CN113278953A - 石墨基板 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种石墨基板，属于半导体技术领域。所述石墨基板为圆盘，其特征在于，所述石墨基板的外周壁上具有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽与所述石墨基板同轴，且所述多个环形凹槽沿所述石墨基板的轴向间隔布置在所述石墨基板的上表面和下表面之间，相邻两个所述环形凹槽之间形成一个格栅，每个所述格栅均为圆环结构。在本公开提供的石墨基板上生长外延片，可以使得外延片各个区域的发光波长一致，从而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。

Description

石墨基板
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种石墨基板。
背景技术
半导体发光二极管(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。
外延片是LED制作过程中的初级成品。形成外延片时，将衬底放置在金属有机化合物化学气相沉淀(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备的反应腔内的托盘上，MOCVD设备中的加热丝提供的热能通过托盘传导到衬底，同时向反应腔内通入原材料，在衬底上外延生长半导体材料形成外延片。现在的托盘大部分是采用石墨基板。石墨基板上设有多个凹槽，一个凹槽中可以容纳一个衬底。
在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
衬底放置在凹槽中时，石墨基板在外延片形成过程中高速旋转，凹槽内的衬底在离心力的作用下会向石墨基板的边缘偏移。且距离石墨基板的中心越远，凹槽内的衬底受到的离心力越大，衬底向石墨基板的边缘的偏移量越大，则衬底侧面与石墨基板的接触面越大。而加热丝提供的热能是通过石墨基板传导到衬底的，因此，衬底侧面与石墨基板的接触面积越大，生长温度越高，衬底上形成的外延片的翘曲越明显。所以，同一石墨基板上同时形成的外延片的翘曲会存在差异，极大影响了各个外延片的波长均匀性。
发明内容
本公开实施例提供了一种石墨基板，可以使得外延片各个区域的发光波长一致，从而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种石墨基板，所述石墨基板为圆盘，其特征在于，所述石墨基板的外周壁上具有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽与所述石墨基板同轴，且所述多个环形凹槽沿所述石墨基板的轴向间隔布置在所述石墨基板的上表面和下表面之间，相邻两个所述环形凹槽之间形成一个格栅，每个所述格栅均为圆环结构。
可选地，每个所述环形凹槽的槽宽均为0.5mm～5mm。
可选地，从所述石墨基板的上表面至所述石墨基板的下表面方向，每个所述环形凹槽的槽宽逐渐增大。
可选地，每个所述格栅的厚度均为0.5mm～2mm。
可选地，从所述石墨基板的上表面至所述石墨基板的下表面方向，每个所述格栅的厚度逐渐增大。
可选地，每个所述格栅的外径与内径的差值均为50mm～150mm。
可选地，从所述石墨基板的上表面至所述石墨基板的下表面方向，每个所述格栅的外径与内径的差值逐渐增大。
可选地，所述石墨基板包括沿所述石墨基板的轴向间隔布置的n个格栅，3≤n≤10。
可选地，n个所述格栅至所述石墨基板的上表面的最小距离大于20mm。
可选地，n个所述格栅至所述石墨基板的下表面的最小距离大于10mm。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在石墨基板的边缘设置多个环形凹槽，相当于减薄了石墨基板的边缘厚度。此时，石墨基板的边缘的温度辐射来源由现有的石墨基板直接导热变为两部分：一、通过减薄后的石墨基板导热；二、通过多个环形凹槽内的空气导热。而空气的导热效果明显低于石墨基板，因此，采用本公开提供的石墨基板可以有效降低石墨基板的边缘处的温度，从而可以缓解石墨基板的边缘处由于离心力大，生长温度较高，而导致的翘曲明显的问题，进而可以保证在石墨基板上同时生长的各个外延片的波长均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种石墨基板的俯视图；
