外延生长的石墨基座及利用石墨基座监测外延生长的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种外延生长的石墨基座及利用石墨基座监测外延生长的方法。

背景技术

发光二极管(英文：lightemittingdiode，简称：led)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。led具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率led实现半导体固态照明，有望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史的革命。

制作led时，先将至少一个衬底放置在石墨基座上进行外延生长，形成led外延片；再在led外延片上设置电极，并对衬底进行切割，得到若干相互独立的led芯片；最后对led芯片进行封装，完成led的制作。其中，石墨基座是采用高纯石墨作基材、表面镀有碳化硅(sic)涂层的圆盘，圆盘上设有多个凹槽，每个凹槽内可容纳一个衬底进行外延生长。

在衬底进行外延生长的过程中，通常将激光光束投射到石墨基座上，形成的led外延片会对投射到其表面的光线进行反射。由于led外延片的生长情况不同，对光线的反射效果会有差异，因此通过对led外延片反射的光线进行检测，可以了解到led外延片的生长情况。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

石墨基座上同时有多个衬底进行外延生长，并且石墨基座在衬底进行外延生长的过程中持续转动，因此同一个光线检测装置实际上是周期性检测多个led外延片对光线的反射情况，但是现有技术并不能将检测到的光线反射情况锁定到对应的led外延片上，达不到对各个衬底外延生长情况的监控效果。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种适用于发光二极管外延片生长的石墨基座，能够解决现有技术无法将各个led外延片的检测结果锁定到对应的led外延片上的问题。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种外延生长的石墨基座，所述石墨基座为圆柱体，所述石墨基座的第一圆形底面上设有多个凹槽，所述第一圆形底面上、以及所述多个凹槽内均铺设有碳化硅层；所述碳化硅层的上表面的第一区域的平整度小于所述碳化硅层的上表面的第二区域的平整度，所述第一区域为所述碳化硅层的上表面的非中心区域，且所述第一区域在所述石墨基座的第二圆形底面的投影真包含于所述第一圆形底面在所述第二圆形底面的投影，所述第二圆形底面为与所述第一圆形底面相反的表面，所述第二区域为所述碳化硅层的上表面除所述第一区域之外的区域。

可选地，所述多个凹槽的开口的中心连成以所述第一圆形底面的中心为圆心的至少一个圆环；所述第一区域在所述第二圆形底面的投影位于连成同一个所述圆环的相邻两个所述凹槽在所述第二圆形底面的投影之间。

