CN108987539A - 一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，属于半导体技术领域。石墨基座为圆柱体，石墨基座的一个圆形底面上设有多个凹槽，多个凹槽内以及圆形底面上均铺设有碳化硅层；凹槽与圆形底面平行的截面的边缘包括第一圆弧、第二圆弧、第一连接线和第二连接线，第一圆弧的圆心和第二圆弧的圆心均在第一圆弧和第二圆弧之间，第一圆弧的直径大于第二圆弧的直径，第二圆弧的圆心角大于180°，第一圆弧的第一端点和第二圆弧的第一端点通过第一连接线连接，第一圆弧的第二端点和第二圆弧的第二端点通过第二连接线连接；最靠近圆形底面的边缘的点属于第一圆弧，最靠近圆形底面的中心的点属于第二圆弧。本发明可改善外延片均匀性和边缘良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。LED具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率LED实现半导体固态照明，有望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史的革命。
制作LED时，先将至少一个衬底放置在石墨基座上进行外延生长，形成LED外延片；再在LED外延片上设置电极，并对衬底进行切割，得到若干相互独立的LED芯片；最后对LED芯片进行封装，完成LED的制作。其中，石墨基座是采用高纯石墨作基材、表面镀有碳化硅(SiC)涂层的圆盘，圆盘上设有多个凹槽，每个凹槽内可容纳一个衬底进行外延生长。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
石墨基板在衬底进行外延生长的过程中转动，此时凹槽内的衬底在离心力的作用下会贴到凹槽靠近石墨基座的边缘的侧壁上。由于衬底进行外延生长所需的热能是加热丝通过石墨基座传导到衬底，因此衬底贴到凹槽部分的温度会高于衬底其它部分的温度，造成外延生长不均匀，导致形成的LED外延片不均匀，边缘良率存在问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，能够解决现有技术外延生长不均匀，影响LED外延片的均匀性和边缘良率的问题。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，所述石墨基座为圆柱体，所述石墨基座的一个圆形底面上设有多个凹槽，所述多个凹槽内、以及所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面上均铺设有碳化硅层；每个所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘包括第一圆弧、第二圆弧、第一连接线和第二连接线，所述第一圆弧的圆心和所述第二圆弧的圆心均在所述第一圆弧和所述第二圆弧之间，所述第一圆弧的直径大于所述第二圆弧的直径，所述第二圆弧的圆心角大于180°，所述第一圆弧的第一端点和所述第二圆弧的第一端点通过所述第一连接线连接，所述第一圆弧的第二端点和所述第二圆弧的第二端点通过所述第二连接线连接；所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的边缘的点属于所述第一圆弧，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的中心的点属于所述第二圆弧。
可选地，所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的边缘的点为所述第一圆弧的中点。
优选地，所述第一圆弧的圆心角大于或等于60°。
可选地，所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的中心的点为所述第二圆弧的中点。
优选地，所述第二圆弧的圆心角小于或等于300°。
可选地，所述第一圆弧的直径比所述第二圆弧的直径大0.1mm～2mm。
可选地，所述第一连接线为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，所述第一连接线上的点与所述第一圆弧的圆心之间的距离从所述第一圆弧的半径逐渐减小至所述第二圆弧的半径。
可选地，所述第二连接线为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，所述第二连接线上的点与所述第一圆弧的圆心之间的距离从所述第一圆弧的半径逐渐减小至所述第二圆弧的半径。
可选地，每个所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的面积沿所述凹槽的延伸方向逐渐增大。
