LED生产中的光学原位监测

作者：Kolja Haberland     LayTec GmbH

 高产量、高亮度的LED生产极具挑战性。随着高亮度LED的应用范围更进一步地扩大，今后高效率及高成品率的设备将会是市场的主流。比如显示器背光、汽车照明以及普通照明，它们成为化合物半导体技术空前发展的驱动力。LED的崛起是驱动MOCVD设备生长的原动力。

现今用MOCVD设备来生产的GaN外延片，主要还是以2″的蓝宝石衬底为主。但目前4″蓝宝石已被领先的厂商使用，应市场需要未来LED的生产会以4″为主。在系统硬件方面，现在手边已具备升级至11×4″的技术，但很不幸的是，由于蓝宝石基GaN的晶格不匹配，造成的弯曲效应将会随着衬底由2″转向4″时更加严重。这将导致严重的温度不均匀现象；若外延生长过程中未能适时加以控制，就会显著地影响成品率。

光学监控系统是在GaN外延过程中利用晶片的反射率及温度提供实时的信息给使用者，这种方法已被广泛的使用。例如德国LayTec公司应MOCVD所需而研发出的EpiTT系统，这个系统作为标准的工具被用于主流的MOCVD设备之中，包括AIXTRON行星式反应器（G3、G4）或AIXTRON TSSEL莲蓬头式反应器，还有其它品牌或工程师自行研发的MOCVD系统上。

对晶片采用有选择性的测量，用户可以获得每块晶片的温度和反射率；系统对测量出的参数进行计算，较后用户可以直接从屏幕上找出晶片的均匀度（图1）。在进行生长之前，每一块衬底呈现了完美的矩形反射曲线（图3a）；在生长过程中对生长速度稍作变动，晶片上会出现法布里-珀罗振荡条纹（图3b）。因此反射能力测量可以直观地测定外延层在生长过程中的生长速度、层厚和光学常数、折射率和光吸收。\

未来系统的发展以远程遥控为主，这种监控系统一定要与MOCVD系统联系起来甚至是做整合。有了这种先进的原位系统实时监控，可以在某个生产周期结束时，系统能自动测出外延生长中的所有参数及分析数据，包括生长速度，如此可避免一些人为的疏失。实时温度测量用于估测每块晶片的均匀性，尤其在未来多片式的量产系统中更需要这种原位监测系统，为使用者提供外延生长中晶片的特征参数。

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