可选地，所述第一区域的平整度与所述第二区域的平整度相差2～3个数量级。

优选地，所述第一区域的平整度为所述第二区域的平整度的1/200～1/100。

更优选地，所述第一区域的平整度为1μm～10μm。

可选地，所述第一区域的面积为0.5cm²～2cm²。

可选地，所述第一区域的形状为圆形或者正多边形。

第二方面，本发明实施例提供了一种利用石墨基座监测外延生长的方法，所述方法包括：

提供一如第一方面提供的石墨基座，所述石墨基座的凹槽内放置有进行外延生长的衬底；

向所述石墨基座的碳化硅层的投射激光光束；

转动所述石墨基座，改变所述激光光束投射到所述碳化硅层的区域；

检测所述激光光束的投射区域对所述激光光束的反射率；

根据所述碳化硅层的不同区域对所述激光光束的反射率的大小关系，确定所述碳化硅层的上表面的第一区域、以及衬底外延生长形成的led外延片对所述激光光束的反射率；

根据所述碳化硅层的上表面的第一区域对所述激光光束的反射率在检测到的反射率中的位置，将各个所述led外延片对所述激光光束的反射率与所属的led外延片对应。

可选地，所述方法还包括：

根据所述led外延片对所述激光光束的反射率，确定所述led外延片对所述激光光束的反射率所属的led外延片的生长状况。

优选地，所述根据所述led外延片对所述激光光束的反射率，确定所述led外延片对所述激光光束的反射率所属的led外延片的生长状况，包括下列步骤中的至少一个：

根据所述led外延片对所述激光光束的反射率，确定所述led外延片的表面平整度；

利用布拉格公式，由所述led外延片对所述激光光束的反射率得到所述led外延片的厚度；

利用普朗克灰体定律方程，由所述led外延片对所述激光光束的反射率得到所述led外延片的温度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过减小在石墨基座设有凹槽的表面上非凹槽区域的碳化硅层的平整度，在激光光束投射到石墨基座上时，这个区域的碳化硅层由于平整度较小而反映出较高的反射率，使用户可以从检测到的反射率中识别出这个区域的碳化硅层的反射率，进而利用这个区域的碳化硅层与各个凹槽之间的位置关系，将检测到的反射率与各个凹槽内衬底进行外延生长形成的led外延片对应，即将检测到的反射率锁定到对应的led外延片上，实现对各个衬底外延生长情况的准确监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1是本发明实施例提供的一种外延生长的石墨基座的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的图1的a-a向剖面图；

图3是本发明实施例提供的一种利用石墨基座监测外延生长的方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的激光光束投射到碳化硅层上检测到的反射率的变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种外延生长的石墨基座，图1为本发明实施例提供的石墨基座的结构示意图，图2为图1的a-a向剖面图，参见图1和图2，石墨基座10为圆柱体，石墨基座10的第一圆形底面11上设有多个凹槽12，第一圆形底面11上、以及多个凹槽12内均铺设有碳化硅层13。

在本实施例中，碳化硅层13的上表面的第一区域13a的平整度小于碳化硅层13的上表面的第二区域13b的平整度。第一区域13a为碳化硅层13的上表面的非中心区域，且第一区域13a在石墨基座10的第二圆形底面14的投影真包含于第一圆形底面11在第二圆形底面14的投影，第二圆形底面14为与第一圆形底面11相反的表面；第二区域13b为碳化硅层13的上表面除第一区域13a之外的区域。

在具体实现时，圆柱体的表面包括两个圆形底面和一个侧面，两个圆形底面相互平行，侧面位于两个圆形底面之间，且侧面的边缘分别与两个圆形底面的边缘连接。在本实施例中，第一圆形底面为两个圆形底面中的一个圆形底面，第二圆形底面为两个圆形底面中的另一个圆形底面。

各个凹槽从第一圆形底面向第二圆形底面延伸，但没有延伸到第二圆形底面。在实际应用中，如图1和图2所示，凹槽的底面上可以设有凸台12a，以将衬底悬空设置在凹槽内。具体地，凸台12a可以为环状结构，以匹配衬底的形状。

碳化硅层的上表面为与碳化硅层铺设在第一圆形底面上和多个凹槽内的表面相反的表面。本实施例将碳化硅层的上表面分成第一区域和第二区域两个区域。

碳化硅层的上表面的中心区域在第二圆形底面的投影与第一圆形底面的圆心在第二圆形底面的投影重合。碳化硅层的上表面的非中心区域，即为碳化硅层的上表面中，在第二圆形底面的投影不与第一圆形底面的圆心在第二圆形底面的投影重合的区域。

平整度是指物体不会绝对平整的表面与绝对水平之间的差值。物体表面的平整度越小，物体表面与绝对水平之间越接近，物体表面的反射率越高。因此虽然第一圆形底面上和多个凹槽内都设有碳化硅层，将碳化硅层小部分区域的平整度减小之后，这个区域的反射率和其它区域的反射率是不同的，可以从检测到的反射率中识别出这个区域的反射率。同时碳化硅层包括凹槽在内的大部分区域的平整度都较大，反射率较低，不会影响到对凹槽内衬底的反射率检测。在识别出碳化硅层平整度较高区域的反射率之后，可以根据这个区域与各个凹槽之间的位置关系，将检测到的各个衬底外延生长形成的led外延片反射率准确到锁定到对应的led外延片上。

本发明实施例通过减小在石墨基座设有凹槽的表面上非凹槽区域的碳化硅层的平整度，在激光光束投射到石墨基座上时，这个区域的碳化硅层由于平整度较小而反映出较高的反射率，使用户可以从检测到的反射率中识别出这个区域的碳化硅层的反射率，进而利用这个区域的碳化硅层与各个凹槽之间的位置关系，将检测到的反射率与各个凹槽内衬底进行外延生长形成的led外延片对应，即将检测到的反射率锁定到对应的led外延片上，实现对各个衬底外延生长情况的准确监控。