图2是本公开实施例提供的一种MO源气体的流向简图；
图3是本公开实施例提供的一种格栅的部分结构示意图；
图4是在现有的石墨基板上生长的外延片发光波长的示意图；
图5是本公开实施例提供的石墨基板上生长的外延片发光波长的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种石墨基板的俯视图，如图1所示，石墨基板100为圆盘，石墨基板100的外周壁上具有多个环形凹槽110a，多个环形凹槽110a与石墨基板100同轴，且多个环形凹槽110a沿石墨基板100的轴向间隔布置在石墨基板100的上表面100a和下表面100b之间，相邻两个环形凹槽110a之间形成一个格栅110，每个格栅110均为圆环结构。
本公开实施例通过在石墨基板的边缘设置多个环形凹槽，相当于减薄了石墨基板的边缘厚度。此时，石墨基板的边缘的温度辐射来源由现有的石墨基板直接导热变为两部分：一、通过减薄后的石墨基板导热；二、通过多个环形凹槽内的空气导热。而空气的导热效果明显低于石墨基板，因此，采用本公开提供的石墨基板可以有效降低石墨基板的边缘处的温度，从而可以缓解石墨基板的边缘处由于离心力大，生长温度较高，而导致的翘曲明显的问题，进而可以保证在石墨基板上同时生长的各个外延片的波长均匀性。
同时，由于石墨基板在外延片形成过程中高速旋转，高转速下的石墨基板表面存在气体流动，从而会影响外延片生长过程中反应腔内通入的Mo源的气体分布。且距离石墨基板的中心越远，MO源的分布会出现不均匀。尤其是石墨基板的边缘位置所受离心力最大，线速度最大，会加剧MO源气流的流速，导致石墨基板的边缘波长的异常偏短或偏长的现象。
因此，本公开实施例通过在石墨基板的外周壁设置多个环形凹槽，当石墨基板在外延片形成过程中高速旋转时，部分沿石墨基板切线方向注入的气体到达反应腔底部后会被反弹至各个格栅上，各个格栅可以起到缓冲气体的作用，从而降低石墨基板边缘的MO源气流的流速，进而可以改善石墨基板边缘生长的外延片波长偏短或偏长的问题，提高外延片波长的一致性，保证边缘良率。
图2是本公开实施例提供的一种MO源气体的流向简图，如图2所示，MO源气体从反应腔顶部的腔盖注入，部分沿石墨基板切线方向注入的气体到达反应腔底部后会被反弹到石墨基板上方，从而会影响石墨基板上方的衬底上的气流分布，进而会影响到衬底上的外延片的外延生长。而在石墨基板的边缘形成多个格栅后，部分沿石墨基板切线方向注入的气体到达反应腔底部后会被反弹至各个格栅上，各个格栅可以起到缓冲气体的作用，从而可以降低石墨基板边缘的MO源气流的流速。
可选地，每个环形凹槽110a的槽宽均为0.5mm～5mm。
其中，环形凹槽110a的槽宽为环形凹槽在石墨基板100的轴向方向上的长度。
若每个环形凹槽110a的槽宽过大，则相邻两个格栅110之间的间隔过大，会导致散热过大，从而会导致石墨基板100的边缘处的温度较低，无法达到外延片所需的生长温度。若每个环形凹槽110a的槽宽过小，则相邻两个格栅110之间的间隔过小，会导致散热过小，则起不到降低石墨基板100边缘处的温度的效果，严重时，还会导致外延片由于生长温度过高而产生裂片。
在本公开实施例的一种实现方式中，每个环形凹槽110a的槽宽均相同。例如，均为3mm，以便于石墨基板100的实际生产制造。
可选地，在本公开实施例的另一种实现方式中，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，每个环形凹槽110a的槽宽逐渐增大。
由于加热丝提供的热能是从石墨基板100的下表面100b至上表面100a传递的，越靠近石墨基板100的下表面100b，温度越高。因此，在该实现方式中，将靠近石墨基板100的下表面100b处的环形凹槽110a的槽宽设置的较大，可以保证其散热效果。而越靠近石墨基板100的上表面100a，环形凹槽110a的槽宽越小，可以保证最终传递至衬底的生长温度不会过低，能够满足外延片的生长需求。
示例性地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，多个环形凹槽110a的槽宽由0.5mm逐渐增大至5mm。
可选地，多个环形凹槽110a的槽宽的增大幅值为0.5～1mm。
