CN114836826A - 一种石墨基座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨基座，应用于MOCVD设备，涉及半导体技术领域，该石墨基座包括基座本体，及设于基座本体上的若干放置槽组，放置槽组包括多个放置槽，放置槽内设有凹坑，凹坑的深度由靠近放置槽的表面的一端逐渐向放置槽的内部递增，且每个凹坑的深度各不相同，其中，当MOCVD设备处于工作状态时，MOCVD设备内设有区域温度和MO源氛围浓度，凹坑的深度与区域温度和MO源氛围浓度对应设置，通过该设置，从而改善因区域温度分布不均匀、不同区域的MO源氛围浓度并入效率不一致，而导致外延片迎风面以及凹槽接触面处波长不均匀问题，该设置从整体上优化了LED外延片的均匀性。

Description

一种石墨基座
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体为一种石墨基座。
背景技术
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，目前外延生长都是在MOCVD(Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition)，金属有机化合物化学气相沉淀)设备的反应室内进行，在设备内包括石墨基座，在石墨基座内设有多个间隔分布的的凹槽，衬底放置于凹槽内生长，每个凹槽可放置一片外延衬底。
近年来，LED发光二极管已形成稳定的产业链，为进一步的降低成本提升产能，LED外延生长使用衬底逐步从2英寸过渡至4英寸、6英寸，大尺寸衬底需保证好的片内均匀性以及片间均匀性，这对MOCVD外延生长的温度均匀性要求更高，MOCVD石墨基座是衬底与MOCVD加热器间的热传导媒介，因此，石墨基座的温度均匀性和稳定性对LED外延产业有至关重要的作用，目前，普遍采用垂直式MOCVD生长外延薄膜，即MO源从腔体上方以垂直于石墨基座表面的方向流下。
现有的技术，虽然具有一定的效果，但在LED外延片生长过程中，承载衬底的石墨基座以高速的旋转速度进行旋转，这将导致垂直流下的MO源会被吸引至石墨基座的表面，而在石墨基座进行旋转时，MO源会以落至石墨盘表面处为起始点，延石墨基座旋转的反方向扫过放置在石墨基座凹槽内的衬底，这导致在迎风面区域出现低浓度MO源区域，而延石墨基座旋转反方向MO源浓度逐渐提升，背风面处出现高浓度MO源区域，最终导致LED外延片存在发光波长不均匀的问题。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种石墨基座，以解决背景技术中LED外延片在迎风面与背风面区域MO源并入效率不一致而导致发光波长不均匀的问题。
本发明的一方面在于提供一种石墨基座，应用于MOCVD设备，该石墨基座包括基座本体，及设于所述基座本体上的若干放置槽组，所述放置槽组包括多个放置槽，所述放置槽内设有凹坑，所述凹坑的深度由靠近所述放置槽的表面的一端逐渐向所述放置槽的内部递增，且每个所述凹坑的深度各不相同；
其中，当所述MOCVD设备处于工作状态时，所述MOCVD设备内设有区域温度和MO源氛围浓度，所述凹坑的深度与所述区域温度和所述MO源氛围浓度对应设置。
进一步地，所述区域温度包括第一区域和第二区域，所述MO源氛围浓度包括第一MO源和第二MO源，所述凹坑的深度包括第一深度和第二深度；
其中，所述第一深度的深度值与所述第一区域的温度和所述第二MO源的浓度对应设置，所述第二深度的深度值与所述第二区域的温度和所述第一MO源的浓度对应设置。
进一步地，所述第一区域的温度高于所述第二区域的温度，所述第一MO源的浓度大于所述第二MO源的浓度，所述第一深度的深度值大于所述第二深度的深度值。
进一步地，若干所述放置槽组包括第一放置槽组，所述第一放置槽组中的多个所述放置槽沿着所述基座本体的边缘设置，所述凹坑设于所述第一放置槽组的所述放置槽内。
