CN113622020A - 提高外延片均匀度的外延托盘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种提高外延片均匀度的外延托盘及其制备方法，属于外延生长技术领域。圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽，调整凸起与调整槽的大部分都位于圆形凹槽较为靠近外延托盘的边缘的部分。调整凸起的传热慢，调整凸起对应的衬底的温度相对较低一点。调整凸起与调整槽的位置配合可以减小气流对调整凸起与调整槽的冲击影响，调整槽本身可以增大圆形凹槽的底面与衬底之间的距离，以增大衬底与热源之间的距离，降低衬底高温区域的温度，以提高衬底的表面的温度均匀性。衬底上不同区域的温度分布较为均匀，则在衬底上生长的外延材料较为均匀，可以提高最终得到的外延片的出光均匀度。
Description
技术领域
本公开涉及外延生长技术领域，特别涉及一种提高外延片均匀度的外延托盘及其制备方法。
背景技术
外延托盘是金属有机化合物化学气相沉积(英文：Metal-organic ChemicalVapor Deposition，简称：MOCVD)设备的一部分，外延托盘为圆柱体，外延托盘的一端的端面上设置有多个同心的凹槽圈，每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。外延托盘的另一端的端面与MOCVD设备的驱动结构相连。
在制备外延片时，需要将衬底一一对应放在每个圆形凹槽内，衬底被支撑在圆形凹槽的底面上，圆形凹槽底面上的热量经过空气传递至衬底上，以使衬底的温度达到外延生长的要求温度。但在实际生长时，外延托盘以及位于外延托盘的圆形凹槽内的衬底都会高速转动，部分与外延托盘的转动中心距离较远的衬底会有较大的离心力，导致衬底的部分边缘与圆形凹槽的侧壁相接触。并且凹槽圈与凹槽圈之间没有圆形凹槽存在的空白区域所接收到的热量也会传递到圆形凹槽的侧壁，使得圆形凹槽相接触的衬底的部分边缘上生长的外延片的温度会比衬底其他区域生长的外延片的温度高，使得衬底上最终得到的外延片的均匀度较差。
发明内容
本公开实施例提供了一种提高外延片均匀度的外延托盘及其制备方法，能够提高在衬底上生长的外延片的发光均匀度。所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种提高外延片均匀度的外延托盘，所述外延托盘为圆柱体，所述外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈，每个所述凹槽圈都包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽的侧壁均具有多个衬底支撑凸起，所述多个衬底支撑凸起沿所述圆形凹槽的周向均匀分布，
所述圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽，所述调整凸起的高度小于所述衬底支撑凸起的高度，以所述圆形凹槽所在的所述凹槽圈的圆心连线为切割圆，所述圆形凹槽包括被所述切割圆划分的靠近所述外延托盘的圆心的第一部分与远离所述外延托盘的圆心的第二部分，所述调整凸起的重心及所述调整槽的重心均分布在所述第二部分，
以所述外延托盘的经过所述圆形凹槽的圆心的直径为参考直径，所述调整凸起与所述调整槽分布在所述参考直径的两侧，且所述调整凸起与所述调整槽均与所述圆形凹槽的侧壁相接。
可选地，所述调整凸起与所述参考直径之间的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为20～50度。
可选地，所述调整槽与所述参考直径之间的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为90～150度。
可选地，与所述调整凸起相接的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为60～90°，与所述调整槽相接的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为30～90°。
可选地，由所述调整凸起指向所述圆形凹槽的圆心的方向上，所述调整凸起的高度减小，由所述调整槽指向所述圆形凹槽的圆心的方向上，所述调整槽的深度减小。
可选地，所述调整凸起的高度与所述调整槽的深度之比为1:2～4:1。
可选地，所述调整凸起的高度为20～60μm，所述调整槽的深度为15～40μm。
可选地，所述调整凸起的表面的致密度高于所述圆形凹槽的底面的致密度。
可选地，所述调整凸起的表面的致密度与所述圆形凹槽的底面的致密度之比为99:5～99:1。
可选地，所述调整凸起与所述调整槽在所述圆形凹槽的底面的正投影呈扇环状或者扇形状。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
