CN110079790A - 石墨基座 - Google Patents
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- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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Abstract
本发明公开了一种石墨基座，属于半导体技术领域。石墨基座为圆盘形结构，石墨基座的第一圆形端面设有多个用于容纳外延片的圆形槽和至少一个第一环形槽，石墨基座的第二圆形端面设有至少一个第二环形槽；第一圆形端面上的所有圆形槽的圆心位于至少两个同心圆上，至少两个同心圆的圆心、至少一个第一环形槽的圆心与第一圆形端面的圆心重合，至少一个第二环形槽的圆心与第二圆形端面的圆心重合，至少一个第二环形槽的总体积大于至少一个第一环形槽的总体积。本发明可以均匀释放石墨基座同一表面热膨胀产生的应力，同时弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异，有效避免石墨基座在应力作用下变成凹型，提高同一石墨基座形成的外延片的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种石墨基座。
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。
LED制作时，先在衬底上外延生长半导体晶体材料，形成LED外延片；再在LED外延片上设置电极，并对LED外延片进行切割，得到至少两个相互独立的LED芯片；最后对LED芯片进行封装，即可完成LED的制作。
目前外延生长都是采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal OrganicChemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备实现。MOCVD设备内设有石墨基座和加热装置，石墨基座是采用高纯石墨作基材的圆盘，石墨基座的上表面间隔设有多个口袋(英文：pocket)，一个口袋可以容纳一个衬底；石墨基座的下表面设置在加热装置上。外延生长时，加热设备提供的热量通过石墨基座传递到口袋内的衬底，同时向衬底的表面通入反应物气体，反应物气体在衬底上生成半导体晶体材料，形成LED外延片。
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：
石墨基座的下表面设置在加热装置上，石墨基座的下表面比石墨基座的上表面靠近加热装置；加上反应物气体是通向石墨基座上表面，反应物气体的流动会带走石墨基座上表面的热量，因此在外延生长的过程中，石墨基座下表面的温度会高于石墨基座上表面的温度。由于石墨基座受热会膨胀，并且热膨胀程度与温度正相关，因此石墨基座上表面和下表面之间的温度差，会造成石墨基座上表面的热膨胀程度大于石墨基座下表面的热膨胀程度，石墨基座整体呈凹型。
石墨基座整体呈凹型，石墨基座的边缘与加热装置之间的距离比石墨基座的中心远，石墨基座边缘的温度低于石墨基座中心的温度。由于LED外延片的晶体质量与生长温度正相关，因此石墨基座边缘和中心之间的温度差，会造成石墨基座边缘形成的LED外延片的晶体质量差于石墨基座中心形成的LED外延片的晶体质量，同一个石墨基座形成的LED外延片的均匀性差。
发明内容
本发明实施例提供了一种石墨基座，能够解决现有技术石墨基座上下表面热膨胀程度不同，导致石墨基座边缘和中心形成的LED外延片晶体质量不一致的问题。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种石墨基座，所述石墨基座为圆盘形结构，所述石墨基座的第一圆形端面设有多个用于容纳外延片的圆形槽和至少一个第一环形槽，所述石墨基座的第二圆形端面设有至少一个第二环形槽；所述第一圆形端面上的所有所述圆形槽的圆心位于至少两个同心圆上，所述至少两个同心圆的圆心、所述至少一个第一环形槽的圆心与所述第一圆形端面的圆心重合，所述至少一个第二环形槽的圆心与所述第二圆形端面的圆心重合，所述至少一个第二环形槽的总体积大于所述至少一个第一环形槽的总体积。
可选地，每个所述圆形槽在所述第二圆形端面上的投影与各个所述第二环形槽在所述第二圆形端面上的投影不重合。
