CN103824796A - 用于led外延制程的石墨承载盘及其配套衬底 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于LED外延片制程的石墨承载盘及配套的衬底，承载盘包括承载盘本体，所述本体上均布有晶圆凹槽，所述本体的中心设置有轴孔，所述晶圆凹槽的边缘内侧设有架设台面，所述架设台面与晶圆凹槽的边缘顶部之间设置有距离，架设台面均布与晶圆凹槽的边缘上。所述衬底包括衬底本体及架设在架设台面上的翼。本发明的有益效果主要体现在：本承载盘克服了传统石墨承载盘的整体外延片良率不高及受热不均匀造成的外延片波长均匀分布不稳的缺点，生长的LED外延片整体良率高，波长均匀性好，很好的解决了LED外延片外延波长及标准差良率问题。

Description

用于LED外延制程的石墨承载盘及其配套衬底

技术领域

本发明涉及一种用于LED外延制程的石墨承载盘及其配套衬底。 

背景技术

LED是一种固态半导体二极管发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等照明领域。目前，LED外延晶圆很多通过金属有机物化学气相沉积(简称MOCVD)获取，其制程简述如下：将外延晶圆衬底(通用为蓝宝石衬底)放入石墨承载盘的凹槽上，连同石墨承载盘一起被传入MOCVD反应室内，衬底连同石墨承载盘被一起加热到高温1000℃左右，在反应室内通入有机金属化合物和五族气体，高温裂解后在晶圆衬底上重新聚合形成LED外延层。 

一般在LED发光二极管外延晶圆制程中，衬底和石墨承载盘的晶圆凹槽底部直接接触，衬底的受热方式为接触式传热，导致衬底的受热程度不均。如图1所示，申请号201210506371提出了一种用于LED外延片晶圆制程的石墨承载盘1，将接触式传热改为热辐射受热，解决了衬底3底部由于直接接触受热导致的报废，但是由于受台阶状边缘盘中台阶2的影响，结合图2所示，石墨承载盘及通用蓝宝石衬底在外延生长时，尤其在高温(1000℃)以上时，会产生较大翘曲。以高温1050℃为例，蓝宝石衬底的翘曲度可以达到

当前2寸蓝宝石衬底的半径为46.8mm，可计算出当前蓝宝石衬底的弯曲弧度约为0.54°，即蓝宝石衬底形变约为11.96mm；蓝宝石衬底在受热后有明显的翘曲变形且此形变为衬底整个面积上均匀发生；影响芯粒良率。 

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种用于LED外延 制程的石墨承载盘及其配套衬底。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现： 

用于LED外延片制程的石墨承载盘，包括承载盘本体，所述本体上均布有晶圆凹槽，所述本体的中心设置有轴孔，其特征在于：所述晶圆凹槽的边缘内侧设有架设台面，所述架设台面与晶圆凹槽的边缘顶部之间设置有距离，所述架设台面周期性的均布于晶圆凹槽的边缘上。 

优选地，所述晶圆凹槽的底部为平面、凹面或凸面。 

优选地，所述晶圆凹槽的深度为0.5mm～3mm，直径为50.8mm～153.6mm。 

优选地，所述架设台面的圆周弧长为10mm～50mm，宽度为2mm～10mm，架设台面至晶圆凹槽顶部的高度为0.1mm～0.5mm。 

一种与以上所述的石墨承载盘相配套的衬底，包括衬底本体，所述衬底本体的边缘向外延伸设置有用于架于晶圆凹槽的架设台面上的翼边。 

优选地，所述衬底本体直径D1、带翼边直径D2与架设台面内径D3的关系为：0≤D3-D1<0.5mm，0≤D2-D3<0.5mm，D1≤D3≤D2。 

优选地，所述衬底的翼边的圆周弧长为6mm～46mm，宽度为0.5mm～8mm，厚度为0.1mm～0.5mm。 

本发明的有益效果主要体现在：本承载盘克服了在传统石墨承载盘上生长外延片时由于翘曲是均匀发生在整个外延片上从而导致的外延片整体受热不均匀造成的外延片波长分布不稳及外延整体良率不高的缺点，通过石墨承载盘及其配套使用的外延衬底在结构上的设计改进，使原本均匀散布于外延片上的翘曲，变为大部分的翘曲的发 生集中局限在衬底翼突起部，得以使主要的外延生长区域原本较大的翘曲度大为降低，用本发明的石墨承载盘及配套的衬底所生长的LED外延片整体良率高，波长均匀性好，很好的解决了LED外延片外延波长及标准差良率问题。外延生长所用衬底尺寸越大，该发明体现出的效果越加明显。 

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明： 

图1：现有技术中的衬底与晶圆凹槽的结构示意图。 

图2：图1中受热后衬底翘曲后的结构示意图。 

图3：本发明中晶圆凹槽的主视图。 

图4：本发明晶圆凹槽及配套衬底的结构示意图。 

图5：图4受热后衬底翘曲后的结构示意图。 

具体实施方式

本发明揭示了参照图3～图5所示，一种LED外延晶圆制程的石墨承载盘，与现有技术一致，都包括承载盘本体，及本体上开设的用于置放衬底的晶圆凹槽、所述承载盘本体的中心设置有轴孔。 