将衬底放到外延托盘的圆形凹槽内时，衬底是支撑于圆形凹槽的侧壁上的多个支撑凸起上的，保证衬底的水平分布与稳定支撑。圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽，调整凸起的高度小于衬底支撑凸起的高度，则衬底与调整凸起之间不会直接接触，衬底与调整凸起之间会留有一定的间隙。而以圆形凹槽所在的凹槽圈的圆心连线为切割圆，圆形凹槽包括被切割圆划分的靠近外延托盘的圆心的第一部分与远离外延托盘的圆心的第二部分，调整凸起的重心及调整槽的重心均分布在第二部分，则调整凸起与调整槽的大部分都位于圆形凹槽较为靠近外延托盘的边缘的部分。调整凸起与加热外延托盘的加热丝的距离较远，调整凸起的传热慢，因此调整凸起可以控制这一部分对应的衬底的温度相对较低一点。而以外延托盘的经过圆形凹槽的圆心的直径为参考直径，调整凸起与调整槽分布在参考直径的两侧，调整凸起与调整槽均与圆形凹槽的侧壁相接，一方面调整凸起与调整槽的分布较为合理，另一方面调整凸起与调整槽的位置配合可以减小气流对调整凸起与调整槽的冲击影响，可以缓解衬底上的温度不均匀的情况。并且调整槽本身可以增大圆形凹槽的底面与衬底之间的距离，以增大衬底与热源之间的距离，降低衬底高温区域的温度，以提高衬底的表面的温度均匀性。衬底上不同区域的温度分布较为均匀，则在衬底上生长的外延材料较为均匀，可以提高最终得到的外延片的出光均匀度。
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外延托盘的俯视图；
图2是本公开实施例提供的圆形凹槽的放大图；
图3是本公开所提供的一种圆形凹槽的侧视图；
图4是本公开所提供的另一种圆形凹槽的侧视图；
图5是本公开实施例提供的另一种圆形凹槽的俯视图；
图6是本公开实施例提供的一种外延托盘制备方法流程图；
图7是本公开实施例提供的另一种外延托盘制备方法流程图。
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。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的另一端。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
为便于理解，此处先对平边衬底的结构进行说明，图1是本公开实施例提供的外延托盘的俯视图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种提高外延片均匀度的外延托盘，外延托盘为圆柱体，外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈1，每个凹槽圈1都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽11，每个圆形凹槽11的侧壁均具有多个衬底支撑凸起111，多个衬底支撑凸起111沿圆形凹槽11的周向均匀分布。
图2是本公开实施例提供的圆形凹槽的放大图，参考图2可知，圆形凹槽11的底面均具有调整凸起112与调整槽113，调整凸起112的高度小于衬底支撑凸起111的高度，以圆形凹槽11所在的凹槽圈1的圆心连线为切割圆C，圆形凹槽11包括被切割圆C划分的靠近外延托盘的圆心的第一部分S1与远离外延托盘的圆心的第二部分S2，调整凸起112的重心及调整槽113的重心均分布在第二部分S2。以外延托盘的经过圆形凹槽11的圆心的直径为参考直径E，调整凸起112与调整槽113分布在参考直径E的两侧，且调整凸起112与调整槽113均与圆形凹槽11的侧壁相接。
将衬底放到外延托盘的圆形凹槽11内时，衬底是支撑于圆形凹槽11的侧壁上的多个支撑凸起111上的，保证衬底的水平分布与稳定支撑。圆形凹槽11的底面均具有调整凸起112与调整槽113，调整凸起112的高度小于衬底支撑凸起111的高度，则衬底与调整凸起112之间不会直接接触，衬底与调整凸起112之间会留有一定的间隙。而以圆形凹槽11所在的凹槽圈1的圆心连线为切割圆C，圆形凹槽11包括被切割圆C划分的靠近外延托盘的圆心的第一部分S1与远离外延托盘的圆心的第二部分S2，调整凸起112的重心及调整槽113的重心均分布在第二部分S2，则调整凸起112与调整槽113的大部分都位于圆形凹槽11较为靠近外延托盘的边缘的部分。调整凸起112与加热外延托盘的加热丝的距离较远，调整凸起112的传热慢，因此调整凸起112可以控制这一部分对应的衬底的温度相对较低一点。而以外延托盘的经过圆形凹槽11的圆心的直径为参考直径E，调整凸起112与调整槽113分布在参考直径E的两侧，调整凸起112与调整槽113均与圆形凹槽11的侧壁相接，一方面调整凸起112与调整槽113的分布较为合理，另一方面调整凸起112与调整槽113的位置配合可以减小气流对调整凸起112与调整槽113的冲击影响，可以缓解衬底上的温度不均匀的情况。并且调整槽113本身可以增大圆形凹槽11的底面与衬底之间的距离，以增大衬底与热源之间的距离，降低衬底高温区域的温度，以提高衬底的表面的温度均匀性。衬底上不同区域的温度分布较为均匀，则在衬底上生长的外延材料较为均匀，可以提高最终得到的外延片的出光均匀度。
