提高外延片成片良率的外延托盘及其使用方法与流程

1.本公开涉及外延生长技术领域，特别涉及一种提高外延片成片良率的外延托盘。


背景技术：

2.外延托盘是金属有机化合物化学气相沉积(英文：metal-organic chemical vapor deposition，简称：mocvd)设备的一部分，且外延托盘通常位于mocvd设备的反应腔内。外延托盘通常为圆柱体，外延托盘的一端的端面上设置有多个同心的衬底放置圈，每个衬底放置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。
3.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。在外延生长过程中，由于mocvd设备会控制外延托盘高速转动，衬底支撑在圆形凹槽内时，可能出现外延托盘转速过快而衬底在惯性作用下脱离圆形凹槽的情况。脱离出圆形凹槽的衬底上难以成片，且脱离圆形凹槽的衬底也会影响反应腔内的流场并可能砸到其他的衬底片和石墨盘，从而造成部分衬底片的碎裂、划伤和石墨盘的磕伤报废等问题，导致外延托盘上同批次产出的衬底上形成的可用且质量较好的外延片的概率下降，影响外延托盘上同一批次的外延片的成片良率。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种提高外延片发光均匀度的外延托盘，能够提高外延托盘上同批次产出的外延片的成片良率。所述技术方案如下：
5.本公开实施例提供了一种提高外延片成片良率的外延托盘，所述外延托盘为圆柱体，所述外延托盘在所述端面具有多个同心的衬底放置圈，每个所述衬底放置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，
6.每个所述圆形凹槽被所述圆形凹槽对应的所述衬底放置圈划分为靠近所述外延托盘的轴线的第一部分与远离所述外延托盘的轴线的第二部分，所述圆形凹槽的侧壁具有多个并列的波浪条形槽，所述多个并列的波浪条形槽在所述圆形凹槽的底面的正投影与所述第二部分存在重合区域。
7.可选地，所述多个波浪条形槽在所述圆形凹槽的底面的正投影所对应的圆心角为5～120
°
。
8.可选地，所述波浪条形槽的宽度与相邻的两个所述波浪条形槽之间的距离之比为1/5～1。
9.可选地，所述波浪条形槽的宽度为20～60微米。
10.可选地，相邻的两个所述波浪条形槽之间的距离为20～300微米。
11.可选地，每个所述波浪条形槽均包括第一弧形部分与第二弧形部分，所述第一弧形部分的一端与所述第二弧形部分的一端相连，所述第一弧形部分所对应的圆心与所述第二弧形部分所对应的圆心分别位于所述波浪条形槽宽度方向上的两侧。
12.可选地，所述波浪条形槽的两端的连线与所述外延托盘的轴线之间的夹角为0～15
°
。
13.可选地，所述第一弧形部分所对应的半径与所述第二弧形部分所对应的半径相等，所述第一弧形部分所对应的圆心角与所述第二弧形部分所对应的圆心角相等。
14.本公开实施例提供了一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法，所述使用方法采用如前所述的提高外延片成片良率的外延托盘实现，所述使用方法包括：
15.将所述外延托盘安装至金属有机化学气相沉积设备中；
16.在所述外延托盘的每个所述圆形凹槽内放置衬底；
17.转动所述外延托盘并向反应腔通入气体以在所述衬底上生长外延层。
18.可选地，每个所述圆形凹槽的波浪条形槽的高度较大的一端为进气端。
19.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
20.外延托盘为圆柱体，外延托盘的一个端面上多个同心的衬底放置圈包括多个圆形凹槽，圆形凹槽可以用于放置衬底，以保证外延材料可以在圆形凹槽内的衬底进行生长。将每个圆形凹槽被圆形凹槽对应的衬底放置圈划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分与远离外延托盘的轴线的第二部分，在每个圆形凹槽的侧壁设置多个并列的波浪条形槽，且多个并列的波浪条形槽在圆形凹槽的底面的正投影与第二部分存在重合区域。与圆形凹槽的第二部分存在重合区域的波浪条形槽可以有效增加衬底与圆形凹槽的侧壁之间在各方向上的摩擦力，可以有效降低外延托盘在高速转动的过程中，衬底在惯性或者离心力的作用下脱离圆形凹槽的可能性，以降低衬底损坏并影响其他衬底上生长外延材料的可能，提高外延托盘同批次产出的外延片的成片良率。
附图说明
21.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。
22.图1是本公开实施例提供的一种提高外延片成片良率的外延托盘的俯视图；
23.图2是本公开实施例提供的一种圆形凹槽的结构示意图；
24.图3是本公开实施例提供的另一种圆形凹槽的结构示意图；