可选地，每个所述凹槽的深度为700μm～800μm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将凹槽的边缘从一个圆形改成由两个直径不同的圆弧和连接两个圆弧的两条连接线组成，两个圆弧的圆心均在两个圆弧之间，靠近石墨基座边缘的圆弧的直径大于靠近石墨基座中心的圆弧的直径，且直径较小的圆弧的圆心角大于180°，因此凹槽内的衬底会被限制在直径较小的圆弧所在的圆形中，无法移动到直径较大的圆弧上，凹槽内的衬底在石墨基板的转动过程中会在离心力的作用下卡在直径较小的圆弧的两个端点之间，并不会贴到凹槽靠近石墨基座边缘的侧壁上，从而改善衬底局部区域温度过高的问题，进而提高外延生长的均匀性，最终提升形成的发光二极管外延片的均匀性和边缘良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的图1的A-A向剖面图；
图3是本发明实施例提供的凹槽与石墨基座的圆形底面平行的截面的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，图1为本发明实施例提供的适用于发光二极管外延片生长的石墨基座的结构示意图，
图2为图1的A-A向剖面图，参见图1和图2，石墨基座10为圆柱体，石墨基座10的一个圆形底面11上设有多个凹槽12，多个凹槽12内、以及石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11上均铺设有碳化硅层13。
在具体实现时，圆柱体的表面包括两个圆形底面和一个侧面，两个圆形底面相互平行，侧面位于两个圆形底面之间，且侧面的边缘分别与两个圆形底面的边缘连接。各个凹槽从圆柱体的一个圆形底面向另一个圆形底面延伸，但没有将两个圆形底面连通。碳化硅层至少铺设在多个凹槽内、以及石墨基座设有多个凹槽的圆形底面上。
图3为本发明实施例提供的凹槽与石墨基座的圆形底面平行的截面的示意图，参见图3，在本发明实施例中，每个凹槽12与石墨基座10的圆形底面平行的截面的边缘包括第一圆弧121、第二圆弧122、第一连接线123和第二连接线124。第一圆弧121的圆心和第二圆弧122的圆心均在第一圆弧121和第二圆弧122之间，第一圆弧121的直径大于第二圆弧122的直径，第二圆弧122的圆心角大于180°，第一圆弧121的第一端点和第二圆弧122的第一端点通过第一连接线123连接，第一圆弧121的第二端点和第二圆弧122的第二端点通过第二连接线124连接。如图1所示，凹槽12的开口的边缘上最靠近石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的边缘的点属于第一圆弧121，凹槽12的开口的边缘上最靠近石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的中心的点属于第二圆弧122。
其中，圆弧为圆上任意两点间的部分。
本发明实施例通过将凹槽的边缘从一个圆形改成由两个直径不同的圆弧和连接两个圆弧的两条连接线组成，两个圆弧的圆心均在两个圆弧之间，靠近石墨基座边缘的圆弧的直径大于靠近石墨基座中心的圆弧的直径，且直径较小的圆弧的圆心角大于180°，因此凹槽内的衬底会被限制在直径较小的圆弧所在的圆形中，无法移动到直径较大的圆弧上，凹槽内的衬底在石墨基板的转动过程中会在离心力的作用下卡在直径较小的圆弧的两个端点之间，并不会贴到凹槽靠近石墨基座边缘的侧壁上，从而改善衬底局部区域温度过高的问题，进而提高外延生长的均匀性，最终提升形成的发光二极管外延片的均匀性和边缘良率。
具体地，第一圆弧121的圆心角小于180°。如果第一圆弧的圆心角大于或等于180°，则第二圆弧的圆心角小于或等于180°，无法将凹槽内的衬底限制在第二圆弧所在的圆形中，凹槽内的衬底在石墨基座转动的过程中，在离心力的作用下会贴到第一圆弧上，不能解决形成的LED外延片不均匀和边缘良率的问题。
可选地，第一圆弧121的圆心和第二圆弧122的圆心可以重合，可以方便凹槽的加工，减少裂片现象的发生。
可选地，凹槽12与石墨基座的圆形底面11平行的截面的边缘上，最靠近石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的边缘的点可以为第一圆弧121的中点。
通过将第一圆弧的中点设置在石墨基座设有多个凹槽的圆形底面的直径上，便于将第二圆弧的中点也设置在石墨基座设有多个凹槽的圆形底面的直径上，可以使凹槽内的衬底卡在第二圆弧的两个端点之间时，衬底与第一圆弧之间的距离达到最远，从而有效避免贴到凹槽靠近石墨基座边缘的侧壁上，衬底局部区域温度过高的改善效果达到最佳。
优选地，第一圆弧121的圆心角可以大于或等于60°。
如果第一圆弧的圆心角小于60°，则可能由于第一圆弧的圆心角太小而造成第二圆弧的圆心角太大，进而导致第二圆弧的两个端点之间的距离太小，凹槽内的衬底卡在第二圆弧的两个端点之间时与第二圆弧接触的面积较大，造成衬底局部温度较高，外延生长不均匀，形成的LED外延片还是存在不均匀和边缘良率较低的问题。
