一種半導體發(fā)光器件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種半導體發(fā)光器件的制備方法，通過改變刻蝕的工藝參數(shù)使得刻蝕得到的外延層側壁傾角為60°～90°，接近于垂直，從而避免了生產中的芯片開裂等現(xiàn)象，提高生產率。
【專利說明】一種半導體發(fā)光器件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電器件領域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種半導體發(fā)光器件的制備方法。
【背景技術】
[0002]在LED芯片制備工藝中，藍寶石襯底作為GaN基LED外延生長的主要襯底，其導電性和散熱性都比較差。由于藍寶石襯底導電性差，傳統(tǒng)的GaN基LED采用橫向結構，導致電流堵塞和發(fā)熱。而較差的導熱性能限制了發(fā)光器件的功率。采用激光剝離技術將藍寶石襯底去除后，將發(fā)光二極管做成垂直結構，可以有效解決散熱和出光問題。為了提高GaN基LED的光效和功率，提出了激光剝離藍寶石襯底技術，即在藍寶石襯底上制備外延層之后，將外延層與支撐基板結合，然后采用激光剝離方法去除藍寶石襯底，將器件做成垂直結構。在藍寶石襯底剝離之前通常刻蝕外延生長在藍寶石襯底上的GaN外延層以產生多個分立的管芯，方便后續(xù)的芯片切割工藝，提高生產效率。目前，通常采用感應耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma,簡稱ICP)刻蝕法刻蝕外延層。ICP刻蝕的原理是在交變的電磁場中，氣體產生放電現(xiàn)象進入等離子態(tài)，等離子垂直作用于基片，并與其反應生成可揮發(fā)的氣態(tài)物質，以達到刻蝕的目的。在ICP工藝中，ICP離子源功率、射頻功率、氣體流量、腔室壓力等參數(shù)都會對刻蝕產生影響。但是，現(xiàn)有的ICP工藝參數(shù)往往使得等離子體不能垂直作用于基板表面，即刻蝕得到的側壁傾角遠遠小于90°，使得在后續(xù)的激光剝離工藝中產生裂紋等現(xiàn)象，降低了芯片的性能及生產良率。

【發(fā)明內容】

[0003]為了解決在芯片生產過程中芯片由于激光剝離產生裂紋導致生產良率低的問題，本發(fā)明提出一種半導體發(fā)光器件的制備方法，該方法包括在藍寶石襯底上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層，該方法還包括刻蝕所述外延層至暴露藍寶石襯底以產生多個分立的管芯，其中刻蝕后的外延層側壁傾角為60°?90°，該方法還包括將刻蝕后的外延層與支撐基板結合，采用激光剝離方法去除藍寶石襯底。
[0004]優(yōu)選地，所述外延層側壁傾角為75°?85°。
[0005]優(yōu)選地，所述刻蝕后的外延層與支撐基板結合的方法為共晶鍵合或涂膠后固化。
[0006]優(yōu)選地，所述管芯之間都保留部分外延層作為隔離帶，并且管芯四周的隔離帶至少有一處是不相連的。
[0007]優(yōu)選地，所述隔離帶與相鄰管芯邊緣之間槽的寬度為1-100微米。
[0008]優(yōu)選地，所述隔離帶的寬度為5-100微米。
[0009]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供一種半導體發(fā)光器件的制備方法，該方法通過改變刻蝕的工藝參數(shù)，使得刻蝕后的外延層側壁傾角為60°?90°，接近于垂直，從而產生較少的斜面，更有利于后續(xù)的制造工藝，提高了性能及良率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖la、圖1b為外延層刻蝕之后的局部示意圖。
[0011]圖2a_2g為本發(fā)明一個實施例的制造過程的示意圖。
[0012]圖3a_3h為本發(fā)明另一個實施例的制造過程的示意圖。
[0013]圖4a_4g為本發(fā)明另一個實施例的制造過程的示意圖。
[0014]圖5a_5h為本發(fā)明另一個實施例的制造過程的示意圖。
[0015]圖中標識說明:管芯1，隔離帶2，槽3，藍寶石襯底100，外延層110，支撐基板120，樹脂膠210，輔助基板220，第一臨時基板310，第二臨時基板320。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017]現(xiàn)有技術中刻蝕后的外延層結構有兩種，如圖1a和圖1b所示。圖1a所示每兩個相鄰的管芯I之間都保留部分外延層作為隔離帶2，并且隔離帶2是不連續(xù)的，隔離帶2與相鄰的管芯I之間形成有槽3 ;圖1b所示，每兩個相鄰的管芯I之間直接形成有槽3，無隔離帶。