与现有技术不同的是，所述晶圆凹槽在边缘内侧壁上向内挖出若干个卡槽台面，用于架设本发明中的特殊加工后的带有翼边的衬底，这些卡槽台面可被称为架设台面2，架设台面2与晶圆凹槽的顶部1形成高度差，所述架设台面2呈周期性分布。本发明中设计的特殊加工后的带有翼边4的衬底可以架设于台面上，并与晶圆凹槽的底部形成空隙。晶圆凹槽的底部可以为凹面型或者凸面型或者平面型，特别的，当晶圆凹槽底部为凸面型时，其上凸的最高处不应高于架设于凹槽上的所述衬底底部。 

结合图4至图5所示，本发明同时提出了一种和石墨盘相配套的 衬底3，所述衬底3是在原本体的边缘向外延伸设置有用于架于晶圆凹槽的架设台面上的翼边4。具体的，翼边4在本体的上边缘向外延伸，使得所述衬底的截面呈T形。 

晶圆凹槽的架设台面2圆周弧长为10mm～50mm，架设台面宽度为2mm～10mm，架设台面高度为0.1mm～0.5mm。配套的衬底的底部直径D1、带翼边处直径D2与台面内径D3的关系为：D2-D1≤D3，使得配套的衬底的顶部即带翼边处正好置于晶圆凹槽架设台面2上，配套的衬底3的底部正好置于晶圆凹槽内，即由各周期分布的边架设台面2支撑晶配套的衬底3。所述衬底的翼边4的圆周弧长为6mm～46mm，宽度为0.5mm～8mm，厚度为0.1mm～0.5mm。晶圆凹槽的架设台面所需个数视所需生长外延衬底的尺寸决定，衬底尺寸越大，所需边架设台面对数越多，所需对数为3对到12对不等。 

同时，由于衬底本体为所需的部分，衬底的翼边4待完成后进行相应的去除，即使发生翘曲对衬底本体的影响也较小。衬底的翼在制程中，置于架设台面2上，避免了气流流入衬底与石墨承载盘晶圆凹槽之间的空隙，不会对晶圆衬底底部形成严重的扰流，避免外延片翘曲严重。 

具体的，通过本发明的改进，由于衬底的翼边4架在架设台面2上，故绝大部分的翘曲形变会集中到蓝宝石衬底的翼受到加热而产生翘曲变形，其形变如图5所示，形变集中发生在边缘块状突出位置，即形变主要为蓝宝石衬底的翼发生，从而使大部分衬底生长区域大大减少发生翘曲的程度，故配套的蓝宝石衬底的翘曲度仅有

可以计算出当前蓝宝石衬底的弯曲弧度约为0.21°，即蓝宝石衬底边缘形变仅为4.98mm，极大的改善了衬底的翘曲情况。此改善在大尺寸衬底上尤为明显。 

本发明使外延晶圆衬底和石墨承载盘由底部直接接触或边缘直接接触变为非直接接触，使外延片受热方式由原有的接触式受热变为热辐射式受热，有效的减少了因石墨承载盘本身质量及表面状况等因素造成外延片受热不均匀，波长均匀性及整体良率差的状况发生，而且将原来石墨承载盘在衬底底部支撑衬底时导致其翘曲形变均匀分布在整个衬底表面上的状况，变为本发明中的石墨承载盘改为将与之配套设计的衬底在衬底顶部的突起处直接将衬底托起。 

根据弹性力学的原理，衬底在受热时产生的翘曲形变发生区域集中在衬底突起的翼边处，使大部分的衬底生长外延区域的翘曲形变大大低于原有传统的石墨盘及衬底的使用状况，适当的衬底翼边尺寸设计则既可以保证这些衬底边缘的翼边既能承受较高的翘曲形变，同时又不至于在此较高的翘曲形变下发生折断，达到了提升外延片整体良率及波长均匀性的目的。 

发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。 

Claims (7)

1.用于LED外延片制程的石墨承载盘，包括承载盘本体，所述本体上均布有晶圆凹槽，所述本体的中心设置有轴孔，其特征在于：所述晶圆凹槽的边缘内侧设有架设台面，所述架设台面与晶圆凹槽的边缘顶部之间设置有距离，所述架设台面周期性的均布于晶圆凹槽的边缘上。

2.如权利要求1所述的用于LED外延片制程的石墨承载盘，其特征在于：所述晶圆凹槽的底部为平面、凹面或凸面。

3.如权利要求2所述的用于LED外延片制程的石墨承载盘，其特征在于：所述晶圆凹槽的深度为0.5mm～3mm，直径为50.8mm～ 153.6mm。

4.如权利要求3所述的用于LED外延片制程的石墨承载盘，其特征在于：所述架设台面的圆周弧长为10mm～50mm，宽度为2mm～10mm，架设台面至晶圆凹槽顶部的高度为0.1mm～0.5mm。

5.一种与权利要求1所述的石墨承载盘相配套的衬底，其特征在于：包括衬底本体，所述衬底本体的边缘向外延伸设置有用于架于晶圆凹槽的架设台面上的翼边。

6.如权利要求5所述的石墨承载盘相配套的衬底，其特征在于：所述衬底本体直径D1、带翼边直径D2与架设台面内径D3的关系为：0≤D3－D1＜0.5mm，0≤D2－D3＜0.5mm， D1≤D3≤D2。

7.如权利要求5所述的石墨承载盘相配套的衬底，其特征在于：所述衬底的翼边的圆周弧长为6mm～46mm，宽度为0.5mm～8mm，厚度为0.1mm～0.5mm。

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