25.图4是本公开实施例提供的一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法流程图；
26.图5是本公开实施例提供的另一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法流程图；
27.图6是本公开实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
28.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。
29.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。“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。
30.图1是本公开实施例提供的一种提高外延片成片良率的外延托盘的结构示意图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种提高外延片成片良率的外延托盘，外延托盘为圆柱体，外延托盘在端面具有多个同心的衬底放置圈1，每个衬底放置圈1都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽11。
31.每个圆形凹槽11被圆形凹槽11对应的衬底放置圈1划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分12与远离外延托盘的轴线的第二部分13，圆形凹槽11的侧壁具有多个并列的波浪条形槽111，多个并列的波浪条形槽111在圆形凹槽11的底面的正投影位于第二部分13内。
32.外延托盘为圆柱体，外延托盘的一个端面上多个同心的衬底放置圈1包括多个圆形凹槽11，圆形凹槽11可以用于放置衬底，以保证外延材料可以在圆形凹槽11内的衬底进行生长。将每个圆形凹槽11被圆形凹槽11对应的衬底放置圈1划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分12与远离外延托盘的轴线的第二部分13，在每个圆形凹槽11的侧壁设置多个并列的波浪条形槽111，且多个并列的波浪条形槽111在圆形凹槽11的底面的正投影与第二部分13存在重合区域。与圆形凹槽11的第二部分13存在重合区域的波浪条形槽111可以有效增加衬底与圆形凹槽11的侧壁之间在各方向上的摩擦力，可以有效降低外延托盘在高速转动的过程中，衬底在惯性或者离心力的作用下脱离圆形凹槽11的可能性，以降低衬底损坏并影响其他衬底上生长外延材料的可能，提高外延托盘同批次产出的外延片的成片良率。
33.需要说明的是，外延托盘在转动过程中，放置在圆形凹槽11内的衬底在惯性与离心力的作用下，衬底会有向远离外延托盘的轴线的方向移动。因此衬底的侧壁会主要与圆形凹槽11远离外延托盘的一部分侧壁相接触。因此波浪条形槽111设置在圆形凹槽11的第二部分13的侧壁上，可以保证圆形凹槽11的结构稳定且有效增加衬底与圆形凹槽11之间摩擦力的同时，合理控制外延托盘所需的制备成本。
34.在本公开所提供的实现方式中，圆形凹槽11的直径可为常见的4英寸、6英寸、8英寸或者12英寸。可以适用于生长不同直径规格的衬底。
35.可选地，多个波浪条形槽111在圆形凹槽11的底面的正投影所对应的圆心角为5～120
°
。
36.多个波浪条形槽111在圆形凹槽11的底面的正投影所对应的圆心角在以上范围内，可以保证衬底与圆形凹槽11之间的有效接触与成本的有效控制，保证最终得到的外延片成片良率的同时合理控制外延片的制备成本。
37.可选地，波浪条形槽111的宽度与相邻的两个波浪条形槽111之间的距离之比为1/5～1。
38.波浪条形槽111的宽度与相邻的两个波浪条形槽111之间的距离之比在以上范围
内，可以有效提高圆形凹槽11的侧壁与衬底之间的摩擦力，同时也便于圆形凹槽11的制备，可以有效控制外延托盘的制备成本。
39.可选地，波浪条形槽111的宽度为20～60微米。可以便于圆形凹槽11的制备的同时有效降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性。
40.示例性地，波浪条形槽111与外延托盘具有圆形凹槽11的端面之间的距离为10-40微米。可以保证波浪条形槽111与衬底之间的稳定支撑的同时，可以降低圆形凹槽11的加工难度，控制外延托盘的制备成本。
41.在本公开所提供的其他实现方式中，波浪条形槽111与外延托盘具有圆形凹槽11的端面之间的距离为10-30微米。降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性的效果更好。
42.可选地，相邻的两个波浪条形槽111之间的距离为20～300微米。
43.相邻的两个波浪条形槽111之间的距离在以上范围内，可以降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性的同时便于圆形凹槽11的清理。