进一步地，所述至少一个第二环形槽与所述至少一个第一环形槽一一对应，每个所述第一环形槽在所述第二圆形端面上的投影位于对应的所述第二环形槽在所述第二圆形端面上的投影内。
在本发明实施例一种可能的实现方式中，所述第二环形槽的宽度与所述第一环形槽的宽度相同。
可选地，所述第一环形槽的边缘与所述圆形槽的边缘之间的最小距离为3mm～10mm。
在本发明实施例另一种可能的实现方式中，所述第二环形槽的宽度小于对应的所述第一环形槽的宽度的3倍。
可选地，所述第二环形槽的宽度等于对应的所述第一环形槽相邻的两个所述同心圆上所述圆形槽的边缘之间的最小距离。
可选地，所述至少两个同心圆中，相邻两个所述同心圆之间均设有一个所述第一环形槽。
可选地，所述第二环形槽的宽度沿从所述第二圆形端面的圆心向所述第二圆形端面的边缘的方向逐渐减小。
可选地，所述第二环形槽的深度沿从所述第二圆形端面的圆心向所述第二圆形端面的边缘的方向逐渐减小。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
石墨基座在外延片生长过程中会受热膨胀，并产生从石墨基座的中心向石墨基座的边缘传递的应力，本发明实施例通过在圆盘形石墨基座的两个圆形端面(即第一圆形端面和第二圆形端面)上分别设置环形槽(第一环形槽和第二环形槽)，环形槽的圆心与圆形端面的圆心重合，使环形槽均匀设置在石墨基座热膨胀产生的应力传递的各个方向上，可以均匀释放石墨基座同一表面热膨胀产生的应力。同时石墨基座非设置外延片容纳槽的圆形端面(即第二圆形端面)的温度高于石墨基座设置外延片容纳槽的圆形端面(即第一圆形端面)的温度，石墨基座非设置外延片容纳槽的圆形端面热膨胀产生的应力大于石墨基座设置外延片容纳槽的圆形端面热膨胀产生的应力，本发明实施例利用环形槽对应力的释放作用大小与环形槽的体积正相关，通过与外延片容纳槽不同圆形端面的环形槽的总体积大于与外延片容纳槽同一圆形端面的环形槽的总体积，使得非外延片容纳槽所在圆形端面的应力释放作用大于外延片容纳槽所在圆形端面，恰好弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异，有效避免石墨基座在应力作用下变成凹型，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
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石墨基座的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种石墨基座的俯视图；
图3是本发明实施例提供的一种石墨基座的仰视图；
图4是本发明实施例提供的另一种石墨基座的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种石墨基座的结构示意图。
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石墨基座。图1为本发明实施例提供的一种石墨基座的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种石墨基座的俯视图，图3为本发明实施例提供的一种石墨基座的仰视图。参见图1～图3，该石墨基座100为圆盘形结构，圆盘形结构的表面包括相互平行的第一圆形端面110和第二圆形端面120、以及连接第一圆形端面110和第二圆形端面120的侧面130。
在本实施例中，石墨基座100的第一圆形端面110设有多个用于容纳外延片的圆形槽10和至少一个第一环形槽20，石墨基座100的第二圆形端面120设有至少一个第二环形槽30。第一圆形端面110上的所有圆形槽10的圆心位于至少两个同心圆A上，至少两个同心圆A的圆心、至少一个第一环形槽20的圆心与第一圆形端面110的圆心重合，至少一个第二环形槽30的圆心与第二圆形端面120的圆心重合，至少一个第二环形槽30的总体积大于至少一个第一环形槽20的总体积。
