CN101872814A - 去除GaN基LED芯片蓝宝石衬底的方法 - Google Patents

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江忠永
田洪涛
张向飞
徐瑾
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Abstract

本发明提供了一种去除GaN基LED芯片的蓝宝石衬底的方法，包括步骤：(1)采用圆片键合的方式制作导热基座；(2)机械研磨蓝宝石衬底；(3)ICP刻蚀蓝宝石衬底，采用本发明提供的方法，可以在蓝宝石衬底相对较厚时采用砂轮减薄蓝宝石衬底的方法，当蓝宝石衬底相对较薄时钻石研磨的方法，既有利于去除蓝宝石衬底的速度，也可避免高温，有利于保证器件可靠性，而采用ICP刻蚀蓝宝石，有助于保证去除蓝宝石衬底后，GaN基外延层厚度均匀一致，同时采用本方法，可以方便地实现衬底转移，不需专门的激光刻蚀设备，所用设备与普通的GaN基LED芯片制造设备通用，节省成本。

Description

去除GaN基LED芯片蓝宝石衬底的方法
技术领域
本发明涉及垂直结构发光二极管芯片的制造，尤其是去除GaN基发光二极管芯片蓝宝石衬底的技术。
背景技术
发光二极管(LED)芯片的基本结构是在蓝宝石衬底上外延生长InGaN/GaN发光半导体材料，然后在外延层的上表面制作正/负金属电极用于注入电流，实现电能转换成光能。图1所示的是典型的LED芯片的剖面结构示意图，LED芯片主要由三部分组成，蓝宝石衬底11，发光半导体层12，以及金属电极13(包含p、n两个电极)，蓝宝石衬底是芯片的支撑和散热通道。
为了提高LED芯片散热能力，从而提高LED芯片光电性能，目前存在一种去除LED芯片蓝宝石衬底的激光剥离方法(Laser Lift off，简称LLO)。该方法是在p型外延层表面依次沉积金属电极层和焊料层，然后通过圆片键合工艺使之与导热基座粘合，让一定能量密度和波长的激光从蓝宝石表面入射，激光能量在蓝宝石与GaN基LED外延层界面处被GaN基外延层吸收转化成热能，温度迅速升高，达到GaN汽化点，使外延层与衬底分离，实现衬底转移，用导热性能良好的新基座代替蓝宝石衬底。然而，采用激光剥离的方式去除蓝宝石衬底始终无法回避的一个问题是局部高温对外延层损伤，无法证器件的可靠性，这也是制约激光剥离技术广泛应用于去除蓝宝石衬底的一个关键问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种在垂直结构LED芯片的制作过程中，去除GaN基LED芯片的蓝宝石衬底的方法，从而提高具有蓝宝石衬底的LED芯片发光效率及散热性能，
去除GaN基LED芯片的蓝宝石衬底的方法，包括步骤：
(1)采用圆片键合的方式制作导热基座；
(2)机械研磨蓝宝石衬底；
(3)ICP刻蚀蓝宝石衬底。
其中，步骤(1)所述的采用圆片键合的方式制作导热基座，包括步骤：
(A)在LED外延圆片的表面蒸镀p型GaN金属电极；
(B)蒸镀焊料层，所述蒸镀焊料层键合外延圆片和导热基座。
其中，步骤(2)所述的机械研磨蓝宝石衬底，包括步骤：
(A)用砂轮减薄蓝宝石衬底，砂轮减薄蓝宝石衬底切削速率较快，但是划痕相对较深；
(B)用钻石研磨液研磨蓝宝石衬底，钻石研磨液研磨蓝宝石衬底速率相对较慢，但是划痕较浅，可以保证蓝宝石表面平整度。
其中，步骤(3)所述ICP刻蚀蓝宝石衬底的方法为：调整ICP刻蚀条件，以较快速率刻蚀蓝宝石，较慢的速率刻蚀GaN基，去除蓝宝石衬底，从而保证剩余蓝宝石衬底的外延层厚度均匀性，所述ICP刻蚀蓝宝石与ICP刻蚀n面GaN的速率之比可以达到4∶1。
本发明有益效果是：采用本发明提供的方法，可以在蓝宝石衬底相对较厚时采用砂轮减薄蓝宝石衬底的方法，当蓝宝石衬底相对较薄时钻石研磨的方法，即有利于去除蓝宝石衬底的速度，也可避免高温，有利于保证器件可靠性，而采用ICP刻蚀蓝宝石，有助于保证去除蓝宝石衬底后，GaN基外延层厚度均匀一致，同时采用本方法，可以方便地实现衬底转移，不需专门的激光刻蚀设备，所用设备与普通的GaN基LED芯片制造设备通用，节省成本。
附图说明：
图1是普通LED芯片的剖面示意图
图2A、2B、2C是本发明的去除蓝宝石衬底工艺过程示意图
附图说明
11-蓝宝石基座
12-LED半导体外延层
13-金属电极(包含p、n)
21-导电基座
22-焊料层
23-p型GaN金属接触层
24-p型GaN外延层
25-n型GaN外延层
26-蓝宝石衬底；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的发明内容进一步说明。
一种去除GaN基LED芯片的蓝宝石衬底的方法，包括步骤：