为便于理解，此处说明一下，衬底在圆形凹槽11中内而外延托盘整体在转动时，衬底与圆形凹槽11的第二部分S2对应的区域会在离心力的作用下，直接与靠近圆形凹槽11的第二部分S2的侧壁相接触，衬底与圆形凹槽11第二部分S2对应的区域的温度会高于衬底与圆形凹槽11第一部分S1对应的区域。因此调整凸起112与调整槽113重心均位于第二部分S2，可以有效降低衬底与第二部分S2对应的区域的温度，以提高衬底整体的温度均匀性。
需要说明的是，衬底的温度对外延片的厚度有直接影响，温度高的位置外延片沉积快外延片厚度大，温度低的位置外延片沉积慢外延片厚度小，因此衬底温度均匀时，在衬底上沉积的外延片的厚度也较为均匀，出光较为均匀。对于部分包括In组分的发光层来说，In组分在温度均匀的情况下分布会更均匀，且In组分分布较为均匀时，发光二极管的发光也较为均匀，因此衬底温度均匀，也可以提高出光波长的一致性。
可选地，调整凸起112与参考直径E之间的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角a为20～50度。
调整凸起112与参考直径E之间的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角a在以上范围内时，调整凸起112可以更有效地控制最终传递到衬底上的温度，保证最终得到的衬底的表面的稳定较为均匀，以在衬底上生长得到质量较为均匀的外延片材料。
可选地，调整槽113与参考直径E之间的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角b为90～150度。
调整槽113与参考直径E之间的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角b在以上范围内时，调整槽113可以更有效地控制最终传递到衬底上的温度，保证最终得到的衬底的表面的稳定较为均匀，以在衬底上生长得到质量较为均匀的外延片材料。
示例性地，与调整凸起112相接的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角c为60～90°，与调整槽113相接的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角d为20～90°。
与调整凸起112相接的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角c、与调整槽113相接的圆形凹槽11的侧壁对应的圆心角d分别在以上范围内，设置调整凸起112的区域以及设置调整槽113的区域较为合理，可以有效调整衬底上对应的高温区域与低温区域，提高最终得到的衬底的表面的温度均匀性，以提高在衬底上生长的外延材料的生长质量的均匀性。
可选地，调整凸起112的高度H与调整槽113的深度D之比为1:2～4:1。
调整凸起112的高度H与调整槽113的深度D之比在以上范围内时，调整凸起112与调整槽113的配合较为合理，可以实现对衬底的温度的有效控制，并保证外延托盘的使用强度。
示例性地，调整凸起112的高度H为20～60μm，调整槽113的深度D为15～40μm。
调整凸起112与调整槽113的配合较为合理，可以实现对衬底的温度的有效控制，并保证外延托盘的使用强度。
可选地，由调整凸起112指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整凸起112的高度H减小，由调整槽113指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整槽113的深度D减小。
调整凸起112的高度H以及调整槽113的深度D，在指向圆形凹槽11的圆心的方向上变小，可以有效控制衬底的边缘的温度差异，正常放置在圆形凹槽11内的衬底的中心的温度一般较为均匀，因此调整凸起112与调整槽113主要调节衬底的边缘的温度不均，圆形凹槽11的中心也不需要额外增加较高的调整凸起112或者较深的调整槽113，可以有效控制最终得到的衬底的表面温度且不过多增加外延托盘的制备成本。
示例性地，由调整凸起112指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整凸起112的高度H线性减小，由调整槽113指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整槽113的深度D线性减小。
