用于制造GaN基底的装置及其制造方法 本申请要求享有2001年12月20日提交的第P2001-81877号韩国申请的优先权，将该申请的内容引入本文作为参考。
【技术领域】
本发明涉及一种用于制造发光元件基底的装置、以及相应的制造方法，更具体来讲，本发明涉及一种用于制造GaN(氮化镓)基底的装置及其制造方法。
背景技术
随着近来对高效短波发光元件的需求不断增加，蓝-紫色的短波发光元件变为了研究的重点。具体来讲，发出蓝光的二极管具有很长的发光寿命，并适合于很广泛的应用领域，这些领域例如多媒体、信息通讯等。这种发出蓝光的二极管能产生波长约为450纳米的短波，由此能提高信息处理系统的处理速率，并能极大地增大光学储存装置的光学纪录密度。
一般来讲，发射蓝光的二极管需要用GaN基化合物来进行制造，并以蓝宝石作为基底。但是，当在蓝宝石衬底上制出GaN层时，由于GaN与蓝宝石衬底的晶格常数和热膨胀系数不同，所以会产生高密度的晶阵缺陷。因而，发射蓝光的二极管需要很高的阈值电压。
为了克服这样的问题，人们尝试用GaN基底作为发光元件的基底，其中的GaN基底是用单晶GaN生长而成的。通过在至少为1000℃地高温环境下、在一透明的蓝宝石衬底上生长出GaN厚层，并通过一种起件工艺利用激光束来熔化GaN层与蓝宝石衬底之间的界面，使GaN基底与蓝宝石衬底相分离，这样就能制造出这种GaN基底。
但是，按照现有技术，GaN基底制造方法中的激光起件过程是在室温下进行的，该过程是在以至少1000℃的高温生长出GaN层后执行的，从而由于温度的急剧下降，GaN基底上会出现裂纹，或GaN基底会出现弯曲。
另外，按照现有技术，用于制造GaN基底的装置被分成了两个腔室，其中一个腔室用于生长GaN层，另一个腔室用于执行激光起件工艺，因而当上面生长有GaN层的蓝宝石衬底在两腔室之间转移时，蓝宝石衬底就有可能断裂。此外，两腔室之间的温差将会使GaN基底开裂或弯曲。
【发明内容】
因此，本发明致力于提供一种用于制造GaN基底的装置及其制造方法，该装置和方法基本上能消除由现有技术的局限性和不足之处带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供这样一种用于制造GaN基底的装置及其制造方法：通过在一腔室内，使GaN层在一衬底上生长，并在此后使GaN层与衬底在该腔室中相分离，而防止了由于温度下降而使GaN基底产生微裂纹或发生弯曲。
本发明其它的优点、目的以及特征将部分地在下文的描述中进行阐述，本领域技术人员在阅读了下文的描述之后将部分地了解这些优点、目的和特征，或者也可以从对本发明的实践中获得。通过在说明书、权利要求书以及附图中所具体指明的结构，可实现和获得本发明的目的及其它优点。
为了实现这些目的和其它的优点，按照本发明的目的，如本文所实施并广泛地进行描述的那样，根据本发明的一种用于制造GaN基底的装置包括：腔室，在该腔室中装载有衬底；加热装置，用于对腔室进行加热；Ga载器(boat)，安装在腔室内，用于接纳可产生Ga分子的材料；喷射管，用于向腔室中注入可产生氮气分子的气体，氮气分子产生气体与Ga分子产生材料发生化学反应，而在衬底上形成GaN层；以及透明的窗孔，设置在腔室的外周上，用于向衬底照射激光束。
优选的是，所述装置还包括保持器，吸附到要被转移的衬底上。
优选的是，所述装置还包括：辅助腔室，位于所述腔室的横向侧，用于临时保存衬底；闸门阀，能关闭/开启所述腔室与辅助腔室之间的通道；以及波纹管(bellows)，位于辅助腔室的横向侧，用于保持辅助腔室内的真空状态。
在本发明的另一方面，一种用于制造GaN基底的装置包括：腔室，在该腔室中装载有衬底；加热装置，用于对腔室进行加热；Ga载器，安装在腔室内，用于接纳可产生Ga分子的材料；喷射管，用于将可产生氮气分子的气体喷射到Ga载器上；透明的窗孔，位于腔室的底部，用于向腔室中的衬底照射激光束；辅助腔室，位于所述腔室的横向侧，用于临时保存衬底；闸门阀，能关闭/开启所述腔室与辅助腔室之间的通道；以及波纹管，位于辅助腔室的横向侧，用于保持辅助腔室内的真空状态。
