一种采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备制造技术

本实用新型专利技术所公开的是一种采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备，包括计算机信息采集控制器、反应室、金属基片装料室、气相金属有机物供应装置、氮气和/或氢气和/或氨气供应装置、ECR等离子体源供应装置、真空度计量器、反射高能电子衍射仪与荧光屏相对组成的成像显示器，以其还包括磁场线圈支撑圆筒、光电报警器、法拉第筒、电子探针和直流偏压电源为主要特征，具有结构合理、镀膜质量好、工效高、所述芯片制备成本低等特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备，具体涉及一种采用腔耦合型微波等离子体源的电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEM0CVD)设备，属于反应气相沉积镀膜设备
技术背景 所述GaN (氮化镓)基LED (发光二极管)芯片，是在金属基片例如铝、铜或不锈钢等基片表面镀布多层GaN基薄膜(nm至μ m级)复合镀层的LED芯片，以用其制备覆盖从近红外至深紫外光谱范围内的LED等光电器件。使用GaN基LED制作的全彩显示屏，可用于室内外各种场合的多色彩信息显示，而白光GaN基LED可用于白光照明和液晶显示器(LCD)的背光源。在装备
，所述垂直GaN基LED芯片，由于使用的是金属基片，因而具有价格低廉，导电、导热性好，基片尺寸相对较大等优势，而在相当大范围内替代蓝宝石(Ci-Al2O3)基片和碳化硅(SiC)基片。因而，所述垂直GaN基LED芯片有着相当广阔的市场和商用前景。然而，在金属基片上制备垂直GaN基LED芯片的设备，应当具备GaN基薄膜层沉积镀布均匀，沉积工效较高，制备成本较低和沉积温度较低等条件，为制备GaN基LED芯片提供先进的装备技术支持。特别是设备的沉积温度一定要低于金属基片的熔点，且能抑制金属基片中的杂质向GaN基薄膜中的扩散，并降低金属基片与GaN薄膜之间的应力。而所述制备垂直GaN基LED芯片的设备的已有技术，诸如中国专利申请号01101424. 5所公开的一种“电子回旋共振微波等离子体增强金属有机化学汽相沉积外延系统与技术”，它主要包括配气系统、超高真空系统、计算机数据采集与控制系统、腔耦合型电子回旋共振微波等离子体源4个单元，以及成像系统、四极质谱仪和由光学测量仪和电磁测量仪构成的检测与分析系统。尽管所述的已有设备，为金属基片上垂直GaN基LED芯片的制备提供了技术装备支持，并在低温沉积技术上有所突破，但终究由于所述已有专利技术所存在的结构性不足，例如气相物质沉积的环境不合理；气相物质导入反应室(外延室)的布置不合理；用于沉积镀膜质量监控的仪器设置部位不合理，以及缺少必要的质量流量控制器等等，以致其制成品垂直GaN基LED芯片的镀膜质量，镀膜工效和制备成本等，均存在某些问题。为此，针对所述已有的专利技术所存在的不足，进行有效地改进，而提供一种具有商用价值的所述制备垂直GaN基LED芯片的设备，便成为业内迫切需要解决的课题。
技术实现思路
本技术旨在针对所述的已有专利技术的不足进行改进，而提供一种结构合理，镀膜质量好，镀膜工效高，所述芯片制备成本低的采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备，以促进当前装备制造业的日益迅猛发展，满足照明和信息显示光源等对GaN基LED芯片与日俱增的需求。本技术实现其所要实现的目的之技术构想，是在上述已有专利技术的基础上进行改进，使其结构更合理，各个工作单元的布局更合理，质量监测保证体系更完备。具体地说是1、对反应室内的等离子体进行磁场约束，以提高金属基片表面的等离子体密度和径向均匀性；并且将参与化学反应沉积的气相物质(包括气相金属有机物和氮气和/或氢气和/或氨气)引入一个专门为之增设的较小的紧凑空间范围内，使之化学沉积过程更臻完善，沉积速度更快，参与化 学沉积的气相物质的利用率更高；2、将用来监控化学沉积和镀膜质量等的所有仪器仪表，均靠近布置在化学沉积区域的部位，使之监控信息更加适时，更加正确；且通过计算机信息采集控制器进行实时调节，以保证化学沉积的正常进行和进一步提高镀膜质量；3、增设必要的监控器，用其对某些重要的但已有上述专利技术并不监控的工艺参数进行监测调控，以保证本技术的正常工作和进一步改善工艺条件；4、增设直流偏压电源，使工件金属基片带负电荷，用其提高金属基片表面入射反应离子的通量和能量，进一步提高本技术的工作效率和进一步提高GaN基沉积膜镀层的质量，从而实现本技术的目的。