进一步地，所述凹坑包括第一角点、第二角点和第三角点，沿所述放置槽的中心与所述基座本体的中心作参考线，所述第一角点、所述第二角点和所述第三角点与所述参考线之间形成第一夹角、第二夹角和第三夹角；
其中，所述第二夹角小于所述第三夹角。
进一步地，所述第一夹角、第二夹角和第三夹角的夹角度数均在0.01°-90°。
进一步地，所述第一夹角为60°、所述第二夹角为25°以及所述第三夹角为60°。
进一步地，所述第一深度和所述第二深度的深度值均在0.01um-30um。
进一步地，所述第一深度的深度值在5um-30um。
进一步地，所述第一深度为8um。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本装置通过在放置槽内设有凹坑，以区别现有技术中从单一的石墨基座媒介改变为石墨基座和凹坑内的空气做媒介，由于两者的导热系数不一致，通过改变凹坑深度以及凹坑表面积，可以有效改变衬底不同区域受热温度，从而改善因区域温度分布不均匀、不同区域的MO浓度并入效率不一致，而导致外延片迎风面以及凹槽接触面处波长不均匀问题，从整体上优化了LED外延片的均匀性。
2.受迎风面以及相邻放置槽相邻面的影响，迎风面以及不同圈别放置槽接壤处位置反应气氛围浓度与其它位置存在差异，放置槽内开设的凹坑可以精准的调控该区域LED外延片的生长温度，改善LED外延片生长过程中反应气并入效率不一致而导致的波长均匀性差的问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例中石墨基座的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中石墨基座内的凹坑结构示意图；
图3本发明第一实施例中第一深度和第二深度的结构示意图；
图4为本发明第一实施例中放置槽和凹坑的结构示意图；
图5为现有技术中石墨基座生长产出的LED外延片发光波长示意图；
图6为本发明中石墨基座生长产出的LED外延片发光波长示意图。
图中：1、基座本体；2、第一放置槽组；201、放置槽；3、凹坑；301、第一角点；302、第二角点；303、第三角点；304、第一夹角；305、第二夹角；306、第三夹角；4、第一深度；401、第二深度。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提出的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本发明提供的一种石墨基座，应用于MOCVD设备，MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，MOCVD设备包括石墨基座、加热器和MO源氛围浓度，为实现对LED外延生长，需将衬底放置于MOCVD石墨基座上的放置槽201内，MOCVD石墨基座是衬底与MOCVD设备内加热器间的热传导媒介，因此，石墨基座的温度均匀性和稳定性对LED外延产业有至关重要的作用(MOCVD设备属于本领域常规现有技术)。
请参阅图1至图4，所示为本发明第一实施例中的一种石墨基座，应用于MOCVD设备，该石墨基座包括基座本体1，及设于基座本体1上的若干放置槽组，放置槽组包括多个放置槽201，放置槽201用于容纳衬底。
为解决现有技术中，LED外延片在迎风面与背风面区域MO源氛围浓度并入效率不一致而导致发光波长不均匀的问题，则在放置槽201内设有凹坑3，凹坑3的深度由靠近放置槽201的表面的一端逐渐向放置槽201的内部递增，且每个凹坑3的深度各不相同，其中，当MOCVD设备处于工作状态时，MOCVD设备内设有区域温度和MO源氛围浓度，凹坑3的深度与区域温度和MO源氛围浓度对应设置。
具体来说，区域温度和MO源氛围浓度为衬底的生长提供环境，该区域温度包括第一区域和第二区域，MO源氛围浓度包括第一MO源和第二MO源，凹坑3的深度包括第一深度4和第二深度401，其中，第一深度4的深度值与第一区域的温度和第二MO源的浓度对应设置，第二深度401的深度值与第二区域的温度和第一MO源的浓度对应设置，此外，第一区域的温度高于第二区域的温度，第一MO源的浓度大于第二MO源的浓度，第一深度4的深度值大于第二深度401的深度值。