在本发明的另一方面，一种用于制造GaN基底的装置包括：腔室，在该腔室中装载有衬底；加热装置，用于对腔室进行加热；Ga载器，安装在腔室内，用于接纳可产生Ga分子的材料；喷射管，用于将可产生氮气分子的气体喷射到Ga载器上；透明的窗孔，位于腔室的上部，用于向腔室中的衬底照射激光束；辅助腔室，位于所述腔室的横向侧，用于临时保存衬底；闸门阀，能关闭/开启所述腔室与辅助腔室之间的通道；波纹管，位于辅助腔室的横向侧，用于保持辅助腔室内的真空状态；以及保持器，可水平、垂直地移动衬底，并能将衬底翻转。
在本发明的另一方面，一种用于制造GaN基底的方法包括步骤：将内部带有可产生Ga分子的材料的衬底布置到腔室内的预定区域上；加热腔室；通过向腔室中注入可产生氮气分子的气体，在衬底上形成GaN层；以及通过从位于腔室的底部的透明窗孔向衬底照射激光束，来使GaN层与衬底相分离。
在本发明的另一方面，一种用于制造GaN基底的方法包括步骤：将内部带有可产生Ga分子的材料的衬底布置到腔室内的预定区域上；加热腔室；通过向腔室中注入可产生氮气分子的气体，来在衬底上形成GaN层；对衬底进行设置，使得衬底的底部面朝向位于腔室上部的透明窗孔；以及通过从透明窗孔向衬底照射激光束，来使GaN层与衬底相分离。
可以理解，无论是上文的概述、还是下文对本发明的详细描述，都是示例性和解释性的，目的在于进一步解释权利要求所限定的本发明。
【附图说明】
附图便于对本发明的进一步理解，这些附图被结合到该申请中，并构成了本申请的一个组成部分，所列举的本发明实施例与文字描述一道用来解释本发明的原理。在附图中：
图1表示了根据本发明第一实施例的、用于制造GaN基底的装置的横剖面结构；
图2表示了根据本发明第二实施例的、用于制造GaN基底的装置的横剖面结构；
图3表示了根据本发明第三实施例的、用于制造GaN基底的装置的横剖面结构；
图4A到图4D中的截面图表示了制造GaN基底的过程，该制造过程采用了根据本发明第三实施例的制造装置；以及
图5表示了根据本发明第四实施例的、用于制造GaN基底的装置的横剖面结构。
【具体实施方式】
下面将详细地参照本发明的优选实施例进行描述，附图中表示出了本发明的几种示例形式。在可能的条件下，在所有附图中，将用相同的数字标号来指代相同或相似的部件。
第一实施例
图1表示了根据本发明第一实施例的、用于制造GaN基底的装置。
根据本发明第一实施例的、用于制造GaN基底的装置的特征在于：通过在同一腔室中执行激光起件工艺，来将衬底与GaN层相分离，而无须转移其上已生长有GaN层的衬底。
参见图1，根据本发明第一实施例的、用于制造GaN基底的装置包括：腔室11，用于在该腔室中装载衬底100；加热装置12，安装在腔室11的外侧，用于将腔室11加热到至少为1000℃的高温；Ga载器14，安装在腔室11中，用于容纳GaN粉末、Ga粉末或由GaN和Ga组成的混合粉末13，用于通过加热来使Ga分子升华；喷射管15，向腔室11中喷入N2、NH3等气体，从而通过使氮气分子与从Ga载器14上升华出的Ga分子发生化学反应而在衬底100上生长出GaN层200；排气管16，用于将腔室11中的气体排出到外界；以及透明的窗孔17，位于腔室11的下部，用于向其上生长出GaN层200的衬底100照射激光束。
根据本发明第一实施例的、具有上述结构的用于制造GaN基底的装置包括位于腔室11底部的透明窗孔17，腔室11中装载有衬底100，由此可用激光束来照射衬底100，而无需在生长出GaN层200之后将衬底100转移到另一腔室中。因而，根据本发明第一实施例的GaN基底制造装置能在与GaN层200生长条件相同的环境中使GaN层200与衬底100分离。
下面将对利用根据本发明第一实施例的装置来制造GaN基底的方法进行描述。
首先，将衬底100布置在腔室11中的透明窗孔17上，并对腔室11进行加热，使其内部温度达到至少1000℃。在此情况下，衬底100是一蓝宝石衬底，并且用于对腔室11进行加热的装置12包括加热炉或射频加热线圈。
随后，通过喷射管15将N2或NH3气体注入到加热后的腔室11中。由于喷射管15位于Ga载器14的上方，从Ga载器14升华出的Ga分子将与N2或NH3气体相遇。在此情况下，N2或NH3气体在高温条件下与从Ga载器14升华出的Ga分子相结合，从而在衬底100上生长出GaN层200。