[0018]實施例1如圖2a所示，在藍寶石襯底100上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層110。對藍寶石襯底100進行機械研磨減薄并拋光。如圖2b所示，采用ICP刻蝕法刻蝕外延層110，腔室壓力設置為700mPa，Cl2, BCl3和Ar氣體流量分別為50sccm、IOsccm和5sccm，射頻功率為200W，離子源功率為500W，將外延層110刻蝕至暴露藍寶石襯底100，形成多個分立的管芯1，同時每兩個相鄰的所述管芯I之間都保留部分外延層110作為隔離帶2，不同管芯I之間的隔離帶2是不連續(xù)的，隔離帶2的寬度為20微米，與相鄰管芯I邊緣之間槽3的寬度為10微米，刻蝕后的外延層側壁傾角為75°。如圖2c所示，將刻蝕后的外延層110通過共晶鍵合的方法與支撐基板120結合。所述支撐基板120為S1、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃中的任意一種。如圖2d所示，在支撐基板120的另一側涂敷樹脂膠210，所述樹脂膠210在激光剝離過程中起到緩解應力的作用。為了使涂敷上去的樹脂膠210平整，如圖2e所示，使用透明的輔助基板220如玻璃、藍寶石將樹脂膠210壓平，然后采用紫外光將樹脂膠210固化，去除輔助基板220。如圖2f所示，采用激光剝離的方法去除藍寶石襯底100。如圖2g所示，去除所述樹脂膠210。去除殘留的隔離帶2，采用通用工藝形成P、N電極，完成半導體發(fā)光器件的制備。
[0019]本實施例的外延層側壁傾角為75°，芯片生產良率有所提高。
[0020]實施例2如圖3a所示，在藍寶石襯底100上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層110。對藍寶石襯底100進行機械研磨減薄并拋光。如圖3b所示，采用ICP刻蝕法刻蝕外延層110，腔室壓力設置為400mPa，Cl2, BCl3和Ar氣體流量分別為45sccm、15sccm和5sccm，射頻功率為320W，離子源功率為600W，將外延層110刻蝕至暴露藍寶石襯底100，形成多個分立的管芯1，同時每兩個相鄰的所述管芯I之間都保留部分外延層110作為隔離帶2，不同管芯I之間的隔離帶2是不連續(xù)的，隔離帶2的寬度為40微米，與相鄰管芯I邊緣之間槽3的寬度為10微米，刻蝕后的外延層側壁傾角為80°。如圖3c所示，在刻蝕后的外延層110上涂敷高溫環(huán)氧樹脂改性膠，與第一臨時基板310粘結之后固化。如圖3d所示，使用激光剝離的方法去除藍寶石襯底100，采用248納米準分子激光，功率550毫瓦。如圖3e所示，在剝離面上涂敷改性雜環(huán)樹脂膠后與第二臨時基板320粘結之后固化。如圖3f所示，用蠟保護第二臨時基板320之后，用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5:2:2)腐蝕第一臨時基板310，采用甲苯在100°C下進行腐蝕該高溫環(huán)氧樹脂改性膠。如圖3g所示，將暴露出的外延層鍵合到支撐基板120上，所述支撐基板120為硅基板。如圖3h所示，將支撐基板120用蠟進行保護，用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5:2:2)腐蝕第二臨時基板320，并用硫酸雙氧水腐蝕掉改性雜環(huán)樹脂膠，然后對于得到的N型GaN層表面進行清洗。去除殘留的隔離帶2，采用通用工藝形成P、N電極，完成半導體發(fā)光器件的制備。
[0021]本實施例的外延層側壁傾角為80°，芯片生產良率顯著提高。
[0022]實施例3如圖4a所示，在藍寶石襯底100上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層110。對藍寶石襯底100進行機械研磨減薄并拋光。如圖4b所示，采用ICP刻蝕法刻蝕外延層110，腔室壓力設置為700mPa，Cl2, BCl3和Ar氣體流量分別為50sccm、IOsccm和5sccm，射頻功率為100W，離子源功率為600W，將外延層110刻蝕至暴露藍寶石襯底100，形成多個分立的管芯1，同時每兩個相鄰的所述管芯I之間都保留部分外延層110作為隔離帶2，不同管芯I之間的隔離帶2是不連續(xù)的，隔離帶2的寬度為20微米，與相鄰管芯I邊緣之間槽3的寬度為10微米，刻蝕后的外延層側壁傾角為60°。