一種多功能mocvd在線紅外監測探頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及MOCVD (金屬有機化合物化學氣相沉積）在線紅外監測探頭，尤其 涉及一種能同時監測三種紅外輻射溫度與兩個波長的激光干涉曲線MOCVD在線紅外監測 探頭。
【背景技術】
[0002] MOCVD (金屬有機物化學氣相沉積）是生產LED外延片的核心設備，在利用MOCVD 進行高質量半導體薄膜的外延生長過程中，反應室內的溫度及均勻性、外延層的生長速率、 各層薄膜厚度等參數都會影響生長材料的質量，以及最終器件的性能。例如：在以Si (111) 為襯底，生長GaN基多量子阱結構LED外延片的摻銦過程中，溫度每偏差1°C，將會最終引起 器件的中心波長漂移約1.2nm〇
[0003] MOCVD在線監測技術一般都是通過光學方式，透過反應室上預留的石英光學窗口 對石墨盤上外延片的溫度、薄膜厚度、翹曲度以及其他參數進行實時在線的無損監測。這些 參數信息可以實時地給外延工程師提供參考，用于及時優化生長工藝、提高產品良率。
[0004] 當前生產型MOCVD常用的在線監測設備有紅外輻射測溫儀和激光膜厚儀。紅外輻 射測溫儀是通過探測反應室內的紅外輻射強度，利用KirchhofT定律和Planck公式來監測 反應室內的溫度；激光膜厚儀是利用激光束在外延層上產生Fabry-perot干涉，通過光探 測器監測反射率的周期性變化來測量膜厚的變化。
[0005] 目前市場上常見的MOCVD在線監測設備生產廠家有德國AIXTRON、LeyTec、美國 Veeco等。這些在監測設備均不能同時監測溫度與反射率，其紅外測溫儀也不能同時給出三 種輻射溫度，激光膜厚儀也不能同時給出兩個波長的干涉曲線，無法實現相互校正。
[0006] 本多功能MOCVD在線紅外監測探頭能同時監測溫度與反射率，大大增加了在線監 測設備的集成度，節約了空間，使MOCVD同時安置多種在線監測設備成為可能。另外，該功 能MOCVD在線紅外監測探頭能同時給出三種紅外輻射溫度與兩個波長的激光干涉曲線，可 相互校正，提高了測量的準確率。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型的目的在于提供一種能同時監測三種紅外輻射溫度與兩個波長的激 光干涉曲線的多功能MOCVD在線紅外監測探頭。
[0008] 本實用新型的目的是這樣實現的：
[0009] -種多功能MOCVD在線紅外監測探頭，包括一個監測探頭盒體，在盒體內設有若 干個上下分布的圓柱狀的分光片腔，各分光片腔腔體內放置有呈角度分布的分光片或濾光 片；各分光片腔腔體之間留有同軸的進光孔，在盒體側壁、分光片腔頂部和分光片腔下方分 別設有進光孔或出光孔；上部分光片腔對應的盒體頂部和側壁分別設有光感探測器，中部 分光片腔對應的盒體側壁設有940nm激光器，下部分光片腔對應的盒體側壁設有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體側壁設置的光感探測器或激光 器分別交錯分布；光感探測器或激光器與對應的電路板相連，電路板連接至上位機。
[0010] 進一步地，所述上部分光片腔中放置有135°二向色濾光片，其截止波長為 1200nm，反射波段為1260-1560nm，透射波段為624-1152nm，反射率>95 %，透射率>80 %。
[0011] 進一步地，所述上部分光片腔對應的盒體頂部設有光感探測器II，光感探測器II 內側設有940nm窄帶濾光片，其中心波長為940nm、半峰寬為10nm、OD值為6。
[0012] 進一步地，所述上部分光片腔對應的盒體側壁設有光感探測器I，光感探測器I內 側設有1550nm窄帶濾光片，其中心波長為1550nm、半峰寬為10nm、OD值為6。
[0013] 進一步地，所述中部分光片腔中放置有45°分光片，其反射率為7%，透射率為 93%〇
[0014] 進一步地，所述下部分光片腔中放置有135°分光片，其反射率為7%，透射率為 93%〇
