專利名稱：基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備工藝。更具體而言，本發(fā)明涉及采用激光剝離工藝制備的GaN基薄膜芯片的方法。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石襯底作為GaN基LED外延生長(zhǎng)的主要襯底，其導(dǎo)電性和散熱性都比較差。由于導(dǎo)電性差，發(fā)光器件要采用橫向結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電流堵塞和發(fā)熱。而較差的散熱性能限制了發(fā)光器件的效率。采用激光剝離技術(shù)將藍(lán)寶石襯底去除后，將發(fā)光二極管做成垂直結(jié)構(gòu)，可以有效解決散熱和出光問(wèn)題。但目前利用激光剝離藍(lán)寶石襯底成品率低，這一直是產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移襯底型氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的瓶頸。由于藍(lán)寶石、氮化鎵膜和支撐襯底三者的熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的應(yīng)力，使氮化鎵薄膜在藍(lán)寶石剝離過(guò)程中容易破裂。普通的做法是尋 找熱膨脹系數(shù)相匹配的導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的支撐襯底以及相應(yīng)的鍵合技術(shù)。但由于鍵合界面的不平整和很小的空隙存在，在剝離過(guò)程中分解氣體的高能沖擊和氮化鎵分解能量的不均勻造成藍(lán)寶石剝離對(duì)氮化鎵薄膜的拉扯力，會(huì)導(dǎo)致氮化鎵薄膜的損傷和破裂。傳統(tǒng)方法是將藍(lán)寶石上的外延層直接鍵合到導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底上，將藍(lán)寶石剝離后做成器件結(jié)構(gòu)，但是這樣得到的芯片成品率很低。普通的做法沒(méi)能解決剝離過(guò)程中的應(yīng)力作用，會(huì)導(dǎo)致大量的薄膜芯片發(fā)生開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氮化鎵芯片的制造方法，該方法能解決在剝離藍(lán)寶石襯底過(guò)程中導(dǎo)致的外延薄膜破裂的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其包括以下步驟刻蝕藍(lán)寶石襯底上的外延層；在刻蝕的外延層上制備反射層材料，并進(jìn)行合金；與永久支撐基板鍵合；在永久支撐基板的另一側(cè)采用樹(shù)脂與第二基板進(jìn)行固化；激光剝離藍(lán)寶石襯底；剝離后去除第二基板和樹(shù)脂，第二基板也可在激光剝離前去掉。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述刻蝕采用ICP或RIE干法刻蝕，其中所述刻蝕的深度為至少I微米，優(yōu)選為5-7微米。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述反射層材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2, TiO2, ITO, A1203、MgF2其中的一種或多種，優(yōu)選Ag、Al、SiO2，反射層材料厚度為500-4000 埃。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中在反射層材料外面還有保護(hù)層，保護(hù)層材料由Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 其中的一種或多種組成，優(yōu)選 ΙΤ0、Ni、、Au、、Cr、Pt，保護(hù)層材料厚度為1000-10000埃。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述與永久基板的鍵合包括Au-Au、Au-In、In-In,Ag-In、Ag_Sn、In-Sn 中的一種,優(yōu)選 Au-Sn 鍵合。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中膠為環(huán)氧樹(shù)脂膠或者丙烯酸樹(shù)脂膠，其固化方式為熱固化或者UV固化，其固化后硬度為shore D 10-95，優(yōu)選為shore D 50-90。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中激光剝離方式為逐行掃描，激光波長(zhǎng)為355nm。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中激光剝離方式為單晶粒剝離，激光波長(zhǎng)為248nm或192nm。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第二基板為臨時(shí)基板，該臨時(shí)基板、永久支持基板至少一種可以為Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃、藍(lán)寶石、有機(jī)材料中的一種或者多種，采用濕法腐蝕、機(jī)械研磨或逐層剝離的方法去除臨時(shí)基板。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，其中所述臨時(shí)基板為Si，采用濕法腐蝕的方法去除該臨時(shí)基板，濕法腐蝕的腐蝕液可以是硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸、乙酸、氫氧化鉀、雙氧水、氨水、溴水、草酸、高錳酸鉀、碘化鉀、碘、碘化銨中的一種或幾種。該發(fā)明的有益效果由于采用先進(jìn)行永久支持基板鍵合，而后永久鍵合的基板又通過(guò)合適的粘結(jié)材料與臨時(shí)基板結(jié)合，粘接材料具有一定的硬度和強(qiáng)度，使得在隨后的激光剝離中，出現(xiàn)對(duì)于GaN層的撕扯現(xiàn)象的減少，使GaN薄膜芯片的合格率提高。