可选地，每个格栅110的厚度均为0.5mm～2mm。
其中，各个格栅110的厚度为在各个格栅110在石墨基板100的轴向方向上的长度。
若每个格栅110的厚度过薄，则无法保证石墨基板100的导热效果。若每个格栅110的厚度过厚，又无法起到较好的降低石墨基板100的边缘温度的作用。
在本公开实施例的一种实现方式中，每个格栅110的厚度均相同，例如均为1.5mm，以便于石墨基板100的实际生产制造。
在本公开实施例的另一种实现方式中，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，每个格栅110的厚度逐渐增大。由于加热丝提供的热能是以热辐射形式通过空气和石墨基板传导，但实际还是主要以石墨基板导热为主，因此，将靠近加热丝位置的格栅(即靠近下表面的格栅)的厚度设置的更厚，可以保证对热量的传导效果。而将靠近上表面的格栅的厚度设置的更薄，以保证石墨基板上部分的温度的稳定。
示例性地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，多个格栅110的厚度由0.5mm逐渐增大至2mm。
可选地，多个格栅110的厚度的增大幅值为0.5～1mm。
可选地，每个格栅110的外径与内径的差值均为50mm～150mm。
在本公开实施例的一种实现方式中，每个格栅110的外径与内径的差值均相等，例如，均为100mm。
在本公开实施例的另一种实现方式中，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，每个格栅110的外径与内径的差值逐渐增大，即从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，格栅在石墨基板的径向方向上的深度逐渐增大。
格栅的深度会影响Mo源气体的导流效果。因此，将底部格栅110的径向深度设置的较大，便于在石墨基板100的底部形成一定的压力差，从而有利于进一步改善石墨基板边缘的气流分布。
示例性地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，多个格栅110的外径与内径的差值由50mm逐渐增大到150mm。
可选地，多个格栅110的外径与内径的差值的增大幅值为20～50mm。
可选地，石墨基板100包括从上表面100a至下表面100b依次设置的n个格栅，3≤n≤10。
若n的个数过少，格栅的个数过少，则无法保证石墨基板100的导热效果。若n的个数过多，格栅的个数过多，又无法起到较好的降低石墨基板100的边缘温度的作用。
可选地，n个格栅110距离石墨基板100的上表面100a的最小距离为d1，d1＜20mm。
示例性地，d1＝25mm。
可选地，n个格栅110距离石墨基板100的下表面100b的最小距离d2，d2＜10mm。
示例性地，d2＝15mm。
如图1所示，在本公开实施例中，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板的下表面100b方向，石墨基板100的外径逐渐减小。即石墨基板的外周壁为斜面，这样便于对从反应腔底部反弹后的气体进行导流。
图3是本公开实施例提供的一种格栅的部分结构示意图，如图3所示，在本公开实施例中，每个格栅110的远离石墨基板100的中心线的一端均设有坡口111。通过设置坡口111，有利于对MO源气流进行导流。
可选地，石墨基板100是以高纯石墨作基材，上表面100a上渡有碳化硅涂层的石墨基板。石墨基板100的上表面100a上具有多个用于容纳衬底的凹槽，其中凹槽的各个面上也涂覆有碳化硅涂层。
为了更好的理解本公开，以下简单说明下，本公开提供的一种石墨基板的制造方法：
从石墨基板的侧面，沿石墨基板100的上表面100a至下表面100b方向，在石墨基板100的侧面挖多个环形凹槽110a。多个环形凹槽110a同心间隔设置，以使得相邻两个环形凹槽110a之间形成一个格栅110。最终在沿石墨基板100的上表面100a至下表面100b方向上，形成多个格栅110。且每个格栅110均为圆环结构。多个格栅110之间间隔设置，相邻两个格栅110之间的间隔即为所挖环形凹槽在石墨基板100的轴向方向上的长度。
