一种多功能mocvd在线红外监测探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及MOCVD (金属有机化合物化学气相沉积）在线红外监测探头，尤其 涉及一种能同时监测三种红外辐射温度与两个波长的激光干涉曲线MOCVD在线红外监测 探头。
【背景技术】
[0002] MOCVD (金属有机物化学气相沉积）是生产LED外延片的核心设备，在利用MOCVD 进行高质量半导体薄膜的外延生长过程中，反应室内的温度及均匀性、外延层的生长速率、 各层薄膜厚度等参数都会影响生长材料的质量，以及最终器件的性能。例如：在以Si (111) 为衬底，生长GaN基多量子阱结构LED外延片的掺铟过程中，温度每偏差1°C，将会最终引起 器件的中心波长漂移约1.2nm〇
[0003] MOCVD在线监测技术一般都是通过光学方式，透过反应室上预留的石英光学窗口 对石墨盘上外延片的温度、薄膜厚度、翘曲度以及其他参数进行实时在线的无损监测。这些 参数信息可以实时地给外延工程师提供参考，用于及时优化生长工艺、提高产品良率。
[0004] 当前生产型MOCVD常用的在线监测设备有红外辐射测温仪和激光膜厚仪。红外辐 射测温仪是通过探测反应室内的红外辐射强度，利用KirchhofT定律和Planck公式来监测 反应室内的温度；激光膜厚仪是利用激光束在外延层上产生Fabry-perot干涉，通过光探 测器监测反射率的周期性变化来测量膜厚的变化。
[0005] 目前市场上常见的MOCVD在线监测设备生产厂家有德国AIXTRON、LeyTec、美国 Veeco等。这些在监测设备均不能同时监测温度与反射率，其红外测温仪也不能同时给出三 种辐射温度，激光膜厚仪也不能同时给出两个波长的干涉曲线，无法实现相互校正。
[0006] 本多功能MOCVD在线红外监测探头能同时监测温度与反射率，大大增加了在线监 测设备的集成度，节约了空间，使MOCVD同时安置多种在线监测设备成为可能。另外，该功 能MOCVD在线红外监测探头能同时给出三种红外辐射温度与两个波长的激光干涉曲线，可 相互校正，提高了测量的准确率。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种能同时监测三种红外辐射温度与两个波长的激 光干涉曲线的多功能MOCVD在线红外监测探头。
[0008] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0009] -种多功能MOCVD在线红外监测探头，包括一个监测探头盒体，在盒体内设有若 干个上下分布的圆柱状的分光片腔，各分光片腔腔体内放置有呈角度分布的分光片或滤光 片；各分光片腔腔体之间留有同轴的进光孔，在盒体侧壁、分光片腔顶部和分光片腔下方分 别设有进光孔或出光孔；上部分光片腔对应的盒体顶部和侧壁分别设有光感探测器，中部 分光片腔对应的盒体侧壁设有940nm激光器，下部分光片腔对应的盒体侧壁设有1550nm激 光器；上部分光片腔、中部分光片腔和下部分光片腔的盒体侧壁设置的光感探测器或激光 器分别交错分布；光感探测器或激光器与对应的电路板相连，电路板连接至上位机。
[0010] 进一步地，所述上部分光片腔中放置有135°二向色滤光片，其截止波长为 1200nm，反射波段为1260-1560nm，透射波段为624-1152nm，反射率>95 %，透射率>80 %。
[0011] 进一步地，所述上部分光片腔对应的盒体顶部设有光感探测器II，光感探测器II 内侧设有940nm窄带滤光片，其中心波长为940nm、半峰宽为10nm、OD值为6。
[0012] 进一步地，所述上部分光片腔对应的盒体侧壁设有光感探测器I，光感探测器I内 侧设有1550nm窄带滤光片，其中心波长为1550nm、半峰宽为10nm、OD值为6。
[0013] 进一步地，所述中部分光片腔中放置有45°分光片，其反射率为7%，透射率为 93%〇
[0014] 进一步地，所述下部分光片腔中放置有135°分光片，其反射率为7%，透射率为 93%〇
