一种外延片生长炉、设备、MOCVD方法及外延片与流程

本发明涉及mocvd技术领域，尤其涉及的是一种外延片生长炉、设备、mocvd方法及外延片。

背景技术：

microled技术，即led微缩化和矩阵化技术，是通过缩小led芯片的尺寸到几十微米，制备出micro-led，并可以在毫米量级的范围内制备成百上千个micro-led，形成micro-led阵列。由于微米级别尺寸，从而microled具有一些特殊的光电特性：良好的热扩散效应、可支撑极高的电流密度、高输出光功率密度、高光电调制带宽、较高的量子效率和较好的可靠性。microled的核心技术是纳米级led的转运，而不是制作led这个技术本身，包括巨量芯片光色等参数一致均匀性、微米级别器件贴片的高速率和严格精度、质量检测等巨量工程。

由于晶格匹配的原因，led微器件必须先在蓝宝石类的基板上通过分子束外延生长出来。而做成显示器，必须要把led发光微器件转移到玻璃基板上。由于制作led微器件的蓝宝石基板尺寸基本上就是硅晶元的尺寸，而制作显示器则是尺寸大得多的玻璃基板，因此必然需要进行多次转运。这对于micro-led的精度和亮度、颜色均匀性要求很高。

led的外延片是将衬底装载在生长炉中，在mocvd设备腔室内高速旋转，以tmga等三甲基镓源和氮气分别作为ga源和n源，以超纯氢气作为载气，在衬底上外援生长出三元或四元gan类半导体层。如图1所示，现有的生长炉101为平面圆形，衬底102以生长炉圆心和弧边为基准，为了腔室内各衬底外延层均匀，各衬底在外延层生长过程中会一直旋转，但同时因为一直旋转，离心力的作用使单片外延层上厚度会产生不均，外延层厚度不均会导致波长、亮度、色坐标的不均匀。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种外延片生长炉、设备、mocvd方法及外延片，旨在解决现有技术中的衬底在外延层生长过程中旋转，离心力的作用使单片外延层上厚度产生不均的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种外延片生长炉，其中，包括：用于放置衬底的生长炉本体，所述生长炉本体的上端面呈向下凹陷的球面状，所述球面状的上端面设置有预设标记位；当衬底放置于预设标记位上，且生长炉本体进行旋转时，衬底各处所受的离心力相同。

进一步地，所述生长炉本体上端面的预设标记位上对应开设有凹槽，所述凹槽用于盛放衬底。

进一步地，所述凹槽的底部与该凹槽中心对应的球面上的点和球面形成的切面相平行。

进一步地，所述生长炉本体的中心设置有轴孔。

进一步地，所述生长炉本体以所述轴孔与生长炉本体上端面所在的球心连成的直线做为轴线进行旋转。

进一步地，所述生长炉本体上端面边缘处还连接有柱状侧壁。

进一步地，所述生长炉本体上端面边缘处还连接有多面体状侧壁。

本发明还提供了一种设备，其中，所述设备包括如上所述的外延片生长炉。

本发明还提供了一种mocvd方法，其中，所述mocvd方法使用如上所述的外延片生长炉。

本发明还提供了一种外延片，其中，所述外延片由上述的mocvd方法制成。

本发明所提供的一种外延片生长炉、设备、mocvd方法及外延片，包括：用于放置衬底的生长炉本体，所述生长炉本体的上端面呈向下凹陷的球面状，所述球面状的上端面设置有预设标记位；当衬底放置于预设标记位上，且生长炉本体进行旋转时，衬底各处所受的离心力的差值在预设范围内。本发明通过将生长炉本体设置为向下凹陷的球面状，使得衬底能够放置于各处所受离心力相等或相近的位置，进而使得衬底上各处具有较为相同的生长应力，最后得到厚度较为均匀的外延片。

附图说明

图1是现有技术中外延片生长炉的较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明中外延片生长炉的较佳实施例的侧视图。

图3是本发明中外延片生长炉的较佳实施例的俯视图。

图4是本发明中外延片生长炉的另一较佳实施例的侧视图。

图5是本发明中外延片生长炉的又一较佳实施例的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前在手机、平板和电视等电子消费领域行业应用的led背光源技术已经非常成熟，采用毫米级别尺寸led，主要作用是给lcd液晶面板提供白光光源，在色彩饱和度、画质、对比度和可折叠弯曲性等方面落后于自发光的oled显示技术。为此同样具备自发光的microled显示由各大显示和led厂家加大投入研发，microled属于微米级别的微显示led，不仅具备oled的优点，而且寿命长、高亮度、不会出现oled烧屏等问题，未来有可能成为取代lcd和oled的第三代显示技术。mircoled在手机、电视等消费电子领域应用，也适合在户外显示或一些比较强烈的光照条件下使用，比如户外小型广告屏，汽车、高铁、飞机、船运等仪表显示。此外，microled具有可拼接、可裁剪的特性，在某些要求大面积、高清晰显示的场景中可得到应用，比如安保、智慧城市、智慧交通、地理气象的监控，航空航天、国防军事作战等监视场景。

请参阅图1，现有的led外延片的生长炉101属于平面圆形，衬底102以生长炉圆心和弧边为基准，均匀等间距分布于圆盘上，当衬底在腔室内高速旋转生长出三元或四元gan类半导体层时，其带来的离心力外切于衬底各级圆环，距离炉心越近的圆环处其离心力越大（即f3>f2>f1)，靠近生长炉的各半导体层（比如n型掺杂层、电流扩展层、mqw有源区、p型algan层等）越厚，其晶格常数匹配度和缺陷质量越好，最后导致芯片波长、亮度、色度等参数不均匀。