更优选地，第一圆弧121的圆心角为120°。
当第一圆弧的圆心角为120°时，凹槽内的衬底基本上是与第二圆弧的两个端点接触，衬底与凹槽之间的接触面积减至最小，从而有效避免衬底局部温度较高，改善LED外延片的均匀性和边缘良率。
可选地，凹槽12与石墨基座的圆形底面11平行的截面的边缘上，最靠近石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的中心的点可以为第二圆弧122的中点。
通过将第二圆弧的中点设置在石墨基座设有多个凹槽的圆形底面的直径上，可以使凹槽内的衬底卡在第二圆弧的两个端点之间时，衬底与第一圆弧之间的距离达到最远，从而有效避免贴到凹槽靠近石墨基座边缘的侧壁上，衬底局部区域温度过高的改善效果达到最佳。
优选地，第二圆弧122的圆心角可以小于或等于300°
如果第二圆弧的圆心角大于300°，则可能由于第二圆弧的圆心角太大而导致第二圆弧的两个端点之间的距离太小，凹槽内的衬底卡在第二圆弧的两个端点之间时与第二圆弧接触的面积较大，造成衬底局部温度较高，外延生长不均匀，形成的LED外延片还是存在不均匀和边缘良率较低的问题。
更优选地，第二圆弧122的圆心角为240°。
当第二圆弧的圆心角为240°时，凹槽内的衬底基本上是与第二圆弧的两个端点接触，衬底与凹槽之间的接触面积减至最小，从而有效避免衬底局部温度较高，改善LED外延片的均匀性和边缘良率。
可选地，第一圆弧121的直径可以比第二圆弧122的直径大0.1mm～2mm。
如果第一圆弧的直径与第二圆弧的直径之间的差值小于0.1mm，则可能由于第一圆弧的直径和第二圆弧的直径相差太少而无法避免凹槽内的衬底接触，造成LED外延片的均匀性和边缘良率存在问题；如果第一圆弧的直径和第二圆弧的直径之间的差值大于2mm，则可能由于第一圆弧的直径和第二圆弧的直径相差太多而造成不必要的加工，还会浪费石墨基座的有效使用面积。
具体地，第一圆弧121的直径可以为100mm～102.5mm，第二圆弧122的直径可以为100mm～101mm。
例如，第一圆弧121的直径为100.9mm，第二圆弧122的直径为100.75mm。
在本发明实施例的一种实现方式中，第一连接线123可以为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，第一连接线123上的点与第一圆弧121的圆心之间的距离从第一圆弧121的半径逐渐减小至第二圆弧122的半径，尽可能使第一圆弧和第二圆弧之间的连接最为自然，避免在外观上做出太大改动而造成不良影响。
其中，圆锥螺旋线为动点沿圆锥面上的一条直母线作等速移动，而该直母线又绕圆锥面的轴线作等角速的旋转运动时，动点在此圆锥面上的运动轨迹。而圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，为动点在一个平面内绕定点转动形成的运动轨迹，并且动点和定点之间的距离随着动点的转动而逐渐增大或减小。
具体地，第一连接线123与第一圆弧121连接的端点与第一圆弧121的圆心之间的距离等于第一圆弧121的半径，第一连接线123与第二圆弧122的圆心之间的距离等于第二圆弧122的半径。
在本发明实施例的另一种实现方式中，第一连接线123可以为线段，设计加工更为简单方便。
在本发明实施例的一种实现方式中，第二连接线124可以为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，第二连接线124上的点与第一圆弧121的圆心之间的距离从第一圆弧121的半径逐渐减小至第二圆弧122的半径，尽可能使第一圆弧和第二圆弧之间的连接最为自然，避免在外观上做出太大改动而造成不良影响。
相应地，第二连接线124与第一圆弧121连接的端点与第一圆弧121的圆心之间的距离等于第一圆弧121的半径，第二连接线124与第二圆弧122的圆心之间的距离等于第二圆弧122的半径。
在本发明实施例的另一种实现方式中，第二连接线124可以为线段，设计加工更为简单方便。
可选地，每个凹槽12与石墨基座10的圆形底面平行的截面的面积可以沿凹槽的延伸方向逐渐增大，可以有效避免衬底在石墨基座高速转动时由于离心力太大而飞出凹槽。
优选地，每个凹槽12的侧面与凹槽12的底面之间的夹角可以为75°～85°。
如果凹槽的侧面与凹槽的底面之间的夹角小于75°，则可能由于凹槽的侧面与凹槽的底面之间的夹角太小而增大凹槽开口的面积，从而减小石墨基座开设的凹槽数量，降低石墨基座的有效利用率；如果凹槽的侧面与凹槽的底面之间的夹角大于85°，则可能由于凹槽的侧面与凹槽的底面之间的夹角太大而造成凹槽的底面与凹槽的开口面积差不多，无法阻挡衬底在石墨基座高速转动时飞出凹槽。
更优选地，每个凹槽12的侧面与凹槽12的底面之间的夹角为80°。在能够有效阻挡衬底在石墨基座高速转动时飞出凹槽的情况下，尽可能减小凹槽的开口面积，增加石墨基座的有效利用率。