[0015] 进一步地，所述监测探头盒体安装在MOCVD反应室的石英光学窗口的正上方，监 测仪探头盒体的下部分光片腔的进光孔对准MOCVD反应室的顶板上的石英光学窗口下的 喷孔。
[0016] 本实用新型通过依次循环测量MOCVD反应室内的红外辐射强度、外延片940nm反 射率、外延片1550nm反射率，进而给出三种红外辐射温度值与两个波长的激光干涉曲线， 能够实现相互校正，增加了监测的准确率，提高了监测仪的集成度。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型的探头剖面图；
[0018] 图2为本实用新型的红外信号探测光路示意图；
[0019] 图3为本实用新型940nm反射率测量光路示意图；
[0020] 图4为本实用新型1550nm反射率测量光路示意图；
[0021] 图5为本实用新型在MOCVD反应室上的装配图。
[0022] 图中：1、光学窗口；2、电炉丝；3、石墨盘；4、外延片；5、喷淋板；6、喷孔；7、混气 室；8、反应室上盖板；9、监测探头盒体；10、下进光孔；11、135°分光片；12、中进光孔；13、 45°分光片；14、上进光孔；15、135°二向色滤光片；16、左出光孔；17、1550nm窄带滤光片； 18、光感探测器I ;19、上出光孔；20、940nm窄带滤光片；21、光感探测器II ;22、940nm激光 器；23、1550nm激光器；24、左进光孔；25、右进光孔。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例并对照附图对本实用新型的方法进行进一步的说明。
[0024] 如图5所示，该监测装置安装于MOCVD反应室光学窗口 1的正上方，MOCVD反应室 包括混气室7,和在MOCVD反应室中的石墨盘3,对应石墨盘3的上方设有喷淋板5,石墨盘 3表面放置有外延片4,石墨盘3下方设有电炉丝2 ;M0CVD反应室中开设有若干个气体通 道；在MOCVD反应室上盖板8设有一光学窗口 1，光学窗口 1与喷淋板5开设的喷孔6以及 其下方的外延片4垂直对应，其中，光学窗口 1处设有一监测探头盒体9,监测探头盒体9通 过其下进光孔10与光学窗口 1相对接。
[0025] 如图1所示，本实用新型多功能MOCVD在线红外监测探头，包括一个"树枝状"监测 探头盒体，在盒体内设有圆柱状的分光片腔，分光片腔内被分隔为三个放置分光片的腔体， 各腔体之间留有同轴的下进光孔10、中进光孔12、上进光孔14和上出光孔19,与分光片腔 内三个轴向分布的进光孔对应的监测探头盒体上水平设有左进光孔24、右进光孔25和左 出光孔16 ;在分光片腔下端，下进光孔10和左进光孔24相交处放置135°分光片11 (反 射率7%，透射率93% )。在分光片腔中部，中进光孔12和右进光孔25相交处放置45° 分光片13 (反射率7%，透射率93% )。在分光片腔上端，上进光孔19和左出光孔16相交 处放置135°二向色滤光片15(截止波长为1200nm，反射波段为1260-1560nm，透射波段为 624-1152nm，反射率>95%，透射率>80% )。在左进光孔24左侧安装1550nm激光器23,右 进光孔25右侧安装940nm激光器22。左出光孔16左侧有1550nm窄带滤光片17(中心波 长为1550nm、半峰宽为IOnnuOD值为6)，在1550nm窄带滤光片17左侧有光感探测器118〇 上出光孔19上方有940nm窄带滤光片20(中心波长为940nm、半峰宽为10nm、OD值为6)， 在940nm窄带滤光片20上方有光感探测器1121。
[0026] 两个激光器和两个光感探测器与对应的电路板相连，实现对其控制、信号放大等 功能。放大后的信号转至上位机，由上位机进行采样、AD转化、数据处理，同时在线显示 940nm单色辐射温度值、1550nm单色辐射温度值、940nm与1550nm双波长比色温度值。
[0027] 本装置安装在MOCVD反应室的石英光学视窗的正上方，使探头盒体的下进光孔对 准MOCVD反