需要说明的是，如果第一区域为碳化硅层的上表面的中心区域，则在石墨基座转动的过程中，一直都会检测到这个区域的反射率，无法起到标志作用。而如果第一区域为凹槽的底面，则会由于碳化硅的反射率较高而影响凹槽内衬底的反射率检测。所以，第一区域为碳化硅层的上表面的非中心区域。

另外，同样为了起到标志作用，第一区域仅为碳化硅层的上表面的部分区域，即第一区域在第二圆形底面的投影真包含于第一圆形底面在第二圆形底面的投影，避免在石墨基座转动的过程中一直检测到这个区域的反射率。

可选地，如图1所示，多个凹槽12的开口的中心可以连成以第一圆形底面11的中心为圆心的至少一个圆环。

具体地，凹槽12可以为圆柱形或者圆台形，此时凹槽12的开口为圆形，凹槽12的开口的中心为凹槽12的开口的圆心。

例如，图1中4个凹槽12的开口的圆心连成以第一圆形底面11的中心为圆心的内圆环，10个凹槽12的开口的圆心连成以第一圆形底面11的中心为圆心的外圆环。需要说明的是，图1中仅以内圆环和外圆环两个圆环为例，在实际应用中还可以是一个圆环、三个圆环、四个圆环等。

在实际应用中，凹槽的开口大小可以根据衬底的尺寸进行设定，凹槽的数量可以综合凹槽的开口大小和石墨基座的大小进行选择。

优选地，凹槽12的深度可以为400μm～800μm。

如果凹槽的深度小于400μm，则可能由于凹槽的深度太小而造成衬底在石墨基座转动的过程中飞出凹槽；如果凹槽的深度大于800μm，则可能由于凹槽的深度太大使得气流容易在凹槽边缘形成涡流，从而影响外延生长。

进一步地，第一区域13a在第二圆形底面14的投影位于连成同一个圆环的相邻两个凹槽12在第二圆形底面14的投影之间。

例如，图1中第一区域13a位于内圆环的相邻两个凹槽12之间。

通过减小同一个圆环中相邻两个凹槽之间的碳化硅层的平整度，提高这个区域的反射率，使这个区域起到在反射率的识别过程中起到标志作用，可以方便锁定出各个凹槽内的衬底外延生长形成的led外延片的反射率。

可选地，第一区域13a的平整度与第二区域13b的平整度可以相差2～3个数量级。

通过将两个区域的平整度相差2～3个数量级，保证两个区域的反射率之间的差值，方便快速识别出检索到的反射率所属的区域。

优选地，第一区域13a的平整度可以为第二区域13b的平整度的1/200～1/100。

如果第一区域的平整度小于第二区域的平整度的1/200，则可能由于第一区域的平整度太小而造成加工难度大，增大了实现成本；如果第一区域的平整度大于第二区域的平整度的1/100，则第一区域和第二区域的平整度相差较小，进而造成第一区域和第二区域的反射率相差较小，不容易从检测到的反射率中识别出第一区域的反射率。

更优选地，第一区域13a的平整度可以为1μm～10μm。

如果第一区域的平整度小于1μm，则可能由于第一区域的平整度太小而造成加工难度大，增大了实现成本；如果第一区域的平整度大于10μm，则可能由于第一区域的平整度太大而造成第一区域的反射率太小，不容易从检测到的反射率中识别出第一区域的反射率。

可选地，第一区域13a的面积可以为0.5cm²～2cm²。

如果第一区域的面积小于0.5cm²，则可能由于第一区域的面积太小而不方便准确检测到第一区域的反射率；如果第一区域的面积大于2cm²，则可能由于第一区域的面积太大而影响到凹槽内衬底外延生长形成的led外延片的反射率检测。

可选地，第一区域的形状可以为圆形或者正多边形，以在确保对第一区域的反射率进行准确检测的情况下尽可能减小第一区域的面积，避免由于第一区域的形状过于扁平而造成很难对第一区域的反射率进行检测。

进一步地，正多边形可以为正三角形、正方形、正五边形和正六边形中的一种。采用边数较少的正多边形，可以降低加工的难度。

可选地，碳化硅层13的厚度可以为80μm～150μm。

如果碳化硅层的厚度小于80μm，则可能由于碳化硅层太薄而导致石墨基座的使用寿命较短；如果碳化硅层的厚度大于150μm，则可能由于碳化硅层与石墨之间的膨胀系数不一致而导致出现龟裂。