调整凸起112高度与调整槽113的深度D均线性减小，对衬底的温度的控制较好，可以更好地提高衬底的温度的均匀程度，提高在衬底上生长的外延材料的生长质量的均匀度以提高外延片的出光均匀度。
示例性地，由调整凸起112指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整凸起112的高度H可以线性减小到为调整凸起112最大高度的一半，由调整槽113指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整槽113的深度D可以线性减小到为调整槽113最大深度的一半。调整凸起112的高度H以及调整槽113的深度D较为合理。
在本公开所提供的其他实现方式中，由调整凸起112指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整凸起112的高度H也可以线性减小到零，由调整槽113指向圆形凹槽11的圆心的方向上，调整槽113的深度D可以线性减小到零。本公开对此不做限制。
在本公开所提供的其他实现方式中，调整凸起112的高度H以及调整槽113的深度D也可以阶梯式变化，本公开对此不做限制。
可选地，调整凸起112与调整槽113在圆形凹槽11的底面的正投影均可呈月牙状。需要占用的空间小，也可以起到控制温度的作用。
在本公开所提供的其他实现方式中，调整凸起112与调整槽113在圆形凹槽11的底面的正投影均可呈扇环状或者扇形状，可以更好地控制衬底的温度，并且也便于制备。本公开对此不做限制。图2中调整凸起112与调整槽113的正投影均为扇环状。
为便于理解，此处可提供图3～图5，图3是本公开所提供的一种圆形凹槽的侧视图，图4是本公开所提供的另一种圆形凹槽的侧视图，图3中调整凸起112的高度H逐渐减小至调整凸起112最大高度的一半，调整槽113的深度D逐渐减小至调整槽113最大深度的一半。图4中，调整凸起112的高度H逐渐减小至零，调整槽113的深度D逐渐减小至零。
图5是本公开实施例提供的另一种圆形凹槽的俯视图，参考图5可知，图5中调整凸起112与调整槽113在圆形凹槽11的底面的正投影为扇形。
可选地，调整凸起112的表面的致密度高于圆形凹槽11的底面的致密度。
调整凸起112的表面的致密度高于圆形凹槽11的底面的致密度，调整凸起112的表面的密度高于圆形凹槽11的底面的密度，调整凸起112内部热量传递速度低于圆形凹槽11底面所对应的区域的热量传递速度，则调整凸起112所对应的衬底的区域的温度会进一步降低，可以有效控制最终得到的衬底表面的外延材料的生长均匀度。
示例性地，调整凸起112的表面的致密度与圆形凹槽11的底面的致密度之比为99:5～99:1。可以有效提高衬底表面的热量传递情况。
可选地，在由圆形凹槽11的第二部分S2指向圆形凹槽11的第一部分S1的方向上，调整凸起112的表面的致密度逐渐减小。可以控制衬底的不同区域的温度更为均匀。
需要说明的是，本公开中表面的致密度越高，表面这部分的密度越高，该表面区域的粗糙度越低。
为便于理解，此处可提供外延托盘的粗略的制备方法，图6是本公开实施例提供的一种外延托盘制备方法流程图，参考图6可知，本公开实施例提供了一种外延托盘制备方法，外延托盘制备方法包括：
S101：制备一外延托盘，外延托盘为圆柱体，外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈，每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽，每个圆形凹槽的侧壁均具有多个衬底支撑凸起，多个衬底支撑凸起沿圆形凹槽的周向均匀分布，圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽。
以圆形凹槽所在的凹槽圈的圆心连线为切割圆，圆形凹槽包括被切割圆划分的靠近外延托盘的圆心的第一部分与远离外延托盘的圆心的第二部分，调整凸起的重心及调整槽的重心均分布在第二部分。以外延托盘的经过圆形凹槽的圆心的直径为参考直径，调整凸起与调整槽分布在参考直径的两侧，且调整凸起与调整槽均与圆形凹槽的侧壁相接。
步骤S101中，外延托盘可为常见的石墨外延托盘，制备过程中可通过改变制备外延托盘的模具以在外延托盘的圆形凹槽内制备出调整凸起与调整槽。便于制备与获取。
在本公开所提供的其他实现方式中，也可以通过在常用的石墨外延托盘的圆形凹槽内连接凸块以形成调整凸起，并在同一石墨外延托盘的圆形凹槽内加工出调整槽，以得到本公开中的外延托盘，本公开对此不做限制。
图6中所示的外延托盘的制备方法的技术效果可以参考图1中所示的外延托盘的结构的技术效果，因此此处不再对图6中外延托盘的制备方法的技术效果进行赘述。
图7是本公开实施例提供的另一种外延托盘制备方法流程图，参考图7可知，本公开实施例提供了一种外延托盘制备方法，外延托盘制备方法包括：