44.图2是本公开实施例提供的一种圆形凹槽的结构示意图，参考图2可知，每个波浪条形槽111均包括第一弧形部分与第二弧形部分，第一弧形部分的一端与第二弧形部分的一端相连，第一弧形部分所对应的圆心与第二弧形部分所对应的圆心分别位于波浪条形槽111宽度方向上的两侧。
45.波浪条形槽111采用上述结构，可以有效降低衬底脱离圆形凹槽11的风险的同时便于圆形凹槽11的清理。
46.可选地，波浪条形槽111的两端的连线与外延托盘的轴线之间的夹角为0～15
°
。
47.波浪条形槽111的两端的连线与外延托盘的轴线之间的夹角在以上范围内，降低衬底脱离圆形凹槽11的效果较好。
48.可选地，第一弧形部分所对应的半径与第二弧形部分所对应的半径相等，第一弧形部分所对应的圆心角与第二弧形部分所对应的圆心角相等。可以便于波浪条形槽111的制备，合理控制外延托盘的制备成本。
49.可选地，波浪条形槽111的个数为1～20个。可以有效降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性。
50.示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，波浪条形槽111的两端之间的连线可平行于外延托盘的轴线，此时波浪条形槽111的个数可为10～20，波浪条形槽111的两端之间的最小距离可为50～100微米。可以有效提高衬底与圆形凹槽11之间的摩擦力，降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性。
51.需要说明的是，波浪条形槽111不为闭环形状的前提下，波浪条形槽111在圆形凹槽11的底面的正投影所对应的圆心角可为5～120
°
。可以降低衬底脱离圆形凹槽11的同时降低制备成本。
52.图3是本公开实施例提供的另一种圆形凹槽的结构示意图，参考图3可知，在本公开所提供的一种实现方式中，波浪条形槽111也可为首尾相连的闭环状，波浪条形槽111的两端的连线垂直于外延托盘的轴线。也可以起到有效提高衬底与圆形凹槽11之间的摩擦力以降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性。
53.示例性地，波浪条形槽111为首尾相连的闭环状的情况下，波浪条形槽111的个数可为1～4。可以降低衬底脱离圆形凹槽11的可能性的同时合理控制外延托盘的制备成本。
54.图4是本公开实施例提供的一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法流程图，参考图4可知，本公开实施例提供了一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法，使用方法采用如前的提高外延片成片良率的外延托盘实现，使用方法包括：
55.s101：外延托盘为圆柱体，外延托盘在端面具有多个同心的衬底放置圈，每个衬底放置圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。每个圆形凹槽被圆形凹槽对应的衬底放置圈划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分与远离外延托盘的轴线的第二部分，圆形凹槽的侧壁具有多个并列的波浪条形槽，多个并列的波浪条形槽在圆形凹槽的底面的正投影位于第二部分内。将外延托盘安装至金属有机化学气相沉积设备中。
56.s102：在外延托盘的每个圆形凹槽内放置衬底。
57.s103：转动外延托盘并向反应腔通入气体以在衬底上生长外延层。
58.外延托盘为圆柱体，外延托盘的一个端面上多个同心的衬底放置圈包括多个圆形凹槽，圆形凹槽可以用于放置衬底，以保证外延材料可以在圆形凹槽内的衬底进行生长。将每个圆形凹槽被圆形凹槽对应的衬底放置圈划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分与远离外延托盘的轴线的第二部分，在每个圆形凹槽的侧壁设置多个并列的波浪条形槽，且多个并列的波浪条形槽在圆形凹槽的底面的正投影与第二部分存在重合区域。与圆形凹槽的第二部分存在重合区域的波浪条形槽可以有效增加衬底与圆形凹槽的侧壁之间在各方向上的摩擦力，可以有效降低外延托盘在高速转动的过程中，衬底在惯性或者离心力的作用下脱离圆形凹槽的可能性，以降低衬底损坏并影响其他衬底上生长外延材料的可能，提高外延托盘同批次产出的外延片的成片良率。
59.图5是本公开实施例提供的另一种提高外延片成片良率的外延托盘的使用方法流程图，参考图5可知，使用方法可包括：
60.s201：外延托盘为圆柱体，外延托盘在端面具有多个同心的衬底放置圈，每个衬底放置圈都包括多个沿外延托盘的周向均匀分布的圆形凹槽。每个圆形凹槽被圆形凹槽对应的衬底放置圈划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分与远离外延托盘的轴线的第二部分，圆形凹槽的侧壁具有多个并列的波浪条形槽，多个并列的波浪条形槽在圆形凹槽的底面的正投影位于第二部分内。将外延托盘安装至金属有机化学气相沉积设备中。
