CN113279056B - 石墨基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种石墨基板及其制造方法，属于半导体技术领域。所述石墨基板的第一表面上具有多圈用于容纳衬底的凹槽，所述多圈凹槽均与所述石墨基板同轴，每圈所述凹槽均包括多个凹槽；所述石墨基板还包括沿所述石墨基板的径向设置在所述石墨基板的第一表面上的多个凸起结构，所述多个凸起结构位于所述多圈凹槽中的多个所述凹槽之间，且从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的高度逐渐升高。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

石墨基板及其制造方法
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及其制造方法。
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。衬底通常具有平边和圆边，平边的设置可以便于衬底进行定位。
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：
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。
发明内容
本公开实施例提供了一种石墨基板及其制造方法，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，所述石墨基板的第一表面上具有用于容纳衬底的多圈凹槽，所述多圈凹槽均与所述石墨基板的同轴，每圈所述凹槽均包括多个凹槽；
所述石墨基板还包括沿所述石墨基板的径向设置在所述石墨基板的第一表面上的多个凸起结构，所述多个凸起结构位于所述多圈凹槽中的多个所述凹槽之间，且从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的高度逐渐升高。
可选地，所述凸起结构的高度为5～50um。
可选地，所述凸起结构在所述第一表面上的正投影为梯形，且所述梯形的上底朝向所述石墨基板的中心。
可选地，从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的宽度逐渐减小。
可选地，所述凸起结构的宽度为5～40um。
可选地，所述凸起结构的个数为n，n＝2m，m为所述石墨基板上所述多圈凹槽的圈数。
可选地，多个所述凸起结构分布在所述多圈凹槽中除最内圈外的其它圈凹槽中。
另一方面，提供了一种石墨基板的制造方法，所述制造方法包括：
在所述石墨基板的第一表面上形成用于容纳衬底的多圈凹槽，所述多圈凹槽均与所述石墨基板的同轴，每圈所述凹槽均包括多个凹槽；
沿所述石墨基板的径向在所述石墨基板的第一表面上形成多个凸起结构，所述多个凸起结构位于所述多圈凹槽中的多个所述凹槽之间，且从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的高度逐渐升高。
可选地，所述凸起结构的高度为5～50um。
可选地，从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的宽度逐渐减小。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在石墨基板的设有多个凹槽的一面上设置多个凸起结构，且多个凸起结构位于多圈凹槽中的多个凹槽之间，不会对凹槽产生影响。同时，多个凸起结构沿石墨基板的径向设置，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高，即石墨基板的远离第一表面的一面为坡面，坡面靠近石墨基板的边缘侧的高度高，有利于Mo源气流的阻隔。坡面靠近石墨基板的中心侧的高度低，有利于保持外延片均匀性的一致，从而可以使气流均匀分布，以改善离心力对于外圈边缘MO源流速过快的问题。且凸起结构的坡面可以对气流进行均匀的导流，从而可以进一步改善在石墨基板上生长的外延片外圈边缘波长偏短或偏长的问题，使得外延片各个区域的发光波长一致，进而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。
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正视图；
图2是本公开实施例提供的一种石墨基板的俯视图；
图3是本公开实施例提供的一种气体流向示意图；
图4是本公开实施例提供的另一种气体流向示意图；
图5是本公开实施例提供的一种石墨基板的制造方法流程图；
图6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7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正视图，图2是本公开实施例提供的一种石墨基板的俯视图，如图1和图2所示，该石墨基板100为圆盘，石墨基板100的第一表面上具有多圈用于容纳衬底的凹槽100a。多圈凹槽100a均与石墨基板100同轴，每圈凹槽100a均包括多个凹槽。
