[发明专利]用于MOCVD系统中控制外延片发光波长及均匀性的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产化合物半导体光电器件的MOCVD(金属有机化学气相沉淀)系统及其控制方法，特别涉及其中用于控制外延片发光波长及均匀性的装置与方法。

背景技术

金属有机化学气相沉积系统(以下简称MOCVD)，是在外延片上通过沉积一层或持续沉积多层外延晶格结构薄膜，以形成如发光二极管(LED)等半导体器件的过程。所述器件如波长(颜色)、亮度和前置电压的正态分布的性能和良品率，直接由外延片(或称衬底基片)上各层外延薄膜的质量、厚度与材料组成的均匀性决定；而该外延薄膜的均匀性，又由外延片的温度均匀性和外延片表面上反应气体的均匀混和与分布直接关联。例如，在外延关键的发光晶格薄膜时，如外延片的温差大于3℃，该器件的良品率就可能降低15％-20％。

另外，为提高系统的产能，降低基片外延的生产成本，在MOCVD反应腔内同时进行外延生长的外延片数量在不断增加，其中不乏大尺寸的外延片。因此，在外延晶格薄膜时，如何控制外延片之间，以及单个大尺寸外延片上发光波长的均匀性，对于获得高质量的外延薄

膜和提高器件良品率至关重要。

控制外延片在金属有机化学气相沉积外延晶格薄膜时的温度及均匀性，首先，需要其加热器直接或通过放置外延片的托盘，在同一外延工艺温度或在不同的外延工艺温度下，都能对外延片进行均匀的加热。

这一要求对外延如发光二级管(LED)的晶格薄膜时尤为重要，其多层薄膜均在同一反应腔内持续完成，而且其关键的几层薄膜对温度的均匀性要求很高，而不同的外延工艺之间温度又相差很大。例如，发光层薄膜的外延工艺温度为700℃-900℃，P-结薄膜为900℃-1050℃，N-结薄膜为1020℃-1050℃。

由于在不同的外延工艺温度条件下，外延反应腔内的热平衡条件不同，每个外延片，尤其是放置在托盘不同径向位置上的外延片，其接收的热量与流失的热量会有很大差异，因此，外延片加热器必须具有很大的均匀加热的可调节性。

在外延工艺过程中，需要测量外延片的温度，单个外延片温度的均匀性，及外延片之间的温度均匀性，该温度的测量方法不仅需精确、快速，而且所测得的数据能通过温度控制装置有效、及时地控制外延片的温度及均匀性，尤其是外延片与外延片之间的温度均匀性。

所述测量外延片发光波长的装置及调节外延片均匀性的装置，与温度控制装置协同工作，一般根据外延片发光波长测量的反馈数据、外延片工艺设定的发光波长、外延工艺规定的温度、和外延片加热器所设计的功能，控制加热器各区域的功率，以实现对外延片的发光波长、温度及均匀性的控制。

而控制外延片的发光波长及均匀性有两个关键的性能指标，精确性和稳定性。其中，精确性是指所控的实际发光波长与规定发光波长的精确程度；稳定性是指所控的实际发光波长达到规定发光波长范围的时间及在整个控制过程中实际温度的变化程度。因此，外延片发光波长及均匀性控制的精确性和稳定性，由外延片温度控制反馈系统、加热器的功能、温度的测量方法、及温度的控制方法决定。

发明内容

本发明的目的是提供一种在金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延晶格薄膜时，控制外延片发光波长及均匀性的装置与方法，能够在持续外延不同晶格薄膜时，在很大温度范围内有效地控制单一外延片的温度及均匀性，而且能有效地控制外延片之间的温度及均匀性。

本发明提供1.一种用于MOCVD系统中控制外延片发光波长及其均匀性的装置，包含通过上表面设置的若干凹盘对应放置有若干外延片的托盘、设置在顶盖上方的一组非接触式、发光补偿的激光测试发光波长谱仪，以及设置在托盘下方的加热器，其中：

所述托盘沿径向设置有若干同心圆但半径递增的环状区域，所述若干外延片分布排列在该若干环状区域内；

所述一组非接触光学测试外延片发光波长测试仪沿径向排列在所述托盘上方，每个或相邻若干非接触式光学外延片发光波长测试仪，对应监测所述托盘上同一环状区域内的至少一个或多个外延片的发光波长；

所述加热器包含同心圆设置的一组环状排列、独立功率输入的多个加热元件，每一个或相邻若干个所述加热元件通过加热托盘，对应加热托盘上排列在同一环状区域上的若干外延片。

本发明还提供一种用于MOCVD系统中控制外延片发光波长及均匀性的方法，包含以下步骤：

步骤1：由径向设置的一组非接触式光学外延片发光波长测试仪中的一个或者相邻若干个，对应测量托盘上同一环状区域中多个外延片的发光波长，并反馈至温度控制器进行统计处理；