如圖4c所示，在刻蝕后的外延層110上涂膠后與支撐基板120粘結并固化。所述支撐基板120為S1、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃中的任意一種。如圖4d所示，在支撐基板120的另一側涂敷樹脂膠210。所述樹脂膠210在激光剝離過程中起到緩解應力的作用。為了使涂敷上去的樹脂膠210平整，如圖4e所示，使用透明的輔助基板220如玻璃、藍寶石將樹脂膠210壓平，然后采用紫外光將樹脂膠210固化，去除輔助基板220。如圖4f所示，采用激光剝離的方法去除藍寶石襯底100。如圖4g所示，去除所述樹脂膠210。去除殘留的隔離帶2，采用通用工藝形成P、N電極，完成半導體發(fā)光器件的制備。
[0023]本實施例的外延層側壁傾角為60°，芯片生產良率略有提高。
[0024]實施例4如圖5a所示，在藍寶石襯底100上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層110。對藍寶石襯底100進行機械研磨減薄并拋光。如圖5b所示，采用355nm紫外激光，激光功率為1.2W，頻率為120KHz，速率為120mm/s，將外延層110刻蝕至暴露藍寶石襯底100，形成多個分立的管芯1，同時每兩個相鄰的所述管芯I之間都保留部分外延層110作為隔離帶2，不同管芯I之間的隔離帶2是不連續(xù)的，隔離帶2的寬度為40微米，與相鄰管芯I邊緣之間槽3的寬度為10微米，刻蝕后的外延層側壁傾角為90°。如圖5c所示，在刻蝕后的外延層110上涂敷高溫環(huán)氧樹脂改性膠，與第一臨時基板310粘結之后固化。如圖5d所示，使用激光剝離的方法去除藍寶石襯底100，采用248納米準分子激光，功率550毫瓦。如圖5e所示，在剝離面上沉積TiAu保護層之后與第二臨時基板320鍵合。如圖5f所示，用蠟保護第二臨時基板320之后，用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5:2:2)腐蝕第一臨時基板310，采用甲苯在100°C下進行腐蝕該高溫環(huán)氧樹脂改性膠。如圖5g所示，將暴露出的外延層鍵合到支撐基板120上，所述支撐基板120為硅基板。如圖5h所示，將支撐基板120用蠟進行保護，用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5:2:2)腐蝕第二臨時基板320，并用硫酸雙氧水腐蝕掉改性雜環(huán)樹脂膠，然后對于得到的N型GaN層表面進行清洗。去除殘留的隔離帶2，采用通用工藝形成P、N電極，完成半導體發(fā)光器件的制備。
[0025]本實施例的外延層側壁傾角為90°，芯片生產良率大大提高。[0026]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種半導體發(fā)光器件的制備方法，包括:在藍寶石襯底上依次生長緩沖層、N型GaN層、活性層、P型GaN層，形成外延層；刻蝕所述外延層至暴露藍寶石襯底以產生多個分立的管芯；將刻蝕后的外延層與支撐基板結合；采用激光剝離方法去除藍寶石襯底；其特征在于刻蝕后的外延層側壁傾角為60°?90°。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述外延層側壁傾角為75。?85。。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述刻蝕后的外延層與支撐基板結合的方法為共晶鍵合或涂膠后固化。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述管芯之間都保留部分外延層作為隔離帶，并且管芯四周的隔離帶至少有一處是不相連的。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述隔離帶與相鄰管芯邊緣之間槽的寬度為1-100微米。
6.根據(jù)權利要求4所述的半導體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述隔離帶的寬度為5-100微米。
【文檔編號】H01L33/20GK103489979SQ201310414200
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權日:2013年9月12日
【發(fā)明者】朱浩, 范振燦, 劉國旭 申請人:易美芯光（北京）科技有限公司