石墨基板100还包括沿石墨基板100的径向设置在石墨基板100的第一表面上的多个凸起结构110，多个凸起结构110位于多圈凹槽100a中的多个凹槽之间。且从石墨基板100的中心至石墨基板100的边缘方向，凸起结构110的高度逐渐升高。
本公开实施例通过在石墨基板的设有多个凹槽的一面上设置多个凸起结构，且多个凸起结构位于多圈凹槽中的多个凹槽之间，不会对凹槽产生影响。同时，多个凸起结构沿石墨基板的径向设置，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高，即石墨基板的远离第一表面的一面为坡面，坡面靠近石墨基板的边缘侧的高度高，有利于Mo源气流的阻隔。坡面靠近石墨基板的中心侧的高度低，有利于保持外延片均匀性的一致，从而可以使气流均匀分布，以改善离心力对于外圈边缘MO源流速过快的问题。且凸起结构的坡面可以对气流进行均匀的导流，从而可以进一步改善在石墨基板上生长的外延片外圈边缘波长偏短或偏长的问题，使得外延片各个区域的发光波长一致，进而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。
需要说明的是，在本公开实施例，两个凸起结构110之间可以具有多个凹槽100a，或者，相邻两个凹槽100a之间可以具有至少一个凸起结构110。
可选地，参见图1，凸起结构110的高度h为5～50um。其中，凸起结构110的高度h为凸起结构110的远离石墨基板100的一面至石墨基板100的第一表面之间的距离。
若凸起结构110的高度过高，会导致石墨基板100表面气流场紊乱，若凸起结构110的高度过低，则对气流场改善效果不显著。
示例性地，从石墨基板100的中心至石墨基板100的边缘方向，凸起结构110的高度h由5um逐渐增加到50um。
图3是本公开实施例提供的一种气体流向示意图，如图3所示，图3中示出的石墨基板100的左半部分未设置凸起结构110，Mo源气流从石墨基板100的上方流下，在石墨基板100高速旋转的过程中，Mo源气流被吸引下来，到达石墨基板100的第一表面后，在离心力的作用下，朝向石墨基板100的边缘流动。且由于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。
图3中示出的石墨基板100的右半部分设置有凸起结构110。此时，石墨基板100上方的Mo源气流到达凸起结构110上方的坡面区域后，在离心力作用下，气流仍然会朝向石墨基板100的边缘流动。但是由于凸起结构110的顶面是坡面，且越靠近石墨基板100的边缘，高度越高，因此，气流在爬坡过程中，流速会降低，从而可以降低气流在石墨基板100边缘位置的流速，使气流均匀分布。
参见图2，凸起结构110在第一表面上的正投影为梯形，且梯形的下底朝向石墨基板100的中心。梯形有利于引导气流，使气流均匀分布。
在本公开实施例中，梯形包括上底、下底、以及连接上底和下底的两侧边。其中上底的长度小于下底，即上底为短边，下底为长边。梯形的下底朝向石墨基板的中心即表面梯形的长边靠近石墨基板的中心设置，而梯形的短边靠近石墨基板的边缘设置。
可选地，从石墨基板100的中心至石墨基板100的边缘方向，凸起结构110的宽度d逐渐减小。
其中，凸起结构110的宽度d即其正投影梯形的两侧边之间的距离。凸起结构110的靠近石墨基板100的中心一侧的宽度较宽，有利于改善线速度较小区域的流场分布。凸起结构110的靠近石墨基板100的边缘一侧的宽度较窄，一方面有利于改善边沿气流分布，另一方面有利于在较高的线速度下，保持流场平衡。
可选地，凸起结构110的宽度为5～40um。
若凸起结构110的宽度过宽，会导致局域限流，紊乱流场平衡。若凸起结构110的宽度过窄，则难以达到改善流场的目的。
示例性地，从石墨基板100的中心至石墨基板100的边缘方向，凸起结构110的宽度d由40um逐渐减小到5um。
图4是本公开实施例提供的另一种气体流向示意图，如图4所示，图中仅示出了多个凸起结构110，未示出多个凹槽100a。当Mo源气流从石墨基板100的上方流下到达石墨基板100的第一表面后，在离心力的作用下，朝向石墨基板100的边缘流动。由于凸起结构110的正投影是梯形，其侧面也为坡面，且越靠近石墨基板100的边缘，两个侧面之间的宽度越窄，有利于保证流场平衡。
可选地，凸起结构110的个数为n，n＝2m，m为石墨基板100上多圈凹槽100a的圈数。
示例性地，当石墨基板100上有两圈凹槽时，凸起结构110的个数为4个。当石墨基板100上有三圈凹槽时，凸起结构110的个数为8个。
需要说明的是，凸起结构110的个数不宜过多，过多不仅无法使得在石墨基板上生长的外延片波长一致性更好，还会导致生产制造较为困难。凸起结构110的个数也不宜过少，过少则无法起到较好的提高波长均匀性的效果。
可选地，多个凸起结构110分布在多圈凹槽100a中除最内圈外的其它圈凹槽中。由于最内圈凹槽靠近石墨基板的中心，所受到的离心力小，Mo源气体分布较均匀，因此，多个凸起结构110无需设置在最内圈凹槽中。
图5是本公开实施例提供的一种石墨基板的制造方法流程图，如图5所示，该制造方法用于制造如图1和2所示的石墨基板，该制造方法包括：
步骤201、在石墨基板的第一表面上形成多圈用于容纳衬底的凹槽。
其中，多圈凹槽均与石墨基板的同轴，每圈凹槽均包括多个凹槽。