石墨基座在外延片生长过程中会受热膨胀，并产生从石墨基座的中心向石墨基座的边缘传递的应力，本发明实施例通过在圆盘形石墨基座的两个圆形端面(即第一圆形端面和第二圆形端面)上分别设置环形槽(第一环形槽和第二环形槽)，环形槽的圆心与圆形端面的圆心重合，使环形槽均匀设置在石墨基座热膨胀产生的应力传递的各个方向上，可以均匀释放石墨基座同一表面热膨胀产生的应力。同时石墨基座非设置外延片容纳槽的圆形端面(即第二圆形端面)的温度高于石墨基座设置外延片容纳槽的圆形端面(即第一圆形端面)的温度，石墨基座非设置外延片容纳槽的圆形端面热膨胀产生的应力大于石墨基座设置外延片容纳槽的圆形端面热膨胀产生的应力，本发明实施例利用环形槽对应力的释放作用大小与环形槽的体积正相关，通过与外延片容纳槽不同圆形端面的环形槽的总体积大于与外延片容纳槽同一圆形端面的环形槽的总体积，使得非外延片容纳槽所在圆形端面的应力释放作用大于外延片容纳槽所在圆形端面，恰好弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异，有效避免石墨基座在应力作用下变成凹型，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
可选地，如图3所示，每个圆形槽10在第二圆形端面120上的投影与各个第二环形槽30在第二圆形端面120上的投影不重合。第二环形槽避开圆形槽设置，圆形端面上圆形槽的对应区域没有开槽，与加热装置的接触情况相同，圆形槽内温度可以保持一致，外延片内的均匀性较高。
在实际应用中，圆形槽10在第二圆形端面120上的投影也可以与第二环形槽30在第二圆形端面120上的投影部分重合，如圆形槽10所在同心圆的半径等于第二环形槽30的内径和外径之和的一半，此时第二环形槽也可以释放第二圆形端面热膨胀产生的应力。
进一步地，至少一个第二环形槽30与至少一个第一环形槽20一一对应，每个第一环形槽20在第二圆形端面120上的投影位于对应的第二环形槽30在第二圆形端面120上的投影内。第二环形槽和第一环形槽对应设置，有利于均衡释放两个圆形端面热膨胀产生的应力，尽可能避免石墨基座在应力作用下变成凹型，最大程度提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
在实际应用中，也可以第一环形槽20在第二圆形端面120上的投影与第二环形槽30在第二圆形端面120上的投影交替，如同一个同心圆上的所有圆形槽10在第二圆形端面120上的投影位于第二环形槽30在第二圆形端面120上的投影内，或者，第二环形槽30在第一圆形端面110上的投影相邻的两个同心圆与第一环形槽20相邻的两个同心圆不同，此时第一环形槽也可以释放第一圆形端面热膨胀产生的应力，第二环形槽也可以释放第二圆形端面热膨胀产生的应力。
在本实施例中，第一环形槽和第二环形槽的总体积主要由槽数、半径、宽度、深度这四个参数值决定。其中，半径为环形槽的内径和外径之和的一半，宽度为外径与内径之差，深度为垂直于圆形端面上的长度。为了方便设计，通常会尽量保证参数值相同。
在本实施例的一种实现方式中，如图1所示，在第二环形槽30的数量与第一环形槽20的数量相同的情况下，如果第二环形槽30的深度h2与第一环形槽20的深度h1相同，则可以通过第二环形槽30的宽度w2大于第一环形槽20的宽度w1实现第二环形槽30的总体积大于第一环形槽20的总体积。宽度方向与应力的传递方向一致，通过采用不同宽度的环形槽，可以有效改变环形槽释放应力的大小，弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
在上述实现方式中，如图1所示，第二环形槽30的宽度w2可以小于对应的第一环形槽20的宽度w1的3倍。通过匹配第一环形槽和第二环形槽的宽度大小，一方面可以利用环形槽宽度的不同改变环形槽释放应力的大小，弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异；另一方面避免环形槽过大而影响到圆形槽内外延片的生长。
在实际应用中，第二环形槽30的宽度w2也可以大于对应的第一环形槽20的宽度w1的3倍，此时环形槽也可以释放环形槽热膨胀产生的应力，改善石墨基座在应力作用下呈凹型的状况，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
进一步地，如图1～图3所示，第二环形槽30的宽度w2可以等于对应的第一环形槽20相邻的两个同心圆A上圆形槽10的边缘之间的最小距离。在不影响圆形槽内外延片生长的情况下，最大程度释放环形槽热膨胀产生的应力，有效避免石墨基座在应力作用下变成凹型，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