本发明实施例提供了一种利用石墨基座监测外延生长的方法，图3为本发明实施例提供的利用石墨基座监测外延生长的方法的流程图，参见图3，该方法包括：

步骤201：提供石墨基座，石墨基座的凹槽内放置有进行外延生长的衬底。

在本实施例中，石墨基座本发明实施例提供的石墨基座，如图1所示的石墨基座。

步骤202：向石墨基座的碳化硅层的投射激光光束。

在本实施例中，激光光束投射到碳化硅层上之后保持投射方向不变。

步骤203：转动石墨基座，改变激光光束投射到碳化硅层的区域。

如前所示，激光光束的投射方向是不动，石墨基座转动，激光光束投射到碳化硅层的具体区域会随着石墨基座的变动而变动。

例如，开口的圆心连成以第一圆形底面的中心为圆心的内圆环的四个凹槽分别为凹槽121、凹槽122、凹槽123和凹槽124，凹槽121、凹槽122、凹槽123和凹槽124沿顺时针方向设置在内圆环上，第一区域位于凹槽122和凹槽123之间。激光光束首先投射到凹槽124和凹槽121之间的碳化硅层上，沿逆时针方向转动石墨基座，激光光束依次投射到凹槽121内的衬底上、凹槽121和凹槽122之间的碳化硅层上、凹槽122内的衬底上、凹槽122和凹槽123之间的碳化硅层(包括第一区域)上、凹槽123内的衬底上、凹槽123和凹槽124之间的碳化硅层上、凹槽124内的衬底上、凹槽124和凹槽121之间的碳化硅层上、凹槽121内的衬底上、凹槽121和凹槽122之间的碳化硅层上、……，如此循环。

步骤204：检测激光光束的投射区域对激光光束的反射率。

图4为激光光束投射到碳化硅层上检测到的反射率的变化曲线图。如图4所示，激光光束首先投射到凹槽124和凹槽121之间的碳化硅层上，碳化硅层这个区域(第二区域)的平整度较大，得到的反射率为最小值(如图4中的a1点)。

激光光束接着投射到凹槽121内的衬底上，由于衬底的平整度较小，因此得到的反射率从最小值升高到较大值(如图4中的b1点)，较大值对应衬底的反射率。

激光光束然后投射到凹槽121和凹槽122之间的碳化硅层上，碳化硅层这个区域(第二区域)的平整度较大，因此得到的反射率从较大值降低到最小值(如图4中的a2点)。

激光光束再接着投射到凹槽122内的衬底上，由于衬底的平整度较小，因此得到的反射率又从最小值升高到较大值(如图4中的b2点)。

激光光束再然后投射到凹槽122和凹槽123之间的碳化硅层(包括第一区域)上，碳化硅层这个区域(第一区域)的平整度从大变小再变化，因此得到的反射率先从较大值降低，再进一步直接升高到最大值(大于衬底的反射率，如图4中的c1点)，最后从最大值直接降低至最小值(如图4中的a3点)。

激光光束接着投射到凹槽123内的衬底上，由于衬底的平整度较小，因此得到的反射率又从最小值升高到较大值(如图4中的b3点)。

激光光束然后投射到凹槽123和凹槽124之间的碳化硅层上，碳化硅层这个区域(第二区域)的平整度较大，因此得到的反射率又从较大值降低到最小值。

激光光束再接着投射到凹槽124内的衬底上，由于衬底的平整度较小，因此得到的反射率又从最小值升高到较大值。

激光光束再然后投射回凹槽124和凹槽121之间的碳化硅层上，由于衬底的平整度较小，因此得到的反射率又从最小值升高到较大值。

这样不断循环，由于第一区域的反射率大于衬底的反射率，因此可以很容易在反射率的变化曲线上识别出在这个区域的反射率，然后根据这个区域和各个凹槽之间的位置关系，确定各个凹槽内的衬底的反射率。如果某个衬底由于外延生长而造成平整度增大，则可以直接从变化曲线上看出来。

