專利名稱：一種能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別是能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近來，以GaN材料為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)，成為繼Si、GaAs之后再次吸引世人矚目的高新半導(dǎo)體技術(shù)。GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管LED的研制成功，實現(xiàn)了 LED對于可見光波段的全覆蓋，同時由于基于LED的照明技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、無毒害、無污染、響應(yīng)速度快、固體光源、抗震、抗沖擊、輕薄短小等特點，LED現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的滲透進(jìn)了我們的日常生活領(lǐng)域如信號指示和信息顯示等領(lǐng)域；液晶顯示用背光源、戶外及室內(nèi)照明領(lǐng)域；生物、 醫(yī)療等特殊領(lǐng)域的輻射照明功用領(lǐng)域等。通用照明是LED應(yīng)用最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域，也是半導(dǎo)體照明的終極目標(biāo)。白光LED綠色節(jié)能的照明光源，發(fā)光效率已經(jīng)超過白熾燈的10倍， 使用壽命達(dá)到10萬小時，在能源日趨緊張的當(dāng)今時代，LED進(jìn)入通用照明領(lǐng)域無疑具有非常大的市場前景。在GaN基藍(lán)綠光LED制造過程中最核心的技術(shù)是III-V族氮化物半導(dǎo)體材料的 MOCVD外延生長，它直接決定了 III-V族氮化物半導(dǎo)體材料的晶體質(zhì)量，同時也決定了 LED 芯片各項光電參數(shù)的一致性和穩(wěn)定性，以及LED芯片的產(chǎn)出良率。目前大多數(shù)的GaN系化合物半導(dǎo)體材料主要是采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積MOCVD的方法外延生長在藍(lán)寶石A1203襯底上。然而，由于藍(lán)寶石襯底與GaN系材料之間晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)的不同，在氮化物材料外延生長過程中，由于應(yīng)力的作用容易引起藍(lán)寶石襯底的翹曲，嚴(yán)重時會由于襯底應(yīng)力的不平均，而造成藍(lán)寶石襯底的破裂，從而造成產(chǎn)品良率的降低。因此，目前 III-V族氮化物材料體系的藍(lán)綠光LED外延片、芯片產(chǎn)業(yè)化仍處于2英寸水平。GaN基藍(lán)綠光LED外延片采用更大尺寸襯底的挑戰(zhàn)主要在于如何解決材料外延生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力問題。在采用MOCVD技術(shù)外延生長III-V族氮化物材料的過程中，外延片一般會因為處于應(yīng)力狀態(tài)而發(fā)生翹曲。應(yīng)力的產(chǎn)生主要有以下兩種情況一種是外延過程中外延層之間溫度變化引起的熱膨脹系數(shù)失配應(yīng)力；另一種是外延材料在生長過程中晶體結(jié)構(gòu)的漸變導(dǎo)致的應(yīng)力。如圖1所示，為在外延材料生長過程中出現(xiàn)的一種常見情況，由于藍(lán)寶石襯底21 是通過與加熱基座10接觸導(dǎo)熱的，由應(yīng)力導(dǎo)致的外延層22翹曲現(xiàn)象會使藍(lán)寶石襯底21的加熱溫度不均勻，而且采用越大尺寸的藍(lán)寶石襯底21，生長的外延層22材料均勻性也就越差，大大限制了大尺寸外延襯底的產(chǎn)出良率。此外，外延片處于較大的應(yīng)力狀態(tài)容易造成襯底減薄過程中的外延片破裂，從而影響后續(xù)芯片工藝制程的產(chǎn)出良率。因此，外延生長低應(yīng)力材料的方法是GaN基LED制造的一項關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)，業(yè)內(nèi)熟知的方法是在藍(lán)寶石基板上，暫時在低溫生長GaN或AlN的緩沖層，低溫生長的緩沖層會讓晶格形變變的緩和，然后再在緩沖層上生長高質(zhì)量的GaN 系半導(dǎo)體材料，如已公開的日本專利JP2000124499和JP7312350。已公開的中國專利 CN1123937C提出了在藍(lán)寶石基板上下兩面分別形成一厚度相近的氮化鎵薄膜層，可讓上下氮化鎵薄膜層形成的應(yīng)力互相抵消，從而可以預(yù)防藍(lán)寶石襯底破裂的可能性。但上述方法需要在藍(lán)寶石襯底上下兩面分別外延GaN材料，增加了外延生長的復(fù)雜性，同時也使生產(chǎn)成本陡增。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的是提供一種能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。它能減小GaN基LED材料外延生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，提高GaN基LED 外延材料的均勻性和GaN基LED芯片的產(chǎn)出良率，有利于外延襯底尺寸的進(jìn)一步擴大。