述基板的温度维持在600～700℃。