在LED外延生长过程中，通过MOCVD设备内的加热器形成区域温度，该温度与衬底的媒介发生改变，由现有技术中单一的石墨基座媒介改变为基座本体1和凹坑3内的空气做媒介，由于两者的导热系数不一致，通过改变凹坑3深度以及凹坑3表面积，可以有效改变衬底不同区域受热温度，从而改善因区域温度分布不均匀、不同区域的MO源氛围浓度并入效率不一致，而导致外延片迎风面以及凹槽接触面处波长不均匀问题，该设置从整体上优化了LED外延片的均匀性，具体来说，即在区域温度较高和MO源氛围浓度较低的迎风面区域，对应的凹坑3深度较深，在区域温度较低以及MO源氛围浓度较高区域，对应凹坑3的深度较浅或为零。
进一步地，若干放置槽组包括第一放置槽组2，第一放置槽组2中的多个所述放置槽201沿着所述基座本体1的边缘设置，凹坑3设于第一放置槽组2的放置槽201内，且凹坑3包括第一角点301、第二角点302和第三角点303，沿放置槽201的中心与基座本体1的中心作参考线，第一角点301、第二角点302和第三角点303与参考线之间形成第一夹角304、第二夹角305和第三夹角306，其中，第二夹角305小于第三夹角306。
在实际情况中，凹坑3在放置槽201的表面投影为扇形，且该扇形与放置槽201的底部形成第一角点301、第二角点302和第三角点303，在扇形的下方开设有深度不一致凹坑3，示例并限定，凹坑3在MO源氛围浓度并入效率最低的迎风面区域的深度最深，且表面积最大，请参阅图4，即位于第二角点302和第三角点303的下方处的深度最深，深度由大至小逐渐向放置槽201的底部表面延伸，直至为零，且凹坑3的面积也逐渐减少，直至为零。
进一步地，第一夹角304、第二夹角305和第三夹角306的夹角度数均在0.01°-90°，示例并非限定，若第一夹角304的角度较小，则第一角点301与第二角点302之间的长度偏小，且第一角点301、第二角点302和第三角点303之间形成的表面积偏小，及凹坑3能影响的温度范围偏小，不足以抵消迎风面流场以及加热器分布带来的外延片波长不均匀的影响，对迎风面区域起到降温效果不佳，若第一夹角304偏大，第二夹角305偏小，则第一角点301、第二角点302和第三角点303形成的表面积偏大，对基座本体1温度分布会产生很大影响，使得温度会出现较大波动，不利于LED外延片生长时温度的调控。
进一步地，第一夹角304可为60度、第二夹角305可为25度以及第三夹角306可为60度，该设置，既可改善迎风面以及靠近内圈区域波长不均匀现象，又能避免基座本体1温场出现较大差异，剧烈波动的现象。
示例并非限定，凹坑3的深度包括第一深度4和第二深度401，第一深度4和第二深度401的深度值均在0.01um-30um，优选的，第一深度4的深度值在5um-30um，若凹坑3深度过浅，对迎风面波长不均匀的问题改善不明显，若凹坑3深度过深，加热器与衬底间空气作为导热媒介的占比多大，当LED外延片需要高温生长时，基座本体1传达到衬底的温度无法满足正常生长需求。
示例并非限定，第一深度4为8um，基座本体1的放置槽201内开设此凹坑3深度，能改善迎风面，保障发光波长的问题。
综上，本发明当中的一种石墨基座，相对于传统的石墨基座，至少具有如下有益效果：
1.本装置通过在放置槽201内设有凹坑3，以区别现有技术中从单一的石墨基座媒介改变为基座本体1和凹坑3内的空气做媒介，由于两者的导热系数不一致，通过改变凹坑3深度以及凹坑3表面积，可以有效改变衬底不同区域受热温度，从而改善因区域温度分布不均匀、不同区域的MO源氛围浓度并入效率不一致，而导致外延片迎风面以及凹槽接触面处波长不均匀问题，从整体上优化了LED外延片的均匀性，具体来说，在区域温度较高和MO源氛围浓度较低的迎风面区域，对应的凹坑3深度较深，在区域温度较低以及MO源氛围浓度较高区域，对应凹坑3的深度较浅或为零。
