[發(fā)明專利]基于藍(lán)寶石剝離的薄膜GaN芯片的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110132454.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN102790139A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱浩;曲曉東;趙漢民;閆占彪;劉碩;陳棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 易美芯光(北京)科技有限公司;晶能光電(江西)有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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。普通的做法沒能解決剝離過程中的應(yīng)力作用，會(huì)導(dǎo)致大量的薄膜芯片發(fā)生開裂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問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)寶石襯底過程中導(dǎo)致的外延薄膜破裂的問題。

為解決上述問題，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1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、Al₂O₃、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、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃、MgF₂其中的一種或多種組成，優(yōu)選ITO、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)氧樹脂膠或者丙烯酸樹脂膠，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。

附圖說明

圖1a-1h為用本發(fā)明的方法制備GaN基薄膜芯片的工藝過程。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例來進(jìn)一步說明。

首先用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底100上生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、p型GaN層，形成外延層110，如圖1a。將外延層進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為5.5微米，將外延層刻開，如圖1b。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℃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1c。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℃，如圖1d。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1e。進(jìn)行激光剝離，剝離掉藍(lán)寶石襯底100，如圖1f，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1g。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1h。