用於P型GaN激活的雷射退火裝置及雷射退火方法
2023-07-05 15:17:21 1
用於P型GaN激活的雷射退火裝置及雷射退火方法
【專利摘要】本發明涉及用於P型GaN激活的雷射退火方法及雷射退火裝置。在本發明中，從碟片雷射器或其它類型雷射器出射的綠光波段的雷射(515nm或532nm波長)經過光束整形裝置後(光纖整形或光學整形系統整形)入射到P型摻雜的GaN表面，在雷射產生的熱作用下，完成P型GaN的摻雜激活，得到有效的P型摻雜，從而有效提高LED發光效率和亮度。
【專利說明】用於P型GaN激活的雷射退火裝置及雷射退火方法
[0001]【技術領域】:本發明涉及一種在GaN基發光二極體(LED)領域使用的雷射退火方法及雷射退火裝置。
[0002]【背景技術】:GaN基LED發光器件有可能取代現有的白熾燈、螢光燈從而成為下一代主要的照明光源。為了得到更高的發光效率、更低的發光能耗，器件必須具有較低的導通電壓和較低的串聯電阻，而以上兩個參數與材料的摻雜以及激活效率、歐姆接觸等密切相關，其中尤以P型GaN的激活效率最為重要，P型GaN較低的激活效率也是目前阻礙GaN發展的技術瓶頸之一。
[0003]在GaN LED中，N型GaN的摻雜使用Si實現，其激活相對容易，激活濃度可以達到1E20 / CM3量級。P型GaN —般使用Mg作為摻雜物，Mg的摻雜濃度可以很高，但由於Mg的激活能很高導致實際應用中Mg的激活效率很低，通常只有百分之幾。這意味著P GaN中的載流子濃度只有1E17 / CM3量級，遠遠低於N區的載流子濃度。因此，P型GaN過低的載流子濃度是目前限制LED亮度提高最重要的因素之一。
[0004]
【發明內容】
:本發明的主要內容是一種可應用於GaN LED器件中P型GaN激活的雷射退火方法及雷射退火裝置。
[0005]雷射器負責出射波長為515nm或者532nm的綠色雷射。出射後的雷射光束經過光束整形後得到實際所需要的平頂光斑形狀，可以為圓形、方形、線性或其它形狀。所謂平頂是指在光束覆蓋範圍內雷射的能量一致。該平頂光斑照射到樣品表面後，樣品吸收雷射的能量進而產生熱量從而使得樣品表面溫度升高，達到將雜質激活的目的。為了實現對整個樣品表面的激活處理，需要使該平頂光斑和樣片之間產生相對移動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1，第一種實施方式。其中101-碟片雷射器或其它雷射器，102-整形系統，103-45度高反鏡，104-待處理樣片，105-多空陶瓷吸片臺，106-XYZ三軸電動位移平臺
[0007]圖2，第二種實施方式。其中201-碟片雷射器或其它雷射器，202-整形系統，203-振鏡，204-待處理樣片，205-多空陶瓷吸片臺，
[0008]圖3，第三種實施方式。其中301-碟片雷射器或其它雷射器，302-擴束準直系統，303-45度高反鏡，304-光束整形，305-聚焦鏡，306-待處理樣片，307-多孔陶瓷吸片臺，308-XYZ三軸電動位移平臺
【具體實施方式】
[0009]實施例1
[0010]用於實現GaN LED中P型GaN激活的雷射退火裝置以及退火方法，包括:
[0011]第一，類型為碟片雷射器或其它類型的雷射器出射波長為515nm或532nm的綠光(101)。
[0012]第二，雷射器出射的綠光經過光束整形裝置後(102)變為平頂光斑，光斑形狀為圓形、方形、線性、梯形或其它形狀。[0013]第三，整形後的平頂光斑經過與水平方向成45度夾角安裝的高反鏡(103)後，變為垂直方向傳輸。
[0014]第四，待處理的樣片(104)吸附於多孔陶瓷吸盤(105)上，多孔陶瓷吸盤(105)由一連接件連接到XYZ三軸電動位移平臺上(106)。
[0015]第五，經過整形後的平頂光斑入射到GaN表面，雷射被GaN吸收後產生熱量使得樣品表面溫度升高從而達到將雜誌激活的效果。
[0016]第六，保持雷射光斑不變，控制電動位移平臺的移動使得雷射光斑能夠以掃描的方法掃描樣品表面，從而實現樣品表面全部激活。
[0017]第七，所使用的雷射器脈衝寬度為20nS-500nS，功率為50W-300W。
[0018]實施例2
[0019]用於實現GaN LED中P型GaN激活的雷射退火裝置以及退火方法，包括:
[0020]第一，類型為碟片雷射器或其它類型的雷射器出射波長為515nm或532nm的綠光(301)。
[0021]第二，雷射器出射的綠光經過光束擴束準直系統後(302)變為準直光同時光束直徑符合整形系統(304)對入射光直徑的要求。