2.受迎风面以及相邻放置槽201相邻面的影响，迎风面以及不同圈别放置槽201接壤处位置MO源氛围浓度与其它位置存在差异，放置槽201内开设的凹坑3可以精准的调控该区域LED外延片的生长温度，改善LED外延片生长过程中反应气并入效率不一致而导致的波长均匀性差的问题。
以下，为本发明在实际情况中的数据表格：
以“波长标准差”来表征LED外延片发光波长均匀性，“波长标准差”越小，则LED外延片发光波长均匀性越好，原石墨基座与本实施例设计石墨基座生长的LED外延片波长标准差均值如表1所示：
表1
Figure BDA0003599321030000071
Figure BDA0003599321030000081
根据表1可知，本实施例相对比于原有石墨基座，波长标准差降低0.27，LED外延片的发光波长均匀性得到有效提升。
根据图5与图6对比：
请参阅图5所示，外圈LED外延片的发光波长在迎风面以及靠近内圈区域呈深阴影波长偏短，且以迎风面为起始延背风面方向，浅阴影区域面积逐渐减小，颜色也逐渐变浅，最终浅阴影区域呈现为扇形，此扇形区域与其他区域存在显著的色差，即此区域发光波长与其他区域存在显著差异。
请参阅图6所示，按照本发明设计的石墨基座，即在放置槽201内开设与浅阴影扇形区域相对应的凹坑3，并使用此实施例设计石墨基座进行试生长，得到LED外延片波长分布图如图6所示，从图6中可以看出，迎风面处浅阴影扇形区域与其他区域得到显著改善，也就是相较于原有的石墨基座设计，根据本实施例设计石墨基座进行LED外延片生长，得到的LED外延片具有更佳发光波长均匀性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种石墨基座，应用于MOCVD设备，其特征在于，包括基座本体，及设于所述基座本体上的若干放置槽组，所述放置槽组包括多个放置槽，所述放置槽内设有凹坑，所述凹坑的深度由靠近所述放置槽的表面的一端逐渐向所述放置槽的内部递增，且每个所述凹坑的深度各不相同；
其中，当所述MOCVD设备处于工作状态时，所述MOCVD设备内设有区域温度和MO源氛围浓度，所述凹坑的深度与所述区域温度和所述MO源氛围浓度对应设置。
2.根据权利要求1所述的石墨基座，其特征在于：所述区域温度包括第一区域和第二区域，所述MO源氛围浓度包括第一MO源和第二MO源，所述凹坑的深度包括第一深度和第二深度；
其中，所述第一深度的深度值与所述第一区域的温度和所述第二MO源的浓度对应设置，所述第二深度的深度值与所述第二区域的温度和所述第一MO源的浓度对应设置。
3.根据权利要求2所述的石墨基座，其特征在于：所述第一区域的温度高于所述第二区域的温度，所述第一MO源的浓度大于所述第二MO源的浓度，所述第一深度的深度值大于所述第二深度的深度值。
4.根据权利要求3所述的石墨基座，其特征在于：若干所述放置槽组包括第一放置槽组，所述第一放置槽组中的多个所述放置槽沿着所述基座本体的边缘设置，所述凹坑设于所述第一放置槽组的所述放置槽内。
5.根据权利要求2-4任一项所述的石墨基座，其特征在于：所述凹坑包括第一角点、第二角点和第三角点，沿所述放置槽的中心与所述基座本体的中心作参考线，所述第一角点、所述第二角点和所述第三角点与所述参考线之间分别形成第一夹角、第二夹角和第三夹角；
其中，所述第二夹角小于所述第三夹角。
6.根据权利要求5所述的石墨基座，其特征在于：所述第一夹角、第二夹角和第三夹角的夹角度数均在0.01°-90°。
7.根据权利要求5所述的石墨基座，其特征在于：所述第一夹角为60°、所述第二夹角为25°以及所述第三夹角为60°。
8.根据权利要求5所述的石墨基座，其特征在于：所述第一深度和所述第二深度的深度值均在0.01um-30um。
9.根据权利要求8所述的石墨基座，其特征在于：所述第一深度的深度值在5um-30um。
10.根据权利要求9所述的石墨基座，其特征在于：所述第一深度的深度值为8um。
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