图1所示的石墨基板的另一种具体实现包括：石墨基板100的外周壁上具有三个环形凹槽110a，三个环形凹槽110a与石墨基板100同轴。且三个环形凹槽110a沿石墨基板100的轴向间隔布置在石墨基板100的上表面100a和下表面100b之间。相邻两个环形凹槽110a之间形成一个格栅110，每个格栅110均为圆环结构。即石墨基板100上包括从上表面100a至下表面100b依次设置的四个格栅110。
从石墨基板100的上表面100a至下表面100b方向，四个格栅110分别为第一格栅、第二格栅、第三格栅和第四格栅。
其中，第一格栅与第二格栅之间的环形凹槽的槽宽为2.5mm，第二格栅与第三格栅之间的环形凹槽的槽宽为2mm。第三格栅与第四格栅之间的环形凹槽的槽宽为1.8mm。
第一格栅的厚度为0.5mm，第二格栅的厚度为0.8mm，第三格栅的厚度为1.1mm，第四格栅的厚度为1.4mm。
可选地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，四个格栅110的外径与内径的差值分别为50mm、80mm、110mm、140mm。
可选地，第一格栅距离石墨基板100的上表面100a的最小距离d1＝20mm。第四格栅距离石墨基板100的下表面100b的最小距离d2＝10mm。
图4是在现有的石墨基板上生长的外延片发光波长的示意图，参见图4，同一个外延片靠近石墨基板100的中心的区域和远离石墨基板100的中心的区域在发光波长上是不同的(即图4中同一外延片中靠近石墨基板和远离石墨基板的区域的灰度差异较大)，特别是远离石墨基板100的中心的十个外延片在发光波长上的差异比较明显(即图4中位于最外圈的十个外延片之间的灰度差异较大)。
图5是本公开实施例提供的石墨基板上生长的外延片发光波长的示意图，参见图5，相比于图4，同一个外延片靠近石墨基板100的中心的区域和远离石墨基板100的中心的区域在发光波长上的差异很小(即图5中同一外延片中靠近石墨基板和远离石墨基板的区域的灰度差异较小)，特别是远离石墨基板100的中心的十个外延片在发光波长上的差异明显减小(即图5中位于最外圈的十个外延片之间的灰度差异较小)。
本公开实施例通过在石墨基板的边缘设置多个环形凹槽，相当于减薄了石墨基板的边缘厚度。此时，石墨基板的边缘的温度辐射来源由现有的石墨基板直接导热变为两部分：一、通过减薄后的石墨基板导热；二、通过多个环形凹槽内的空气导热。而空气的导热效果明显低于石墨基板，因此，采用本公开提供的石墨基板可以有效降低石墨基板的边缘处的温度，从而可以缓解石墨基板的边缘处由于离心力大，生长温度较高，而导致的翘曲明显的问题，进而可以保证在石墨基板上同时生长的各个外延片的波长均匀性。
图1所示的石墨基板的又一种具体实现包括：石墨基板100的外周壁上具有三个环形凹槽110a，三个环形凹槽100a与石墨基板100同轴。且三个环形凹槽110a沿石墨基板100的轴向间隔布置在石墨基板100的上表面100a和下表面100b之间。相邻两个环形凹槽110a之间形成一个格栅110，每个格栅110均为圆环结构。即石墨基板100上包括从上表面100a至下表面100b依次设置的四个格栅110。
从石墨基板100的上表面100a至下表面100b方向，四个格栅110分别为第一格栅、第二格栅、第三格栅和第四格栅。
其中，第一格栅与第二格栅之间的环形凹槽的槽宽、第二格栅与第三格栅之间的环形凹槽的槽宽、以及第三格栅与第四格栅之间的环形凹槽的槽宽均相等，均为1mm。
第一格栅、第二格栅、第三格栅和第四格栅的厚度均相等，厚度均为1.2mm。
可选地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面(100b)方向，四个格栅110的外径与内径的差值均相等，均为120mm。
可选地，第一格栅距离石墨基板100的上表面100a的最小距离d1＝20mm。第四格栅距离石墨基板100的下表面100b的最小距离d2＝10mm。
本公开实施例通过在石墨基板的边缘设置多个环形凹槽，相当于减薄了石墨基板的边缘厚度。此时，石墨基板的边缘的温度辐射来源由现有的石墨基板直接导热变为两部分：一、通过减薄后的石墨基板导热；二、通过多个环形凹槽内的空气导热。而空气的导热效果明显低于石墨基板，因此，采用本公开提供的石墨基板可以有效降低石墨基板的边缘处的温度，从而可以缓解石墨基板的边缘处由于离心力大，生长温度较高，而导致的翘曲明显的问题，进而可以保证在石墨基板上同时生长的各个外延片的波长均匀性。