之后，在GaN层200的生长过程完成后，通过透明窗孔17向衬底100照射波长为200～300nm的激光束。激光束将衬底100与GaN层200之间的界面熔化开，从而使GaN层200与衬底100相互分离。
第二实施例
图2表示了根据本发明第二实施例的、用于制造GaN基底的装置的截面图。
根据本发明第二实施例的、用于制造GaN基底的装置的特征在于：在衬底上生长出GaN层，衬底的底面被设置成面朝向透明窗孔，通过在同一腔室中执行激光起件工艺，可将衬底和GaN层相互分离开。
参见图2，根据本发明第二实施例的、用于制造GaN基底的装置包括：腔室21，用于在该腔室中装载衬底100；加热装置22，安装在腔室21的外侧，用于将腔室21加热到至少为1000℃的高温；Ga载器24，安装在腔室21中，用于容纳GaN粉末、Ga粉末或由GaN和Ga组成的混合粉末23，用于通过加热来使Ga分子升华；喷射管25，向腔室21中喷入N2、NH3等气体，从而通过使氮气分子与从Ga载器24上升华出的Ga分子发生化学反应而在衬底100上生长出GaN层200；排气管26，用于将腔室21中的气体排出到外界；透明的窗孔27，位于腔室21的上部，用于向其上生长出GaN层200的衬底100照射激光束；以及保持器28，利用真空抽吸作用吸附GaN层200的顶面，从而保持衬底100，并使衬底100的底面朝向透明窗孔27。在此情况中，保持器28包括多个抽吸管(图中未示出)，这些抽吸管利用真空抽吸作用连接着衬底，保持器28还具有与抽吸管相连接的抽吸泵(图中未示出)。
根据本发明第二实施例的、且具有上述构造的用于制造GaN基底的装置包括设置在腔室21上部的透明窗孔27，且腔室21中装有衬底100，因而，在GaN层200被制出之后，无须将衬底100转移到另一腔室，利用保持器28就能将衬底100设置到透明窗孔27下方，将激光束照射到衬底100上。因而，根据本发明第二实施例的GaN基底制造装置能在与GaN层200生长条件相同的环境中将GaN层200与基底100分离开。
下面将对利用根据本发明第二实施例的装置来制造GaN基底的方法进行描述。
首先，将衬底100布置在腔室21中，并对腔室21进行加热，使其内部温度达到至少1000℃。在此情况下，衬底100是蓝宝石衬底，且用于对腔室21进行加热的加热装置22包括加热炉或射频加热线圈。
随后，通过喷射管25将N2或NH3气体注入到加热后的腔室21中。在此情况下，N2或NH3气体在高温条件下与从Ga载器24升华出的Ga分子相结合，从而在衬底100上生长出GaN层200。
在GaN层200的生长过程完成之后，将保持器28插入到腔室21中，并使GaN200的顶面通过真空抽吸作用而附着到保持器28上，然后将保持器28转动180℃，使得衬底100的底面朝向透明窗孔27。
而后，通过透明窗孔27向衬底100照射波长为200～300nm的激光束。激光束将衬底100与GaN层200之间的界面熔化开，从而使GaN层200与衬底100相互分离。
第三实施例
图3表示了根据本发明第三实施例的、用于制造GaN基底的装置的横剖面结构。
参见图3，根据本发明第三实施例的GaN基底制造装置包括：腔室31，用于在该腔室中装载衬底100；加热装置32，安装在腔室31的外侧，用于将腔室31加热到至少为1000℃的高温；Ga载器34，安装在腔室31中，用于容纳GaN粉末、Ga粉末或由GaN和Ga组成的混合粉末33，从而通过加热来使Ga分子升华；喷射管35，向腔室31中喷入N2、NH3等气体，从而通过使氮气分子与从Ga载器34上升华出的Ga分子发生化学反应而在衬底100上生长出GaN层200；排气管36，用于将腔室31中的气体排出到外界；透明的窗孔37，位于腔室31的上部，用于向其上生长出GaN层200的衬底100照射激光束；辅助腔室41，用于在衬底100被送入到腔室31之前，保存衬底100；闸门阀39，该阀能开启/关闭腔室31与辅助腔室41之间的通道；以及保持器38，利用真空抽吸作用吸附GaN层200的顶面，从而保持衬底100，使衬底100的底面朝向透明窗孔37。