示例性地，在本公开实施例中，可以采用机械切割研磨或激光切割研磨的方法在石墨基板的第一表面上形成凹槽。此为常规技术，本公开实施例在此不再详细描述。
步骤202、沿石墨基板的径向在石墨基板的第一表面上形成多个凸起结构。
其中，多个凸起结构位于多圈凹槽中的多个凹槽之间，且从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高。
可选地，凸起结构的高度为5～50um。
若凸起结构的高度过高，会导致石墨基板表面气流场紊乱，若凸起结构的高度过低，则对气流场改善效果不显著。
示例性地，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度由5um逐渐增加到50um。
参见图2，凸起结构在第一表面上的正投影为梯形，且梯形的下底朝向石墨基板的中心。梯形有利于引导气流，使气流均匀分布。
可选地，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的宽度逐渐减小。
其中，凸起结构的靠近石墨基板的中心一侧的宽度较宽，有利于改善线速度较小区域的流场分布。凸起结构的靠近石墨基板的边缘一侧的宽度较窄，一方面有利于改善边沿气流分布，另一方面有利于在较高的线速度下，保持流场平衡。
可选地，凸起结构的宽度为5～40um。
若凸起结构的宽度过宽，会导致局域限流，紊乱流场平衡。若凸起结构的宽度过窄，则难以达到改善流场的目的。
示例性地，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的宽度由40um逐渐减小到5um。
可选地，凸起结构的个数为n，n＝2m，m为石墨基板上凹槽的圈数。
示例性地，当石墨基板上有两圈凹槽时，凸起结构的个数为4个。当石墨基板上有三圈凹槽时，凸起结构的个数为8个。
需要说明的是，凸起结构的个数不宜过多，过多不仅无法使得在石墨基板上生长的外延片波长一致性更好，还会导致生产制造较为困难。凸起结构的个数也不宜过少，过少则无法起到较好的提高波长均匀性的效果。
可选地，多个凸起结构在多圈凹槽中除最内圈外的其它圈凹槽中均布间隔布置。由于最内圈凹槽靠近石墨基板的中心，所受到的离心力小，Mo源气体分布较均匀，因此，多个凸起结构无需设置在最内圈凹槽中。
示例性地，通过在基材成型时设计好表面结构，然后涂附碳化硅图层，即可形成第一表面具有多个凸起结构的石墨基板。
本公开实施例通过在石墨基板的设有多个凹槽的一面上设置多个凸起结构，且多个凸起结构位于多圈凹槽中的多个凹槽之间，不会对凹槽产生影响。同时，多个凸起结构沿石墨基板的径向设置，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高，即石墨基板的远离第一表面的一面为坡面，坡面靠近石墨基板的边缘侧的高度高，有利于Mo源气流的阻隔。坡面靠近石墨基板的中心侧的高度低，有利于保持外延片均匀性的一致，从而可以使气流均匀分布，以改善离心力对于外圈边缘MO源流速过快的问题。且凸起结构的坡面可以对气流进行均匀的导流，从而可以进一步改善在石墨基板上生长的外延片外圈边缘波长偏短或偏长的问题，使得外延片各个区域的发光波长一致，进而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。
图1所示的石墨基板的另一种具体实现包括：石墨基板的第一表面上具有两圈用于容纳衬底的凹槽，两圈凹槽均以石墨基板的中心为圆心。其中，两圈凹槽分别为由内向外设置的第一圈凹槽和第二圈凹槽。第二圈凹槽为最靠近石墨基板的边缘的一圈凹槽。每圈凹槽中的各个凹槽均等距间隔设置。
例如，第一圈凹槽包括4个第一凹槽，第二圈凹槽包括10个第二凹槽。则在本公开实施例中，凸起结构110的个数为4个，且4个凸起结构110的尺寸均相同。
其中，4个凸起结构110分别位于第二圈凹槽中的10个第二凹槽之间，相邻两个凸起结构110之间，有两个或三个第二凹槽。
图6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6，可见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6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6中位于最外圈的十个外延片之间的灰度差异较大)。
图7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7，相比于图6，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7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7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设有多个凹槽的一面上设置多个凸起结构，且多个凸起结构位于多圈凹槽中的多个凹槽之间，不会对凹槽产生影响。同时，多个凸起结构沿石墨基板的径向设置，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高，即石墨基板的远离第一表面的一面为坡面，坡面靠近石墨基板的边缘侧的高度高，有利于Mo源气流的阻隔。坡面靠近石墨基板的中心侧的高度低，有利于保持外延片均匀性的一致，从而可以使气流均匀分布，以改善离心力对于外圈边缘MO源流速过快的问题。且凸起结构的坡面可以对气流进行均匀的导流，从而可以进一步改善在石墨基板上生长的外延片外圈边缘波长偏短或偏长的问题，使得外延片各个区域的发光波长一致，进而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。