请参阅图2和图3，本发明所提供的外延片生长炉，包括：用于放置衬底202的生长炉本体201，所述生长炉本体201的上端面呈向下凹陷的球面状，所述球面状的上端面设置有预设标记位。当衬底202放置于预设标记位上，且生长炉本体201进行旋转时，所述衬底202各处所受的离心力的差值在预设范围内。生长炉本体201上端面上的预设标记位即为衬底202的放置位置，预设标记位的设置，可根据球面的曲率来计算，选择能够保持衬底202各处所受的离心力相同或相近的位置，离心力均为f1。优选的，预先设置预设范围，只要衬底202各处所受的离心力之差落在预设范围内，便可确定该预设标记位可达到衬底202各处所受的离心力相同或相近。所述生长炉本体201上端面呈凹陷的球面状，球面所在球体的半径可具体设置。当半径较大时，球面状的上端面的弯曲程度较小；当半径较小时，球面状的上端面的弯曲程度较大。

由于呈平面的生长炉在转动时会导致距离炉心越近的圆环处其离心力越大，导致制作出的外延片厚度不均匀，本发明将生长炉本体201上端面设计为凹陷的球面状，将衬底202放置在生长炉上端面，外延片各处距离球面所处球体的球心o具有相同的距离，同时，同一片衬底生长出的外延片每处所承受高速旋转的离心力是大致相同的。当衬底202在腔室内高速旋转生长出三元或四元gan类半导体层时，衬底202上各处具有相同的生长应力，最后得到厚度均匀的外延片。通过本发明可以得到波长段集中，亮度和色坐标均匀的应用于micro-led的外延片。

在本发明较佳实施例中，生长炉本体201是各处厚度相同的部分球面，即，生长炉本体201的上端面为所在球体的内表面，生长炉的下端面为所在球体的外表面。可以理解的，本发明也可以设计为生长炉本体201的上端面呈凹陷的球面状，而下端面为其他形状，如平面，或对称设计的曲面。

进一步的，本发明的预设标记位，即放置衬底202的位置，是根据生长炉上端面的曲面程度，选择离心力相同或相似的位置，可知，所述预设标记位具有多个，可在上端面上设置一圈预设标记位，所述预设标记为之间的间距相同，预设标记位的个数不限。这样，生长炉本体上可放置一圈衬底202，衬底202个数不限，各个衬底202之间保持相同的间距，保证了各个衬底之间也具有相同的离心力f1。

在本发明较佳实施例中，所述生长炉本体201上端面的预设标记位上对应开设有凹槽，所述凹槽用于盛放衬底202。所述生长炉本体201具有一定的厚度，优选的，预先在生长炉本体201的上端面上开设用于盛放衬底202的凹槽，防止在高速旋转时滑动。可以理解的，凹槽的位置也是各处所受离心力相同或大致相同的位置。

进一步的，为了保持衬底202在放入凹槽后各处所受到的离心力相同或大致相同，所述凹槽的底部与该凹槽中心对应的球面上的点和球面形成的切面相平行。也就是说，确定生长炉本体201上端面所在的球心o，凹槽的中心与球心o的连成一条直线，所述直线与球面相交于一交点，做交点与所述球面的切面，所述凹槽的底部设置为与所述切面相平行的平面，这样，将衬底202放入凹槽后，当生长炉本体201进行旋转时，即可保持衬底202各处所受的离心力相同或相近。

在本发明较佳实施例中，所述生长炉本体201的中心设置有轴孔。所述生长炉本体201以所述轴孔与生长炉本体201上端面所在的球心o连成的直线做为轴线进行旋转。这样可以保持外延片生长炉旋转时的平衡，继而保持衬底202上各处所受的离心力相同或相近。

进一步地，所述生长炉本体201上端面边缘处还连接有侧壁。

在本发明较佳实施例中，请参阅图4，所述生长炉本体201上端面边缘处还连接有柱状侧壁203。也就是说，生长炉本体201是球体的一部分，而生长炉本体201上方可以设置为球形，也可以设置为柱状侧壁203，即生长炉本体201的侧壁呈圆柱体状，这样仍然能够保持生长炉整体的平衡。

在本发明另一较佳实施例中，请参阅图5，所述生长炉本体201上端面边缘处还连接有多面体状侧壁204，所述多面体侧壁是沿轴线呈中心对称的，依然能够保持生长炉整体的平衡。

本发明中的侧壁还可以有其他形状或多个形状的结合，在此不再列举。

本发明还提供了一种设备，其中，所述设备包括如上所述的外延片生长炉；具体如上所述。

本发明还提供了一种mocvd方法，其中，所述mocvd方法使用如上所述的外延片生长炉；具体如上所述。

mocvd方法是在气相外延生长(vpe)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，是以ⅲ族、ⅱ族元素的有机化合物和v、ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种ⅲ-v主族、ⅱ-ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料的方法。led芯片、各种ic、二极管或三极管等所使用的外延片均可由mocvd方法获得。

本发明还提供了一种外延片，其中，所述外延片由上述的mocvd方法制成；具体如上所述。

本发明制备的外延片不限于应用在led所需的led芯片，还包括各种ic、二极管或三极管等所具有和led芯片相同制备工艺的外延片。

综上所述，本发明公开的一种外延片生长炉、设备、mocvd方法及外延片，包括：用于放置衬底的生长炉本体，所述生长炉本体的上端面呈向下凹陷的球面状，所述球面状的上端面设置有预设标记位；当衬底放置于预设标记位上，且生长炉本体进行旋转时，所述衬底各处所受的离心力的差值在预设范围内。本发明通过将生长炉本体设置为向下凹陷的球面状，使得衬底能够放置于各处所受离心力相等或相近的位置，进而使得衬底上各处具有较为相同的生长应力，最后得到厚度较为均匀的外延片。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。