基于上述本技术实现其目的的技术构想，本技术实现其目的的技术方案是:一种采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备，包括一计算机信息采集控制器；—反应室；在反应室内设有与反应室同中心布置的可上下移动的机械式回转金属基片料台；金属基片料台设有电加热装置；反应室底部与抽真空设备管路连接，通过抽真空设备可令反应室内形成负压；一包括装料门在内的金属基片装料室；所述金属基片装料室的一端设有磁动/气动送料装置，而其另一端通过与计算机信息采集控制器电连接的磁动控制阀与反应室密封连接贯通；驱动磁动/气动送料装置的送料杆和与计算机信息采集控制器电连接的磁动机械手，可将金属基片输送至所述金属基片料台的台面上；一气相金属有机物供应装置；所述气相金属有机物供应装置的上游，与气相金属有机物混合配制装置的气相金属有机物混气室管路连接，而其下游与设在所述金属基片料台上方的具有若干个沿圆周方向分开布置的供气孔的供气环管路连接；一氮气和/或氢气和/或氨气供应装置；所述氮气和/或氢气和/或氨气供应装置的上游，与氮气和/或氢气和/或氨气混合配制装置的氮气/氢气/氨气混合室管路连接，而其下游与反应室管路连接；一微波电子回旋共振ECR等离子体源供应装置；所述电子回旋共振ECR等离子体源供应装置包括微波源，与微波源连接贯通的波导管，可调长度的微波耦合天线和在反应室的顶上设有与反应室同中心布置的圆筒形谐振腔；所述谐振腔所包括的由若干个永磁铁排列组成的永磁铁环的内腔设有石英杯；真空度计量器和用来检测金属基片表面镀层微结构信息的由反射高能电子衍射仪与荧光屏相对组成的视屏显示装置；所述计算机信息采集控制器，还分别与微波源、真空度计量器、电加热装置的温度传感器、反射高能电子衍射仪和荧光屏电信号连接；且还分别与磁动/气动送料装置的控制件、金属基片料台的机械式回转及上下移动电机控制件、气相金属有机物供应装置的各路质量流量控制器及终端供气电磁阀、氮气和/或氢气和/或氨气供应装置的各路质量流量控制器电连接；通过计算机信息采集控制器，实时对磁动/气动送料杆的进出运动、金属基片料台的转速和上下移动距离、微波源的输出功率和时间、电加热装置的温度和加热时间、以及对反应室所供应的气相金属有机物的供气量和供气时间、氮气和/或氢气和/或氨气的供气量和供气时间实施自动调控；而其还包括一磁场线圈支撑圆筒；所述支撑圆筒布置在谐振腔的底部，且与反应室的顶部法兰连接，在支撑圆筒内部设有线圈绕组；所述气相金属有机物供应装置的供气环，设在所述支撑圆筒内；所述线圈绕组的电流控制和得失电磁动开关与计算机信息采集控制器电连接;一光电报警器；所述光电报警器设在谐振腔部位，且与计算机信息采集控制器电 连接；用其提供谐振腔内的所述电子回旋共振ECR等离子体放电熄火报警及自动恢复放电功能；一法拉第筒；所述法拉第筒设置在反应室的顶部，且与计算机信息采集控制器电连接，法拉第筒的探头设置在磁场线圈支撑圆筒的内侧，且靠近金属基片料台的边缘，以准确测控金属基片料台附近的所述电子回旋共振ECR等离子体的离子温度和密度；一电子探针；所述电子探针设置在反应室的顶部，且与计算机信息采集控制器电连接，电子探针的探头设置在磁场线圈支撑圆筒的内侧，且靠近金属基片料台的边缘，以准确测控金属基片料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用金属基片制备垂直GaN？基LED芯片的设备，包括：一计算机信息采集控制器（29）；一反应室（1）；在反应室（1）内设有与反应室（1）同中心布置的可上下移动的机械式回转金属基片料台（5）；金属基片料台（5）设有电加热装置（60）；反应室（1）底部与抽真空设备（3）管路连接，通过抽真空设备（3）可令反应室（1）内形成负压；一包括装料门（26）在内的金属基片装料室（2）；所述金属基片装料室（2）的一端设有磁动/气动送料装置（4），而其另一端通过与计算机信息采集控制器（29）电连接的磁动控制阀（2？