[实用新型]一种LED外延片倒置MOCVD反应炉

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体外延生长设备领域，特别涉及到MOCVD反应炉的结构。

背景技术

近年来，LED生产技术不断进步，生产成本不断降低，亮度不断提高。以其能耗低、寿命长、无污染、体积小等优点得以迅猛发展。LED在室内外显示屏、交通灯、照明市场得到广泛的应用。人们对LED器件的可靠性提出了新的要求和挑战。主要表现为不能出现死灯、暗灯等一系列可靠性问题。此问题的根源在于外延生长过程中产生了颗粒缺陷外延片。

LED是一种将电能转化成光能的掺有杂质的半导体固体器件，它的结构主要是PN结芯片、电极和光学系统组成。LED的生产工艺比较复杂，一般要经过外延片制作、氮气封装、外延生长、芯片前工艺、研磨切割、点测分选、封装等主要步骤。其中外延生长决定了LED发光颜色、发光亮度以及可靠性，因此外延生长所使用的设备MOCVD是LED生产中的核心设备。然而，利用过去的MOCVD设备生长外延时，衬底的外延生长面均是朝上的。Ⅲ族源和Ⅴ族源在反应室内反应生成相应的化合物晶体，部分化合物晶体依附在炉盖下表面，并且逐渐长大。部分化合物晶体脱落，落在衬底的上表面，这样就形成外延生长过程中产生了颗粒缺陷外延片。

而市场主流MOCVD设备的反应炉的炉体、排气整流罩、加热器、冷却板、气体喷嘴等零部件都是相对固定的，取片、装片工作，完全由人工手动打开炉盖进行操作。以49片机换片为例，大致工序及耗时如下：反应腔室抽真空（5min）—腔室充入高纯氮气（5min）——腔室降温至50℃以下（15min）——开炉盖并人工手动取片（11min）——清扫颗粒（2min）——人工手动装片（12min）——清扫颗粒并关炉盖（3min）——腔室抽真空（5min），开始外延生长。共耗时58min，耗费能源及有效生产用时、降低生产效率。同时，在打开炉盖后，还存在反应腔室被污染的风险。

外延生长对气流场和热场的均匀性要求很高，主盘的旋转可以消除气流场的不均性和圆周方向的热场不均匀性。然而热场径向的不均匀性很难消除，这就导致径向方向的外延均匀性差。

发明内容

为了解决由上述原因导致的外延片颗粒缺陷问题、手动取片、装片费时耗力问题以及外延生长均匀性差的问题，本实用新型提出了一种LED外延片倒置、可自动更换基盘以及基盘和卫星盘同时旋转的MOCVD反应炉。

一种LED外延片倒置MOCVD反应炉，包括炉体1、固定在炉体顶部的炉盖2，其特征在于，在炉体侧壁上开有过渡口25，过渡口上固定有插板阀26，炉盖通过插销装置3固定圆环状的且截面形状为L形状的基盘承载部13，炉体内部旋转轴8通过磁流体7连接有基盘16，源料气体导入管21、石英板17、排气整流罩23固定在炉底18；

所述的基盘承载部13上依次安装有基盘滑轨环28、基盘16、固定式齿环14，基盘上依次安装有卫星盘滑轨环27、卫星盘15、均热板29，多个卫星盘15上端边缘为齿状结构，与固定式齿环14啮合，基盘滑轨环27、卫星盘滑轨环28是由上部的圆环状的且截面形状为凸字形状的滑轨、下部的圆环状的且截面形状为凹字形状的滑轨及中间的滚珠组成，外延衬底片12生长面向下放置在卫星盘15凹槽中后将均热板29盖上。

进一步，所述的基盘承载部13上依次安装有基盘滑轨环28、基盘16、固定式齿环14，基盘上依次安装有卫星盘滑轨环27、卫星盘15、均热板29，此部分整体由机械臂30托举，搬入、搬出反应炉腔室。

进一步，炉底18与炉体1由波纹管24相连，通过安装外置气缸控制炉底18整体升降。

实现上述有益效果的技术方案为，一种LED外延片倒置MOCVD反应炉，包括炉体、固定在炉体顶部的炉盖，在炉体侧壁上开有过渡口，过渡口上固定有插板阀。炉盖冷却水进口、炉盖冷却水出口、氢气进口、连接在炉盖上方，炉盖下方安装有插销装置，插销材质是电磁铁，通过改变线圈的电流方向控制插销的动作。加热器、隔热板连接在炉盖下方。旋转轴通过固定在炉盖上的磁流体连接伺服电机及基盘。炉盖的设计部分组成了反应炉的加热系统，以及基盘、卫星盘的旋转系统。炉底连接波纹管，并安装有石英板、炉底冷却水进口、炉底冷却水出口、排气整流罩、排气口以及源料气体导入管。排气整流罩上开有排气孔，通过控制排气量，可保证控制反应腔室内的压力平衡，整流罩和石英板在反应炉内隔离出外延生长空间，并且由炉盖氢气进口导入氢气，使外延生长空间与基盘上部加热空间压力保持一致，既保证了不会有颗粒进入生长空间，又可避免Ⅲ族源和Ⅴ族源制程气体进入其它空间凝结。