而且，辅助腔室41包括波纹管40，安装在辅助腔室41的横向侧，并具有折皱管，用于保持辅助腔室41中的真空状态，辅助腔室还包括一门(图中未示出)，用于将衬底100插入到辅助腔室41中。
另外，保持器38是经过波纹管40插入到辅助腔室41和腔室31中的。保持器38将衬底100从辅助腔室41水平地移动到腔室31中，或将衬底100从腔室31移动到辅助腔室41中。保持器38除了能垂直地举起衬底100之外，还能翻转衬底100。而且，保持器38包括多个抽吸管(图中未示出)，这些抽吸管利用真空抽吸作用吸附衬底，保持器还包括与抽吸管相连接的抽吸泵(图中未示出)。
下面将对利用根据本发明第三实施例的装置来制造GaN基底的方法进行描述。
图4A到图4D中的横剖面视图表示了利用根据本发明第三实施例的装置来制造GaN衬底的过程。
参见图4A，保持器38通过波纹管40的折皱管插入到腔室41中，且通过安装在辅助腔室41上的门将衬底100放置到保持器38上。在此情况下，保持器38通过真空抽吸作用吸附衬底100。
参见图4B，位于腔室31与辅助腔室41之间的闸门阀39被打开，将其上放置着衬底100的保持器38从辅助腔室41水平地移动到腔室31中。在将衬底100放置到腔室31的底部上之后，将保持器38移到辅助腔室41中。
并且，利用加热装置32对腔室31进行加热，使其内部温度达到至少1000℃。在此情况下，用于对腔室31进行加热的加热装置32包括加热炉或射频加热线圈。
一旦腔室31中的温度增加后，腔室31中Ga载器34上的Ga分子就被加热升华。
随后，通过喷射管35将N2或NH3气体注入到加热后的腔室31中。由加热产生的氮气分子会与从Ga载器34升华出的Ga分子相结合。结合后的Ga分子与氮气分子会在衬底100上生长出GaN层200。
参见图4C，在GaN层200的生长过程完成之后，闸门阀39开启。然后将保持器38插入到腔室31中，从而利用真空抽吸作用吸附GaN层200的顶面。
参见图4D，将保持器28翻转180℃，使得衬底100的底面朝向透明窗孔37。
之后，通过透明窗孔37向衬底100照射波长为200～300nm的激光束。激光束将衬底100与GaN层200之间的界面熔化开，从而使GaN层200与衬底100相互分离。
第四实施例
图5表示了根据本发明第四实施例的GaN基底制造装置的横截面结构，除了透明窗孔57是安装在腔室51的下部之外，该制造装置的组成部件与本发明的第三实施例完全相同。
参见图5，根据本发明第四实施例的、用于制造GaN基底的装置包括：腔室51，用于在该腔室中装载衬底100；加热装置52，安装在腔室51的外侧，用于将腔室51加热到至少为1000℃的高温；Ga载器54，安装在腔室51中，用于容纳GaN粉末、Ga粉末或由GaN和Ga组成的混合粉末53，从而通过加热来使Ga分子升华；喷射管55，向腔室51中喷入N2、NH3等气体，从而通过使氮气分子与从Ga载器54上升华出的Ga分子发生化学反应而在衬底100上生长出GaN层200；排气管56，用于将腔室51中的气体排出到外界；透明的窗孔57，位于腔室51的下部，用于向其上生长出GaN层200的衬底100照射激光束；辅助腔室61，位于腔室51的横向侧；以及闸门阀59，该阀能开启/关闭腔室51与辅助腔室61之间的通道。
辅助腔室61包括波纹管60，该波纹管安装在辅助腔室61的横向侧，并具有折皱管，用于保持辅助腔室61中的真空状态，辅助腔室还包括一门(图中未示出)，用于将衬底100插入到辅助腔室61中。
与此同时，利用根据本发明第四实施例的装置来制造GaN基底的方法与利用根据本发明第一实施例的装置的制造方法等同。
因而，本发明通过在同一腔室内，在使GaN层在一衬底上生长之后，使GaN层与该衬底相分离，而能防止由于温度下降而使GaN基底产生微裂纹或发生弯曲。
因而，本发明能制造出高质量的GaN基底。
对于本领域技术人员来说，很显然可对本发明做出多种形式的改动和变型。因而，只要这些变型和改动是在所附的权利要求书或其等效表达的范围内，本发明就应涵盖这些变型和改动。