图1所示的石墨基板的另一种具体实现包括：石墨基板的第一表面上具有三圈用于容纳衬底的凹槽，三圈凹槽均以石墨基板的中心为圆心。其中，三圈凹槽分别包括沿石墨基板的中心至石墨基板的边缘，由内向外布置的第一圈凹槽、第二圈凹槽和第三圈凹槽。第三圈凹槽为最靠近石墨基板的边缘的一圈凹槽。每圈凹槽中的各个凹槽均等距间隔设置。
例如，第一圈凹槽包括4个第一凹槽，第二圈凹槽包括8个第二凹槽，第三圈凹槽包括16个第三凹槽。则在本公开实施例中，凸起结构110的个数为8个，且8个凸起结构的尺寸均相同。
其中，8个凸起结构110分别位于第二圈凹槽中的8个第二凹槽之间，任意相邻两个凸起结构110之间均有一个第二凹槽。
8个凸起结构110分别位于第三圈凹槽中的16个第三凹槽之间，任意相邻两个凸起结构110之间均有两个第三凹槽。
本公开实施例通过在石墨基板的设有多个凹槽的一面上设置八个凸起结构，且八个凸起结构位于三圈凹槽中的多个凹槽之间，不会对凹槽产生影响。同时，八个凸起结构沿石墨基板的径向设置，从石墨基板的中心至石墨基板的边缘方向，凸起结构的高度逐渐升高，即石墨基板的远离第一表面的一面为坡面，坡面靠近石墨基板的边缘侧的高度高，有利于Mo源气流的阻隔。坡面靠近石墨基板的中心侧的高度低，有利于保持外延片均匀性的一致，从而可以使气流均匀分布，以改善离心力对于外圈边缘MO源流速过快的问题。且凸起结构的坡面可以对气流进行均匀的导流，从而可以进一步改善在石墨基板上生长的外延片外圈边缘波长偏短或偏长的问题，使得外延片各个区域的发光波长一致，进而可以提高外延片的片内均匀性，保证边缘良率。
图1所示的石墨基板的又一种具体实现包括：石墨基板的第一表面上具有四圈用于容纳衬底的凹槽，四圈凹槽均以石墨基板的中心为圆心。其中，四圈凹槽分别包括沿石墨基板的中心至石墨基板的边缘，由内向外布置的第一圈凹槽、第二圈凹槽、第三圈凹槽和第四圈凹槽。每圈凹槽中的各个凹槽均等距间隔设置。
例如，第一圈凹槽包括4个第一凹槽，第二圈凹槽包括8个第二凹槽，第三圈凹槽包括16个第三凹槽，第四圈凹槽包括32个第四凹槽。则在本公开实施例中，凸起结构110的个数为16个，且16个凸起结构110的尺寸均相同。
其中，16个凸起结构110分别位于第二圈凹槽中的8个第二凹槽之间，任意相邻两个第二凹槽之间均具有两个凸起结构110。
16个凸起结构110分别位于第三圈凹槽中的16个第三凹槽之间，任意相邻两个凸起结构110之间均有一个第三凹槽。
16个凸起结构110分别位于第四圈凹槽中的32个第四凹槽之间，任意相邻两个凸起结构110之间均有两个第四凹槽。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种石墨基板，其特征在于，所述石墨基板(100)为圆盘，所述石墨基板(100)的第一表面上具有用于容纳衬底的多圈凹槽(100a)，所述多圈凹槽(100a)均与所述石墨基板(100)同轴，每圈所述凹槽(100a)均包括多个凹槽；
所述石墨基板(100)还包括沿所述石墨基板(100)的径向设置在所述石墨基板(100)的第一表面上的多个凸起结构(110)，所述多个凸起结构(110)位于所述多圈凹槽(100a)中的多个所述凹槽之间，且从所述石墨基板(100)的中心至所述石墨基板(100)的边缘方向，所述凸起结构(110)的高度逐渐升高，所述凸起结构(110)的高度为5～50um，所述凸起结构(110)在所述第一表面上的正投影为梯形，且所述梯形的下底朝向所述石墨基板(100)的中心，从所述石墨基板(100)的中心至所述石墨基板(100)的边缘方向，所述凸起结构(110)的宽度逐渐减小，所述凸起结构(110)的宽度为5～40um，所述凸起结构(110)的个数为n，n＝2m，m为所述石墨基板(100)上所述多圈凹槽(100a)的圈数，所述多个凸起结构(110)分布在所述多圈凹槽(100a)中除最内圈外的其它圈凹槽中。
2.一种石墨基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造如权利要求1所述的石墨基板，所述制造方法包括：
在所述石墨基板的第一表面上形成用于容纳衬底的多圈凹槽，所述多圈凹槽均与所述石墨基板的同轴，每圈所述凹槽均包括多个凹槽；
沿所述石墨基板的径向在所述石墨基板的第一表面上形成多个凸起结构，所述多个凸起结构位于所述多圈凹槽中的多个所述凹槽之间，且从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的高度逐渐升高，所述凸起结构的高度为5～50um，从所述石墨基板的中心至所述石墨基板的边缘方向，所述凸起结构的宽度逐渐减小。
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