步骤205：根据碳化硅层的不同区域对激光光束的反射率的大小关系，确定碳化硅层的上表面的第一区域、以及衬底外延生长形成的led外延片对激光光束的反射率。

如上所述，第一区域的反射率＞衬底的反射率＞第二区域的反射率，直接将反射率的最大值确定为碳化硅层的上表面的第一区域对激光光束的反射率，反射率小于最大值的较大值确定为衬底外延生长形成的led外延片对激光光束的反射率。

在具体实现时，也可以衬底的反射率＞第一区域的反射率＞第二区域的反射率，此时可以将反射率的最大值确定为衬底外延生长形成的led外延片对激光光束的反射率，反射率小于最大值的较大值确定为碳化硅层的上表面的第一区域对激光光束的反射率。

而考虑到第一区域的数量(只有一个)和凹槽的数量(有多个)不同，第一区域的反射率和衬底的反射率之间的大小关系，可以根据反射率的较大值和最大值的数量进行确定。具体地，如果反射率的较大值为一个，且反射率的最大值为多个，则衬底的反射率＞第一区域的反射率，将反射率的最大值确定为衬底外延生长形成的led外延片对激光光束的反射率，反射率小于最大值的较大值确定为碳化硅层的上表面的第一区域对激光光束的反射率；如果反射率的较大值为多个，且反射率的最大值为一个，则第一区域的反射率＞衬底的反射率，将反射率的最大值确定为碳化硅层的上表面的第一区域对激光光束的反射率，反射率小于最大值的较大值确定为衬底外延生长形成的led外延片对激光光束的反射率。

步骤206：根据碳化硅层的上表面的第一区域对激光光束的反射率在检测到的反射率中的位置，将各个led外延片对激光光束的反射率与所属的led外延片对应。

例如，开口的圆心连成以第一圆形底面的中心为圆心的内圆环的四个凹槽分别为凹槽121、凹槽122、凹槽123和凹槽124，凹槽121、凹槽122、凹槽123和凹槽124沿顺时针方向设置在内圆环上，第一区域位于凹槽122和凹槽123之间。石墨基座沿逆时针方向转动，在确定出第一区域的反射率之后，随后出现的较大值(或者最大值)即为凹槽123内衬底的反射率，接着出现的较大值(或者最大值)即为凹槽124内衬底的反射率，然后出现的较大值(或者最大值)即为凹槽121内衬底的反射率，再接着出现的较大值(或者最大值)即为凹槽122内衬底的反射率，再然后第一区域的反射率再次出现，……，如此循环。

步骤207：根据led外延片对激光光束的反射率，确定led外延片对激光光束的反射率所属的led外延片的生长状况。该步骤207为可选步骤。

在本实施例的一种实现方式中，该步骤207可以包括：

根据led外延片对激光光束的反射率，确定led外延片的表面平整度。

具体地，根据led外延片对激光光束的反射率，确定led外延片的表面平整度，可以包括：

当所有led外延片的反射率相同时，确定所有led外延片的表面平整度满足要求；

当一个led外延片的反射率低于其它led外延片的反射率时，确定该led外延片的表面平整度不满足要求。

在具体实现时，如果led外延片的晶体质量较好，则平整度较小，反射率较高；反之，如果led外延片的晶体质量较差，则平整度较大，反射率较低。因此，可以根据各个led外延片的反射率高低，判断led外延片的生长情况。

在本实施例的另一种实现方式中，该步骤207可以包括：

利用布拉格公式，由led外延片对激光光束的反射率得到led外延片的厚度。

具体地，布拉格公式如下：

2*d*sinθ＝n*λ；

其中，d为晶面间距，θ为入射光线与相应晶面的夹角，n为衍射级数，λ为入射光线的波长。

在具体实现时，激光光束的波长即为入射光线的波长λ，激光光束的入射角度即为入射光线与相应晶面的夹角θ，由led外延片的反射率变化的周期数得到衍射级数n并带入上述布拉格公式，得到晶面间距d，即为led外延片的厚度。

在本实施例的又一种实现方式中，该步骤207可以包括：

利用普朗克灰体定律方程，由led外延片对激光光束的反射率得到led外延片的温度。

在实际应用中，可以采用上述实现方式中的一种或多种实现步骤207。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。