1）与反应室（1）密封连接贯通；驱动磁动/气动送料装置（4）的送料杆（4？1）和与计算机信息采集控制器（29）电连接的磁动机械手（27），可将金属基片输送至所述金属基片料台（5）的台面上；一气相金属有机物供应装置（21）；所述气相金属有机物供应装置（21）的上游，与气相金属有机物混合配制装置（YP）的气相金属有机物混气室（47）管路连接，而其下游与设在所述金属基片料台（5）上方的具有若干个沿圆周方向分开布置的供气孔的供气环（21？1）管路连接；一氮气和/或氢气和/或氨气供应装置（56）；所述氮气和/或氢气和/或氨气供应装置（56）的上游，与氮气和/或氢气和/或氨气混合配制装置（DQ）的氮气/氢气/氨气混合室（54）管路连接，而其下游与反应室（1）管路连接；一微波电子回旋共振ECR等离子体源供应装置（6）；所述电子回旋共振ECR等离子体源供应装置（6）包括微波源（14），与微波源（14）连接贯通的波导管（15）、可调长度的微波耦合天线（16）和在反应室（1）的顶上设有与反应室（1）同中心布置的圆筒形谐振腔（17）；所述谐振腔（17）所包括的由若干个永磁铁（19？1）排列组成的永磁铁环（19）的内腔设有石英杯（20）；真空度计量器（8）和用来检测金属基片表面镀层微结构信息的由反射高能电子衍射仪（10）与荧光屏（11）相对组成的视屏显示装置；所述计算机信息采集控制器（29），还分别与微波源(14)、真空度计量器（8）、电加热装置（60）的温度传感器（60？1）、反射高能电子衍射仪（10）和荧光屏（11）电信号连接；且还分别与磁动/气动送料装置（4）的控制件、金属基片料台（5）的机械式回转及上下移动电机控制件、气相金属有机物供应装置（21）的各路质量流量控制器及终端供气电磁阀、氮气和/或氢气和/或氨气供应装置（56）的各路质量流量控制器电连接；通过计算机信息采集控制器（29），实时对磁动/气动送料杆（4？1）的进出运动、金属基片料台（5）的转速和上下移动距离、微波源（14）的输出功率和时间、电加热装置（60）的温度和加热时间、以及对反应室（1）所供应的气相金属有机物的供气量和供气时间、氮气和/或氢气和/或氨气的供气量和供气时间实施自动调控；其特征在于：还包括：一磁场线圈支撑圆筒（22）；所述支撑圆筒（22）布置在谐振腔（17）的底部，且与反应室（1）的顶部法兰连接，在支撑圆筒（22）内部设有线圈绕组（22？1）；所述气相金属有机物供应装置（21）的供气环（21？1），设在所述支撑圆筒（22）内；所述线圈绕组（22？1）的电流控制和得失电磁动开关与计算机信息采集控制器（29）电连接；一光电报警器（9）；所述光电报警器（9）设在谐振腔（17）部位，且与计算机信息采集控制器（29）电连接；用其提供谐振腔（17）内的所述电子回旋共振ECR等离子体放电熄火报警及自动恢复放电功能；一法拉第筒（12）；所述法拉第筒（12）设置在反应室（1）的顶部，且与计算机信息采集控制器（29）电连接，法拉第筒（12）的探头设置在磁场线圈支撑圆筒（22）的内侧，且靠近金属基片料台（5）的边缘，以准确测控金属基片料台（5）附近的所述电子回旋共振ECR等离子体的离子温度和密度；一电子探针（13）；所述电子探针（13）设置在反应室（1）的顶部，且与计算机信息采集控制器（29）电连接，电子探针（13）的探头设置在磁场线圈支撑圆筒（22）的内侧，且靠近金属基片料台（5）的边缘，以准确测控金属基片料台（5）附近的所述电子回旋共振ECR等离子体的电子温度和密度；一直流偏压电源（57）；所述直流偏压电源（57）与金属基片料台（5）电连接，且其输出电路磁动开关与计算机信息采集控制器（29）电连接，用以提高金属基片表面入射反应离子的通量和能量；所述氮气和/或氢气和/或氨气供应装置（56）输送管路的下游与反应室（1）的顶部法兰连接，且由设在石英杯（20）敞口端的沿圆周方向设有若干通孔的第二供气环（56？1）直接通入石英杯（20）内；所述反射高能电子衍射仪（10）出射的电子束，位于所述支撑圆筒（22）的下方且与金属基片表面相贴近。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦福文，林国强，刘勤华，
申请(专利权)人：大连理工常州研究院有限公司，
类型：实用新型
国别省市：