示例性地，第一环形槽20的宽度w1可以为0.2mm～3mm，第二环形槽30的宽度w2可以为0.5mm～5mm；第一环形槽20的深度h1可以为1mm～10mm，第二环形槽30的深度h2可以为1mm～10mm。
图4为本发明实施例提供的另一种石墨基座的结构示意图。参见图4，在本实施例的另一种实现方式中，在第二环形槽30的数量与第一环形槽20的数量相同的情况下，如果第二环形槽30的宽度w2与第一环形槽20的宽度w1相同，则可以通过第二环形槽30的深度h2大于第一环形槽20的深度h1实现第二环形槽30的总体积大于第一环形槽20的总体积。第一环形槽和第二环形槽的宽度相同，可以有效避免第二环形槽影响圆形槽内外延片的生长。
在上述实现方式中，如图4所示，第二环形槽30的深度h2可以小于第一环形槽20的深度h1的3倍。通过匹配第一环形槽和第二环形槽的深度大小，一方面可以利用环形槽深度的不同改变环形槽释放应力的大小，弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异；另一方面避免环形槽过深影响石墨基座的强度稳定性。
进一步地，第一环形槽20的边缘与圆形槽10的边缘之间的最小距离d可以为3mm～10mm。通过限定第一环形槽和圆形槽之间的距离，避免第一环形槽影响圆形槽内外延片的生长，同时避免影响石墨基座的强度稳定性。
示例性地，第一环形槽20的宽度w1可以为0.5mm～5mm，第二环形槽30的宽度w2可以为0.5mm～5mm；第一环形槽20的深度h1可以为0.3mm～3mm，第二环形槽30的深度h2可以为1mm～10mm。
图5为本发明实施例提供的又一种石墨基座的结构示意图。参见图5，在本实施例的又一种实现方式中，如果第二环形槽30的宽度与第一环形槽20的宽度相同，且第二环形槽30的深度与第一环形槽20的深度相同，则可以通过第二环形槽30的数量大于第一环形槽20的数量实现第二环形槽30的总体积大于第一环形槽20的总体积。
在上述实现方式中，第二环形槽30的数量可以小于第一环形槽20的数量的3倍。通过匹配第一环形槽和第二环形槽的数量，一方面可以利用环形槽数量的不同改变环形槽释放应力的大小，弥补石墨基座两个圆形端面热膨胀产生的应力差异；另一方面避免环形槽过多影响石墨基座的强度稳定性。
可选地，至少两个同心圆A中，相邻两个同心圆A之间均设有一个第一环形槽20。通过在所有同心圆之间均设置一个第一环形槽，第一圆形端面的应力释放效果较好。
相应地，如果第二环形槽30与第一环形槽20一一对应，则各个第二环形槽30在第一圆形端面110上的投影位于不同的两个相邻同心圆A之间，即至少两个同心圆A中，相邻两个同心圆A之间有且只有一个第二环形槽30在第一圆形端面110上的投影。
反应物气体是沿石墨基座设置外延片容纳槽的表面向石墨基座的边缘流动，反应物气体流动的过程中会带走石墨基座的热量，使得石墨基座边缘的温度会低于石墨基座中心的温度，进而导致石墨基座边缘热膨胀产生的应力小于石墨基座中心热膨胀产生的应力。本发明实施例在下述三种实现方式中通过限定环形槽的宽度和深度中的至少一个沿石墨基座中心向石墨基座边缘的方向逐渐减小，使环形槽的体积沿石墨基座中心向石墨基座边缘的方向逐渐减小，利用环形槽对应力的释放作用大小与环形槽的体积正相关，使得石墨基座边缘的应力释放作用小于石墨基座中心的应力释放作用，恰好弥补石墨基座边缘和中心热膨胀产生的应力差异，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
在本实施例的一种实现方式中，各个第二环形槽30的宽度可以沿从第二圆形端面120的圆心向第二圆形端面120的边缘的方向逐渐减小，各个第二环形槽30的深度相同。
在实际应用中，各个第二环形槽30的宽度也可以相同，此时设计上更为方便，同时也可以起到释放石墨基座热膨胀产生应力的作用。
进一步地，相邻两个第二环形槽30的宽度可以相差2倍～3倍。既能避免变化较小而无法有效弥补石墨基座边缘和中心热膨胀产生的应力差异，又能避免变化较大导致环形槽的宽度较小而无法有效释放应力，或者环形槽的宽度较大而影响到圆形槽内外延片的生长。
相应地，如果第一环形槽20与第二环形槽30一一对应，则各个第一环形槽20的宽度也可以沿从第一圆形端面110的圆心向第一圆形端面110的边缘的方向逐渐减小，各个第一环形槽20的深度相同，进一步弥补石墨基座边缘和中心热膨胀产生的应力差异，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