61.外延托盘的安装方式与常规的外延托盘的安装方式相同，需要将外延托盘放入金属有机化学气相沉积设备的反应腔内，且外延托盘具有圆形凹槽的端面面向反应腔的顶部，外延托盘的另一个端面安装在金属有机化学气相沉积设备的驱动结构上。
62.s202：在外延托盘的每个圆形凹槽内放置衬底。
63.衬底可为常规的蓝宝石衬底或者其他材质的衬底，本公开对此不做限制。
64.s203：转动外延托盘并向反应腔通入气体以在衬底上生长gan缓冲层、非掺杂gan层、n型层、发光层、algan电子阻挡层、p型接触层与p型层，每个圆形凹槽的波浪条形槽的高度较大的一端为进气端。
65.每个圆形凹槽的波浪条形槽的高度较大的一端为进气端，可以减少波浪条形槽对反应腔内流场的影响，同时也便于后续波浪条形槽的清理。
66.为便于理解，此处可提供外延片中各层外延材料的生长条件，外延片中各层外延材料的生长条件可如下文所示。
67.可选地，gan缓冲层的厚度可为1～2微米。可以保证得到的gan缓冲层的质量较好。
68.示例性地，gan缓冲层的生长温度可为530～560℃，压力可为200～500mtorr。得到的gan缓冲层的质量较好。
69.可选地，非掺杂gan层的厚度可为0.5～3um。
70.示例性地，非掺杂gan层的生长温度可为1000～1100℃，生长压力控制在100～300torr。得到的非掺杂gan层的质量较好。
71.可选地，n型层为n型gan层，n型gan层的生长温度可为1000～1100℃，n型gan层的生长压力可为100～300torr。
72.可选地，n型gan层的厚度可为0.5～3um。
73.可选地发光层可以包括交替生长的ingan阱层和gan垒层。反应室压力控制在200torr。生长ingan阱层时，反应室温度为760～780℃。生长gan垒层时，反应室温度为860～890℃。得到的发光层的质量较好。
74.示例性地，algan电子阻挡层的生长温度可为800～1000℃，algan电子阻挡层的生长压力可为100～300torr。在此条件下生长得到的algan电子阻挡层的质量较好，有利于提高发光二极管的发光效率。
75.可选地，p型层为p型gan层，p型gan层的生长压力可为200～600torr，p型gan层的生长温度可为800～1000℃。
76.可选地，p型接触层的生长压力可为100～300torr，p型接触层的生长温度可为800～1000℃。
77.外延托盘为圆柱体，外延托盘的一个端面上多个同心的衬底放置圈包括多个圆形凹槽，圆形凹槽可以用于放置衬底，以保证外延材料可以在圆形凹槽内的衬底进行生长。将每个圆形凹槽被圆形凹槽对应的衬底放置圈划分为靠近外延托盘的轴线的第一部分与远离外延托盘的轴线的第二部分，在每个圆形凹槽的侧壁设置多个并列的波浪条形槽，且多个并列的波浪条形槽在圆形凹槽的底面的正投影与第二部分存在重合区域。与圆形凹槽的第二部分存在重合区域的波浪条形槽可以有效增加衬底与圆形凹槽的侧壁之间在各方向上的摩擦力，可以有效降低外延托盘在高速转动的过程中，衬底在惯性或者离心力的作用下脱离圆形凹槽的可能性，以降低衬底损坏并影响其他衬底上生长外延材料的可能，提高外延托盘同批次产出的外延片的成片良率。
78.需要说明的是，在本公开实施例中，采用veecok 465i or c4 or rb mocvd(metal organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现发光二极管的生长方法。采用高纯h2(氢气)或高纯n2(氮气)或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯nh3作为n源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，三甲基铝(tmal)作为铝源，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。
79.执行完步骤s203后的发光二极管外延片的结构可参见图6。
80.图6是本公开实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图，参考图6可知，在本公开提供的一种实现方式中，得到的发光二极管外延片可包括衬底1及生长在衬底1上的gan缓冲层2、非掺杂gan层3、n型gan层4、发光层5、algan电子阻挡层6、p型gan层7及p型接触层8。
81.需要说明的是，图6中所示的发光二极管外延片仅用于示例，在本公开所提供的其他实现方式中，外延托盘也可以用于生长其他类型的发光二极管外延片，或者生长不同的
半导体外延片，本公开对此不做限制。
82.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。