[0022]第三，垂直入射的光束經過整形系統(304)後，為平頂光斑，光斑形狀為圓形、方形、線性或其它形狀。
[0023]第四，通過聚焦鏡(305)對整形後的平頂光斑進行聚焦，進一步縮小其尺寸。
[0024]第五，待處理的樣片(306)吸附於多孔陶瓷吸盤(307)上。多孔陶瓷吸盤通過一連接件連接到XYZ三軸電動位移平臺上(308)。
[0025]第六，經過整形後的平頂光斑入射到GaN表面，雷射被GaN吸收後產生熱量使得樣品表面溫度升高從而達到將雜質激活的效果。
[0026]第七，樣品位置不動，控制電動振鏡使得雷射光斑能夠以掃描的方法掃描樣品表面，從而實現樣品表面全部激活。
[0027]第八，所使用的雷射器脈衝寬度為20nS_500nS，功率為50W-300W。
[0028]實施例3
[0029]第八，類型為碟片雷射器或其它類型的雷射器出射波長為515nm或532nm的綠光(101)。
[0030]第九，雷射器出射的綠光經過光束整形裝置後(102)變為平頂光斑，光斑形狀為圓形、方形、線性或其它形狀
[0031]第十，整形後的平頂光斑經過與水平方向成45度夾角安裝的高反鏡(103)後，變為垂直方向傳輸。
[0032]第十一，待處理的樣片(104)吸附於多孔陶瓷吸盤(105)上，多孔陶瓷吸盤(105)由一連接件連接到XYZ三軸電動位移平臺上(106)。
[0033]第十二，經過整形後的平頂光斑入射到GaN表面，雷射被GaN吸收後產生熱量使得樣品表面溫度升高從而達到將雜質激活的效果
[0034]第十三，保持雷射光斑不變，控制電動位移平臺的移動使得雷射光斑能夠以掃描的方法掃描樣品表面，從而實現樣品表面全部激活。
[0035]第十四，所使用的雷射器脈衝寬度為20nS-500nS，功率為50W-300W。
【權利要求】
1.一種用於P型GaN激活的雷射退火方法，從碟片雷射器或其它類型雷射器出射的波長為515nm或532nm的雷射經過勻化整形後成為特定形狀的平頂光斑，而後入射到P型摻雜的GaN表面，在雷射產生的熱作用下，完成P型GaN的摻雜激活，通過雷射光束和GaN基片的相對移動，完成基片所有區域的慘雜激活。
2.一種用於P型GaN激活的雷射退火裝置，從碟片雷射器或其它類型雷射器出射的波長為515nm或532nm的雷射經過勻化整形後成為特定形狀的平頂光斑，而後入射到P型摻雜的GaN表面，在雷射產生的熱作用下，完成P型GaN的摻雜激活，通過雷射光束和GaN基片的相對移動，完成基片所有區域的慘雜激活。
3.如權利要求1所示的雷射退火方法，所述雷射器包括碟片雷射器、半導體雷射器、光纖雷射器以及其它固體雷射器。
4.如權利要求1所述的雷射退火方法，使用波長為515nm或532nm的綠光雷射。
5.如權利要求1所述的雷射退火方法，所述的整形方法包括:使用方形光纖或圓形光纖進行雷射光束整形，使用衍射元件進行雷射光束整形，使用微透鏡陣列進行雷射光束整形。
6.如權利要求1所述的雷射退火方法，所述的照射到樣品表面的雷射光斑能量分布為平頂分布。所述的光斑形狀為方形、線形、圓形、梯形以及其它形狀。
7.如權利要求1所述的雷射退火方法，所述的雷射光束與樣片的相對移動方式為以下兩種:第一，樣品位置保持不變，通過振鏡實現雷射光斑的移動；第二，雷射光斑保持不變，通過電動位移平臺實現樣品的移動。
8.如權利要求1所述的雷射退火方法，所述的P型GaN的摻雜元素為Mg、Zn、Li。
9.如權利要求2所述的雷射退火設備，所述雷射器包括碟片雷射器、半導體雷射器、光纖雷射器以及其它固體雷射器。
10.如權利要求2所述的雷射退火設備，使用波長為515nm或532nm的綠光雷射。
11.如權利要求2所述的雷射退火設備，所述的光束整形方法包括:使用方形光纖或圓形光纖進行雷射光束整形，使用衍射元件進行雷射光束整形，使用微透鏡陣列進行雷射光束整形。
12.如權利要求2所述的雷射退火設備，所述的照射到樣品表面的雷射光斑能量分布為平頂分布，所述的光斑形狀為方形、線形、圓形、梯形以及其它形狀。
13.如權利要求2所述的雷射退火設備,所述的雷射光束與樣片的相對移動方式為以下兩種:第一，樣品位置保持不變，通過振鏡實現雷射光斑的移動；第二，雷射光斑保持不變，通過電動位移平臺實現樣品的移動。
14.如權利要求2所述的雷射退火設備，所述的雷射退火設備配有垂直於樣品放置方向的Z軸位移平臺，此平臺用來調節樣品的Z軸位置。
【文檔編號】B23K26/073GK103586580SQ201310566161
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】不公告發明人 申請人:王曉峰