图1所示的石墨基板的另一种具体实现包括：石墨基板100的外周壁上具有四个环形凹槽110a，四个环形凹槽100a与石墨基板100同轴。且四个环形凹槽110a沿石墨基板100的轴向间隔布置在石墨基板100的上表面100a和下表面100b之间。相邻两个环形凹槽110a之间形成一个格栅110，每个格栅110均为圆环结构。即石墨基板100上包括从上表面100a至下表面100b依次设置的五个格栅110。
从石墨基板100的上表面100a至下表面100b方向，四个格栅110分别为第一格栅、第二格栅、第三格栅、第四格栅和第五格栅。
其中，第一格栅与第二格栅之间的环形凹槽的槽宽为2.0mm，第二格栅与第三格栅之间的环形凹槽的槽宽为1.3mm。第三格栅与第四格栅之间的环形凹槽的槽宽为1.1mm。第四格栅和第五格栅之间的环形凹槽的槽宽为1.0mm。
第一格栅的厚度为0.5mm，第二格栅的厚度为0.7mm，第三格栅的厚度为0.9mm，第四格栅的厚度为1.1mm，第五格栅的厚度为1.3mm。
可选地，从石墨基板100的上表面100a至石墨基板100的下表面100b方向，五个格栅110的外径与内径的差值分别为50mm、60mm、80mm、110mm、150mm。
可选地，第一格栅距离石墨基板100的上表面100a的最小距离d1＝20mm。第五格栅距离石墨基板100的下表面100b的最小距离d2＝10mm。
本公开实施例通过在石墨基板的边缘设置多个环形凹槽，相当于减薄了石墨基板的边缘厚度。此时，石墨基板的边缘的温度辐射来源由现有的石墨基板直接导热变为两部分：一、通过减薄后的石墨基板导热；二、通过多个环形凹槽内的空气导热。而空气的导热效果明显低于石墨基板，因此，采用本公开提供的石墨基板可以有效降低石墨基板的边缘处的温度，从而可以缓解石墨基板的边缘处由于离心力大，生长温度较高，而导致的翘曲明显的问题，进而可以保证在石墨基板上同时生长的各个外延片的波长均匀性。
以上所述，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种石墨基板，所述石墨基板(100)为圆盘，其特征在于，所述石墨基板(100)的外周壁上具有多个环形凹槽(110a)，所述多个环形凹槽(110a)与所述石墨基板(100)同轴，且所述多个环形凹槽(110a)沿所述石墨基板(100)的轴向间隔布置在所述石墨基板(100)的上表面(100a)和下表面(100b)之间，相邻两个所述环形凹槽(110a)之间形成一个格栅(110)，每个所述格栅(110)均为圆环结构。
2.根据权利要求1所述的石墨基板，其特征在于，每个所述环形凹槽(110a)的槽宽均为0.5mm～5mm。
3.根据权利要求2所述的石墨基板，其特征在于，从所述石墨基板(100)的上表面(100a)至所述石墨基板(100)的下表面(100b)方向，每个所述环形凹槽(110a)的槽宽逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的石墨基板，其特征在于，每个所述格栅(110)的厚度均为0.5mm～2mm。
5.根据权利要求4所述的石墨基板，其特征在于，从所述石墨基板(100)的上表面(100a)至所述石墨基板(100)的下表面(100b)方向，每个所述格栅(110)的厚度逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的石墨基板，其特征在于，每个所述格栅(110)的外径与内径的差值均为50mm～150mm。
7.根据权利要求6所述的石墨基板，其特征在于，从所述石墨基板(100)的上表面(100a)至所述石墨基板(100)的下表面(100b)方向，每个所述格栅(110)的外径与内径的差值逐渐增大。
8.根据权利要求1至7任一项所述的石墨基板，其特征在于，所述石墨基板(100)包括沿所述石墨基板(100)的轴向间隔布置的n个格栅(110)，3≤n≤10。
9.根据权利要求8所述的石墨基板，其特征在于，n个所述格栅(110)至所述石墨基板(100)的上表面(100a)的最小距离大于20mm。
10.根据权利要求8所述的石墨基板，其特征在于，n个所述格栅(110)至所述石墨基板(100)的下表面(100b)的最小距离大于10mm。
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