圖Ia-Ih為用本發(fā)明的方法制備GaN基薄膜芯片的工藝過(guò)程。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖和實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。首先用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底100上生長(zhǎng)η型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層110，如圖la。將外延層進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為5. 5微米，將外延層刻開(kāi)，如圖lb。用電子束蒸發(fā)復(fù)合反射層材料120，分別蒸發(fā)Ni層和Ag層，厚度分別為20埃和1000埃，在420°C合金10分鐘，再用電子束蒸發(fā)Pt層和Au層，厚度分別為5000埃和5000埃，如圖lc。將硅基板(永久支持基板)140與復(fù)合反射材料進(jìn)行Au-Sn鍵合130，溫度為360°C，如圖Id。將硅基板的另一面涂上粘膠150，與臨時(shí)硅基板(即第二基板)160進(jìn)行固化，如圖le。進(jìn)行激光剝離，剝離掉藍(lán)寶石襯底100，如圖lf，值得注意的是，也可以在激光剝離前先去掉第二基板。剝離后用硝酸、硫酸、雙氧水、和氫氟酸腐蝕臨時(shí)硅基板和膠層，如圖lg。用常規(guī)工藝對(duì)于外延表面進(jìn)行粗化，電子束蒸發(fā)并制備鋁電極，得到芯片，如圖lh。
權(quán)利要求
1.一種基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于包括以下步驟 刻蝕藍(lán)寶石襯底上的外延層； 在刻蝕的外延層上制備反射層材料，并進(jìn)行合金； 與永久支撐基板鍵合； 在永久支撐基板的另一側(cè)采用樹(shù)脂與第二基板進(jìn)行固化； 激光剝離藍(lán)寶石襯底； 剝離后去除第二基板和樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述刻蝕采用ICP或RIE干法刻蝕，刻蝕厚度為至少為I微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述反射層材料包括 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述反射層材料厚度是500-4000埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于在所述反射層材料外面還有保護(hù)層，保護(hù)層材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2,Ti02、IT0、A1203、MgF2其中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于在所述反射層材料外面還有保護(hù)層，保護(hù)層材料其厚度是1000-10000埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述鍵合采用 Au-Au、Au-In、In_In、Ag_In、Ag-Sn 或 In-Sn 中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述樹(shù)脂可以是環(huán)氧類樹(shù)脂或者丙烯酸類樹(shù)脂，固化方式為熱固化或者UV固化，其固化后硬度為 shore D10-95。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述樹(shù)脂可以是環(huán)氧類樹(shù)脂或者丙烯酸類樹(shù)脂，固化方式為熱固化或者UV固化，其固化后硬度為 shore D50-90。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述剝離采用逐行掃面，激光波長(zhǎng)為355nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述剝離采用單晶粒剝離，激光波長(zhǎng)為248nm或192nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述第二基板采用Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃、藍(lán)寶石、有機(jī)材料等中的一種或者多種，采用濕法腐蝕、機(jī)械研磨或者逐層剝離的方法去除該第二基板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法，涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備工藝，該方法能解決在剝離藍(lán)寶石襯底過(guò)程中導(dǎo)致的外延薄膜破裂的問(wèn)題。該制造方法包括以下步驟刻蝕藍(lán)寶石襯底上的外延層；在刻蝕的外延層上制備反射層材料，并進(jìn)行合金；與永久支撐基板鍵合；在永久支撐基板的另一側(cè)采用樹(shù)脂與第二基板進(jìn)行固化；激光剝離藍(lán)寶石襯底；剝離后去除第二基板和樹(shù)脂，第二基板也可在激光剝離前去掉。本發(fā)明可以使GaN薄膜芯片的成品率提高。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102790139SQ20111013245
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者劉碩, 曲曉東, 朱浩, 趙漢民, 閆占彪, 陳棟 申請(qǐng)人:易美芯光(北京)科技有限公司, 晶能光電(江西)有限公司