S201：制备一外延托盘，外延托盘为圆柱体，外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈，每个凹槽圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽，每个圆形凹槽的侧壁均具有多个衬底支撑凸起，多个衬底支撑凸起沿圆形凹槽的周向均匀分布，圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽。
以圆形凹槽所在的凹槽圈的圆心连线为切割圆，圆形凹槽包括被切割圆划分的靠近外延托盘的圆心的第一部分与远离外延托盘的圆心的第二部分，调整凸起的重心及调整槽的重心均分布在第二部分。以外延托盘的经过圆形凹槽的圆心的直径为参考直径，调整凸起与调整槽分布在参考直径的两侧，且调整凸起与调整槽均与圆形凹槽的侧壁相接。
S202：对调整凸起的表面进行打磨抛光，以使调整凸起的表面的致密度高于圆形凹槽的底面的致密度。
对调整凸起的表面进行打磨抛光，可以保证调整凸起的表面区域的致密度相对于圆形凹槽的底面的致密度高，保证调整凸起所对应的衬底的区域的温度较低，以有效控制衬底的不同区域的温度分布更为均匀。
需要说明的是，图6中制备方法得到的外延托盘，与图7中制备方法得到的外延托盘，主要的区别在与图7中制备方法得到的外延托盘的调整凸起的表面致密度较好。
在本公开所提供的其他实现方式中，还可以对调整槽的表面进行一定的粗化处理，可以控制调整槽降温效果不会太大。
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)
1.一种提高外延片均匀度的外延托盘，其特征在于，所述外延托盘为圆柱体，所述外延托盘的一端的端面具有多个同心的凹槽圈，每个所述凹槽圈都包括多个沿所述外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽，每个所述圆形凹槽的侧壁均具有多个衬底支撑凸起，所述多个衬底支撑凸起沿所述圆形凹槽的周向均匀分布，
所述圆形凹槽的底面均具有调整凸起与调整槽，所述调整凸起的高度小于所述衬底支撑凸起的高度，以所述圆形凹槽所在的所述凹槽圈的圆心连线为切割圆，所述圆形凹槽包括被所述切割圆划分的靠近所述外延托盘的圆心的第一部分与远离所述外延托盘的圆心的第二部分，所述调整凸起的重心及所述调整槽的重心均分布在所述第二部分，
以所述外延托盘的经过所述圆形凹槽的圆心的直径为参考直径，所述调整凸起与所述调整槽分布在所述参考直径的两侧，且所述调整凸起与所述调整槽均与所述圆形凹槽的侧壁相接。
2.根据权利要求1所述的外延托盘，其特征在于，所述调整凸起与所述参考直径之间的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为20～50度。
3.根据权利要求2所述的外延托盘，其特征在于，所述调整槽与所述参考直径之间的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为90～150度。
4.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，与所述调整凸起相接的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为60～90°，与所述调整槽相接的所述圆形凹槽的侧壁对应的圆心角为30～90°。
5.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，由所述调整凸起指向所述圆形凹槽的圆心的方向上，所述调整凸起的高度减小，由所述调整槽指向所述圆形凹槽的圆心的方向上，所述调整槽的深度减小。
6.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，所述调整凸起的高度与所述调整槽的深度之比为1:2～4:1。
7.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，所述调整凸起的高度为20～60μm，所述调整槽的深度为15～40μm。
8.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，所述调整凸起的表面的致密度高于所述圆形凹槽的底面的致密度。
9.根据权利要求1～3任一项所述的外延托盘，其特征在于，所述调整凸起的表面的致密度与所述圆形凹槽的底面的致密度之比为99:5～99:1。
10.一种提高外延片均匀度的外延托盘的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1～9任一项所述的外延托盘。
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