可选地，每个凹槽12的深度可以为700μm～800μm。
如果凹槽的深度小于700μm，则可能由于凹槽的深度太小而无法阻挡衬底在石墨基座高度转动时飞出凹槽；如果凹槽的深度大于800μm，则可能由于凹槽的深度太大而造成衬底的拿取不便、以及影响衬底的外延生长，还会造成材料的浪费。
更优选地，每个凹槽12的深度为760μm。既能有效阻挡衬底在石墨基座高速转动时飞出凹槽，也能方便衬底的拿取，保证衬底的外延生长，降低生产成本。
可选地，如图2所示，凹槽12的底面上可以设有凸台12a，以将衬底悬空设置在凹槽内。
具体地，凸台12a可以为环状结构，或者间隔排列成环形的多个凸块，以匹配衬底的形状。
可选地，如图1所示，多个凹槽12的开口的中心可以连成以石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的中心为圆心的至少一个圆环。
进一步地，凹槽12的开口可以为同心圆，此时凹槽12的开口的中心为同心圆的圆心。
例如，图1中4个凹槽12的开口的圆心连成以石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的中心为圆心的内圆环，10个凹槽12的开口的圆心连成以石墨基座设有多个凹槽的圆形底面11的中心为圆心的外圆环。需要说明的是，图1中仅以内圆环和外圆环两个圆环为例，在实际应用中还可以是一个圆环、三个圆环、四个圆环等。
在实际应用中，凹槽的开口大小可以根据衬底的尺寸进行设定，凹槽的数量可以综合凹槽的开口大小和石墨基座的大小进行选择。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，所述石墨基座为圆柱体，所述石墨基座的一个圆形底面上设有多个凹槽，所述多个凹槽内、以及所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面上均铺设有碳化硅层；其特征在于，每个所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘包括第一圆弧、第二圆弧、第一连接线和第二连接线，所述第一圆弧的圆心和所述第二圆弧的圆心均在所述第一圆弧和所述第二圆弧之间，所述第一圆弧的直径大于所述第二圆弧的直径，所述第二圆弧的圆心角大于180°，所述第一圆弧的第一端点和所述第二圆弧的第一端点通过所述第一连接线连接，所述第一圆弧的第二端点和所述第二圆弧的第二端点通过所述第二连接线连接；所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的边缘的点属于所述第一圆弧，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的中心的点属于所述第二圆弧。
2.根据权利要求1所述的石墨基座，其特征在于，所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的边缘的点为所述第一圆弧的中点。
3.根据权利要求2所述的石墨基座，其特征在于，所述第一圆弧的圆心角大于或等于60°。
4.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的边缘上，最靠近所述石墨基座设有所述多个凹槽的圆形底面的中心的点为所述第二圆弧的中点。
5.根据权利要求4所述的石墨基座，其特征在于，所述第二圆弧的圆心角小于或等于300°。
6.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述第一圆弧的直径比所述第二圆弧的直径大0.1mm～2mm。
7.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述第一连接线为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，所述第一连接线上的点与所述第一圆弧的圆心之间的距离从所述第一圆弧的半径逐渐减小至所述第二圆弧的半径。
8.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述第二连接线为圆锥螺旋线在圆锥底面上的投影，所述第二连接线上的点与所述第一圆弧的圆心之间的距离从所述第一圆弧的半径逐渐减小至所述第二圆弧的半径。
9.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，每个所述凹槽与所述石墨基座的圆形底面平行的截面的面积沿所述凹槽的延伸方向逐渐增大。
10.根据权利要求1～3任一项所述的石墨基座，其特征在于，每个所述凹槽的深度为700μm～800μm。
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