在本实施例的另一种实现方式中，各个第二环形槽30的深度可以沿从第二圆形端面120的圆心向第二圆形端面120的边缘的方向逐渐减小，各个第二环形槽30的宽度相同。
在实际应用中，各个第二环形槽30的深度也可以相同，此时设计上更为方便，同时也可以起到释放石墨基座热膨胀产生应力的作用。
进一步地，相邻两个第二环形槽30的深度可以相差2倍～3倍。既能避免变化较小而无法有效弥补石墨基座边缘和中心热膨胀产生的应力差异，又能避免变化较大导致环形槽的深度较小而无法有效释放应力，或者环形槽的深度较大而影响到石墨基座的强度稳定性。
相应地，如果第一环形槽20与第二环形槽30一一对应，则各个第一环形槽20的深度也可以沿从第一圆形端面110的圆心向第一圆形端面110的边缘的方向逐渐减小，各个第一环形槽20的宽度相同，进一步弥补石墨基座边缘和中心热膨胀产生的应力差异，保证石墨基座边缘和中心的温度一致，提高同一个石墨基座形成的外延片的均匀性。
在本实施例的又一种实现方式中，各个第二环形槽30的宽度和深度均可以沿从第二圆形端面120的圆心向第二圆形端面120的边缘的方向逐渐减小，此时效果达到最大化。
相应地，如果第一环形槽20与第二环形槽30一一对应，则各个第一环形槽20的宽度和深度均可以沿从第一圆形端面110的圆心向第一圆形端面110的边缘的方向逐渐减小，此时效果达到最大化。
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)
1.一种石墨基座，其特征在于，所述石墨基座(100)为圆盘形结构，所述石墨基座(100)的第一圆形端面(110)设有多个用于容纳外延片的圆形槽(10)和至少一个第一环形槽(20)，所述石墨基座(100)的第二圆形端面(120)设有至少一个第二环形槽(30)；所述第一圆形端面(110)上的所有所述圆形槽(10)的圆心位于至少两个同心圆(A)上，所述至少两个同心圆(A)的圆心、所述至少一个第一环形槽(20)的圆心与所述第一圆形端面(110)的圆心重合，所述至少一个第二环形槽(30)的圆心与所述第二圆形端面(120)的圆心重合，所述至少一个第二环形槽(30)的总体积大于所述至少一个第一环形槽(20)的总体积。
2.根据权利要求1所述的石墨基座，其特征在于，每个所述圆形槽(10)在所述第二圆形端面(120)上的投影与各个所述第二环形槽(30)在所述第二圆形端面(120)上的投影不重合。
3.根据权利要求2所述的石墨基座，其特征在于，所述至少一个第二环形槽(30)与所述至少一个第一环形槽(20)一一对应，每个所述第一环形槽(20)在所述第二圆形端面(120)上的投影位于对应的所述第二环形槽(30)在所述第二圆形端面(120)上的投影内。
4.根据权利要求3所述的石墨基座，其特征在于，所述第二环形槽(30)的宽度与所述第一环形槽(20)的宽度相同。
5.根据权利要求4所述的石墨基座，其特征在于，所述第一环形槽(20)的边缘与所述圆形槽(10)的边缘之间的最小距离为3mm～10mm。
6.根据权利要求3所述的石墨基座，其特征在于，所述第二环形槽(30)的宽度小于对应的所述第一环形槽(20)的宽度的3倍。
7.根据权利要求6所述的石墨基座，其特征在于，所述第二环形槽(30)的宽度等于对应的所述第一环形槽(20)相邻的两个所述同心圆(A)上所述圆形槽(10)的边缘之间的最小距离。
8.根据权利要求1～7任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述至少两个同心圆(A)中，相邻两个所述同心圆(A)之间均设有一个所述第一环形槽(20)。
9.根据权利要求1～7任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述第二环形槽(30)的宽度沿从所述第二圆形端面(120)的圆心向所述第二圆形端面(120)的边缘的方向逐渐减小。
10.根据权利要求1～7任一项所述的石墨基座，其特征在于，所述第二环形槽(30)的深度沿从所述第二圆形端面(120)的圆心向所述第二圆形端面(120)的边缘的方向逐渐减小。
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