[發明專利]用于MOCVD系統中控制外延片發光波長及均勻性的裝置與方法

無效

• 申請號: 201310477602.1
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103526190A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 紀攀峰;馬平;王軍喜;胡強;冉軍學;曾一平;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C23C16/52
• 分類號: C23C16/52;C30B25/16;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種用于生產化合物半導體光電器件的MOCVD(金屬有機化學氣相沉淀)系統及其控制方法，特別涉及其中用于控制外延片發光波長及均勻性的裝置與方法。

背景技術

金屬有機化學氣相沉積系統(以下簡稱MOCVD)，是在外延片上通過沉積一層或持續沉積多層外延晶格結構薄膜，以形成如發光二極管(LED)等半導體器件的過程。所述器件如波長(顏色)、亮度和前置電壓的正態分布的性能和良品率，直接由外延片(或稱襯底基片)上各層外延薄膜的質量、厚度與材料組成的均勻性決定；而該外延薄膜的均勻性，又由外延片的溫度均勻性和外延片表面上反應氣體的均勻混和與分布直接關聯。例如，在外延關鍵的發光晶格薄膜時，如外延片的溫差大于3℃，該器件的良品率就可能降低15％-20％。

另外，為提高系統的產能，降低基片外延的生產成本，在MOCVD反應腔內同時進行外延生長的外延片數量在不斷增加，其中不乏大尺寸的外延片。因此，在外延晶格薄膜時，如何控制外延片之間，以及單個大尺寸外延片上發光波長的均勻性，對于獲得高質量的外延薄

膜和提高器件良品率至關重要。

控制外延片在金屬有機化學氣相沉積外延晶格薄膜時的溫度及均勻性，首先，需要其加熱器直接或通過放置外延片的托盤，在同一外延工藝溫度或在不同的外延工藝溫度下，都能對外延片進行均勻的加熱。

這一要求對外延如發光二級管(LED)的晶格薄膜時尤為重要，其多層薄膜均在同一反應腔內持續完成，而且其關鍵的幾層薄膜對溫度的均勻性要求很高，而不同的外延工藝之間溫度又相差很大。例如，發光層薄膜的外延工藝溫度為700℃-900℃，P-結薄膜為900℃-1050℃，N-結薄膜為1020℃-1050℃。

由于在不同的外延工藝溫度條件下，外延反應腔內的熱平衡條件不同，每個外延片，尤其是放置在托盤不同徑向位置上的外延片，其接收的熱量與流失的熱量會有很大差異，因此，外延片加熱器必須具有很大的均勻加熱的可調節性。

在外延工藝過程中，需要測量外延片的溫度，單個外延片溫度的均勻性，及外延片之間的溫度均勻性，該溫度的測量方法不僅需精確、快速，而且所測得的數據能通過溫度控制裝置有效、及時地控制外延片的溫度及均勻性，尤其是外延片與外延片之間的溫度均勻性。

所述測量外延片發光波長的裝置及調節外延片均勻性的裝置，與溫度控制裝置協同工作，一般根據外延片發光波長測量的反饋數據、外延片工藝設定的發光波長、外延工藝規定的溫度、和外延片加熱器所設計的功能，控制加熱器各區域的功率，以實現對外延片的發光波長、溫度及均勻性的控制。

而控制外延片的發光波長及均勻性有兩個關鍵的性能指標，精確性和穩定性。其中，精確性是指所控的實際發光波長與規定發光波長的精確程度；穩定性是指所控的實際發光波長達到規定發光波長范圍的時間及在整個控制過程中實際溫度的變化程度。因此，外延片發光波長及均勻性控制的精確性和穩定性，由外延片溫度控制反饋系統、加熱器的功能、溫度的測量方法、及溫度的控制方法決定。

發明內容

本發明的目的是提供一種在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)外延晶格薄膜時，控制外延片發光波長及均勻性的裝置與方法，能夠在持續外延不同晶格薄膜時，在很大溫度范圍內有效地控制單一外延片的溫度及均勻性，而且能有效地控制外延片之間的溫度及均勻性。

本發明提供1.一種用于MOCVD系統中控制外延片發光波長及其均勻性的裝置，包含通過上表面設置的若干凹盤對應放置有若干外延片的托盤、設置在頂蓋上方的一組非接觸式、發光補償的激光測試發光波長譜儀，以及設置在托盤下方的加熱器，其中：

所述托盤沿徑向設置有若干同心圓但半徑遞增的環狀區域，所述若干外延片分布排列在該若干環狀區域內；

所述一組非接觸光學測試外延片發光波長測試儀沿徑向排列在所述托盤上方，每個或相鄰若干非接觸式光學外延片發光波長測試儀，對應監測所述托盤上同一環狀區域內的至少一個或多個外延片的發光波長；

所述加熱器包含同心圓設置的一組環狀排列、獨立功率輸入的多個加熱元件，每一個或相鄰若干個所述加熱元件通過加熱托盤，對應加熱托盤上排列在同一環狀區域上的若干外延片。

本發明還提供一種用于MOCVD系統中控制外延片發光波長及均勻性的方法，包含以下步驟：

步驟1：由徑向設置的一組非接觸式光學外延片發光波長測試儀中的一個或者相鄰若干個，對應測量托盤上同一環狀區域中多個外延片的發光波長，并反饋至溫度控制器進行統計處理；