(1)采用圆片键合的方式制作导热基座得到如图2A所示的GaN基LED芯片；
(2)对如图2A所示的GaN基LED芯片，机械研磨蓝宝石衬底，得到如图2B所示的的GaN基LED芯片；
(3)对如图2B所示的GaN基LED芯片，ICP刻蚀蓝宝石衬底，得到如图2C所示的的GaN基LED芯片。
其中，步骤(1)所述的采用圆片键合的方式制作导热基座，包括步骤：
(C)在LED外延圆片的表面蒸镀p型GaN金属电极，该电极是欧姆接触，同时有良好的反射可见光的性能；
(D)蒸镀焊料层，所述蒸镀焊料层键合外延圆片和导热基座。
其中，步骤(2)所述的机械研磨蓝宝石衬底，包括步骤：    
(C)用砂轮减薄蓝宝石衬底，砂轮减薄蓝宝石衬底切削速率较快，但是划痕相对较深，其中较优尺寸为将蓝宝石衬底厚度减薄至约80～100um尺寸范围内；
(D)用钻石研磨液研磨蓝宝石衬底，钻石研磨液研磨蓝宝石衬底速率相对较慢，但是划痕较浅，可以保证蓝宝石表面平整度，其中较优尺寸为将蓝宝石衬底厚度研磨至约5～10um尺寸范围内。
其中，步骤(3)所述ICP刻蚀蓝宝石衬底的方法为：调整ICP刻蚀条件，通常刻蚀设备射频功率1000W，偏压功率100W，腔体压力12mtorr，BCl3流量35sccm，以较快速率刻蚀蓝宝石衬底26，较慢的速率刻蚀GaN基，去除蓝宝石衬底，从而保证剩余蓝宝石衬底的外延层厚度均匀性，所述ICP刻蚀蓝宝石与ICP刻蚀n面GaN的速率之比可以达到4∶1。
本发明有益效果是：采用本发明提供的方法，可以在蓝宝石衬底相对较厚时采用砂轮减薄蓝宝石衬底的方法，当蓝宝石衬底相对较薄时钻石研磨的方法，即有利于去除蓝宝石衬底的速度，也可避免高温，有利于保证器件可靠性，而采用ICP刻蚀蓝宝石，有助于保证去除蓝宝石衬底后，GaN基外延层厚度均匀一致，同时采用本方法，可以方便地实现衬底转移，不需专门的激光刻蚀设备，所用设备与普通的GaN基LED芯片制造设备通用，节省成本。
应当理解是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的非实质性的替换或修改的发明创造均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.去除GaN基LED芯片的蓝宝石衬底的方法，其特征在于包括步骤：
(1)采用圆片键合的方式制作导热基座；
(2)机械研磨蓝宝石衬底；
(3)ICP刻蚀蓝宝石衬底；
其中，所述的采用圆片键合的方式制作导热基座，包括步骤：
(A)在LED外延圆片的表面蒸镀p型GaN金属电极；
(B)蒸镀焊料层，所述蒸镀焊料层键合外延圆片和导热基座；
其中，所述的机械研磨蓝宝石衬底，包括步骤：
(A)用砂轮减薄蓝宝石衬底；
(B)用钻石研磨液研磨蓝宝石衬底；
其中，所述ICP刻蚀蓝宝石衬底的方法为：调整ICP刻蚀条件，以较快速率刻蚀蓝宝石，较慢的速率刻蚀GaN基，去除蓝宝石衬底，从而保证剩余蓝宝石衬底的外延层厚度均匀性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于砂轮将蓝宝石衬底厚度减薄至80～100um尺寸范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于用钻石研磨液将蓝宝石衬底厚度研磨至5～10um尺寸范围内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤所述ICP刻蚀蓝宝石与ICP刻蚀n面GaN的速率之比可以达到4∶1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在ICP刻蚀条件为刻蚀设备的射频功率1000W，偏压功率100W，腔体压力12mtorr，BCl3流量35sccm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102962773A (zh) * 2012-09-21 2013-03-13 沈李豪 去除led衬底的方法及以其方法制得的led芯片
CN103730549A (zh) * 2014-01-07 2014-04-16 大连理工大学 一种基于SiC衬底的垂直结构GaN基紫外LED及其制备方法
CN106571295A (zh) * 2015-10-10 2017-04-19 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 制造图形化蓝宝石衬底的方法

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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