[0015] 進一步地，所述監測探頭盒體安裝在MOCVD反應室的石英光學窗口的正上方，監 測儀探頭盒體的下部分光片腔的進光孔對準MOCVD反應室的頂板上的石英光學窗口下的 噴孔。
[0016] 本實用新型通過依次循環測量MOCVD反應室內的紅外輻射強度、外延片940nm反 射率、外延片1550nm反射率，進而給出三種紅外輻射溫度值與兩個波長的激光干涉曲線， 能夠實現相互校正，增加了監測的準確率，提高了監測儀的集成度。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的探頭剖面圖；
[0018] 圖2為本實用新型的紅外信號探測光路示意圖；
[0019] 圖3為本實用新型940nm反射率測量光路示意圖；
[0020] 圖4為本實用新型1550nm反射率測量光路示意圖；
[0021] 圖5為本實用新型在MOCVD反應室上的裝配圖。
[0022] 圖中：1、光學窗口；2、電爐絲；3、石墨盤；4、外延片；5、噴淋板；6、噴孔；7、混氣 室；8、反應室上蓋板；9、監測探頭盒體；10、下進光孔；11、135°分光片；12、中進光孔；13、 45°分光片；14、上進光孔；15、135°二向色濾光片；16、左出光孔；17、1550nm窄帶濾光片； 18、光感探測器I ;19、上出光孔；20、940nm窄帶濾光片；21、光感探測器II ;22、940nm激光 器；23、1550nm激光器；24、左進光孔；25、右進光孔。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施例并對照附圖對本實用新型的方法進行進一步的說明。
[0024] 如圖5所示，該監測裝置安裝于MOCVD反應室光學窗口 1的正上方，MOCVD反應室 包括混氣室7,和在MOCVD反應室中的石墨盤3,對應石墨盤3的上方設有噴淋板5,石墨盤 3表面放置有外延片4,石墨盤3下方設有電爐絲2 ;M0CVD反應室中開設有若干個氣體通 道；在MOCVD反應室上蓋板8設有一光學窗口 1，光學窗口 1與噴淋板5開設的噴孔6以及 其下方的外延片4垂直對應，其中，光學窗口 1處設有一監測探頭盒體9,監測探頭盒體9通 過其下進光孔10與光學窗口 1相對接。
[0025] 如圖1所示，本實用新型多功能MOCVD在線紅外監測探頭，包括一個"樹枝狀"監測 探頭盒體，在盒體內設有圓柱狀的分光片腔，分光片腔內被分隔為三個放置分光片的腔體， 各腔體之間留有同軸的下進光孔10、中進光孔12、上進光孔14和上出光孔19,與分光片腔 內三個軸向分布的進光孔對應的監測探頭盒體上水平設有左進光孔24、右進光孔25和左 出光孔16 ;在分光片腔下端，下進光孔10和左進光孔24相交處放置135°分光片11 (反 射率7%，透射率93% )。在分光片腔中部，中進光孔12和右進光孔25相交處放置45° 分光片13 (反射率7%，透射率93% )。在分光片腔上端，上進光孔19和左出光孔16相交 處放置135°二向色濾光片15(截止波長為1200nm，反射波段為1260-1560nm，透射波段為 624-1152nm，反射率>95%，透射率>80% )。在左進光孔24左側安裝1550nm激光器23,右 進光孔25右側安裝940nm激光器22。左出光孔16左側有1550nm窄帶濾光片17(中心波 長為1550nm、半峰寬為IOnnuOD值為6)，在1550nm窄帶濾光片17左側有光感探測器118〇 上出光孔19上方有940nm窄帶濾光片20(中心波長為940nm、半峰寬為10nm、OD值為6)， 在940nm窄帶濾光片20上方有光感探測器1121。
[0026] 兩個激光器和兩個光感探測器與對應的電路板相連，實現對其控制、信號放大等 功能。放大后的信號轉至上位機，由上位機進行采樣、AD轉化、數據處理，同時在線顯示 940nm單色輻射溫度值、1550nm單色輻射溫度值、940nm與1550nm雙波長比色溫度值。
[0027] 本裝置安裝在MOCVD反應室的石英光學視窗的正上方，使探頭盒體的下進光孔對 準MOCVD反