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實用新型的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)一種能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，它包括藍(lán)寶石襯底和置于藍(lán)寶石襯底上的外延層。其結(jié)構(gòu)特點是，所述藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成有縱橫交錯的切割劃痕。本實用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)，采用激光隱形切割技術(shù)先行對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行隱形切割，再在經(jīng)過隱形切割工藝的藍(lán)寶石襯底上面通過MOCVD技術(shù)制備GaN基LED外延層材料，可以消除GaN基LED材料外延生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，提高了 GaN基LED外延材料的均勻性，提升GaN基LED芯片的產(chǎn)出良率，為進(jìn)一步擴大外延襯底尺寸提供基礎(chǔ)。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中由于薄膜應(yīng)力導(dǎo)致的外延層翹曲現(xiàn)象；圖2為本實用新型實施例一發(fā)光二極管的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例一中藍(lán)寶石襯底的橫剖面俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例二中藍(lán)寶石襯底的橫剖面俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參看圖2和圖3，本實用新型包括藍(lán)寶石襯底21和置于藍(lán)寶石襯底21上的外延層22。藍(lán)寶石襯底21內(nèi)部形成有縱橫交錯的切割劃痕23，切割劃痕23的位置就是LED芯片的劃片槽位置。其中外延層22包括氮化鎵GaN、氮化鋁A1N、氮化銦鎵InGaN、氮化鋁鎵 AlGaN、氮化銦hN、氮化鋁鎵銦IniUGaN中的一種或幾種組成的單一結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)。本實用新型發(fā)光二極管的制造方法步驟為①運用激光對藍(lán)寶石襯底21進(jìn)行隱形切割工藝處理，在藍(lán)寶石襯底21內(nèi)部形成縱橫交錯的切割劃痕23 ；切割劃痕23的位置可以為沿LED芯片劃片槽位置或者其他位置。②在經(jīng)過隱形切割工藝處理的藍(lán)寶石襯底21的上表面形成外延層22。上述制造方法中切割劃痕23的深度、形狀等可由激光隱形切割工藝的激光能量大小、聚集位置、切割速度等參數(shù)進(jìn)行控制。圖4為本實用新型實施例二中的藍(lán)寶石襯底21，藍(lán)寶石襯底21內(nèi)部形成的切割劃痕23將整個藍(lán)寶石襯底21分為了相同的四等份，切割劃痕23的位置并不是LED芯片的劃片槽位置。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以上所述僅為本實用新型的具體實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的技術(shù)思路之內(nèi)，所做的任何修改、替換或改進(jìn)形成的技術(shù)方案，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，它包括藍(lán)寶石襯底和置于藍(lán)寶石襯底 (21)上的外延層(22)，其特征在于，所述藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成有縱橫交錯的切割劃痕 (23)。
專利摘要一種能消除應(yīng)力的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，涉及光電技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括藍(lán)寶石襯底和置于藍(lán)寶石襯底上的外延層。其結(jié)構(gòu)特點是，所述藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成有縱橫交錯的切割劃痕。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型能減小GaN基LED材料外延生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，提高GaN基LED外延材料的均勻性和GaN基LED芯片的產(chǎn)出良率，有利于外延襯底尺寸的進(jìn)一步擴大。
文檔編號H01L33/00GK202167535SQ20112026770
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者吳東海, 李志翔, 蔡炯棋 申請人:南通同方半導(dǎo)體有限公司