CN102074624B - Led外延片的制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED外延片的制备方法及装置。该方法是在对衬底基片加热以生长单晶薄膜的过程中，向衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，使衬底基片保持平整状态。该方法是通过一固定机构实现的。本发明可有效消除蓝宝石晶片等衬底基片在高温条件下的翘曲现象，并令厚度较小的衬底基片可直接用于外延生长，从而节约了衬底材料以及避免了常规的减薄等操作，进而大幅降低了LED外延片的制造成本，并有效提高了LED外延片的生产效率和产品良率。

Description

LED外延片的制备方法及装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域的一种LED芯片的制备方法及装置，尤其涉及一种LED外延片的制备方法及装置。

背景技术

第三代半导体材料GaN等具有宽禁带等特点，通过掺杂可以获得波长较短的蓝光和紫外光，从而为白光LED替代目前的白炽灯、目光灯等传统灯具和全彩大屏幕创造了条件。

在GaN基LED及其他光电子器件制作过程中，GaN材料一般是通过采用MOCVD等工艺于高温条件下在蓝宝石晶片等衬底上外延生长而制得。但常见衬底材料，尤其是蓝宝石材料的传热性差，其在加热后，会因上下表面张力不同，或在上表面沉积不同薄膜后产生内部的应力积聚而发生翘曲(参阅图1)，这样，若采用厚度较小的蓝宝石衬底，则翘曲的程度尤甚，进而导致外延生长的InGaN层等由于生长时沿着外延片径向温度分布不均匀而影响光电参数，比如发光波长、亮度或电压等的不均匀，造成良品率低下。

为此，目前业界一般采用厚度在430μm左右的2英寸蓝宝石晶片、或600μm左右的4英寸蓝宝石晶片等作为衬底，以尽量使衬底在外延生长过程中保持平整。但这样做，不仅浪费材料还会使生产成本增加。进一步的，因衬底材料通常具有较高硬度(例如蓝宝石衬底具有高达9级的莫氏硬度)，为了能够将之裂片、分隔，则一般需要对衬底进行减薄(以2英寸的蓝宝石衬底为例，其厚度应减薄至80-100μm左右)，这个减薄的操作包括粘片、研磨、抛光、去蜡、清洗等工序，操作十分繁杂，工时长，设备昂贵，易产生大量粉尘，且会导致芯片的良率大幅降低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种LED外延片的制备方法及装置，其可有效消除蓝宝石晶片等衬底在高温条件下进行外延生长时的翘曲问题，并可令厚度较小的衬底可直接用于外延生长，从而节约了衬底材料以及避免了常规的减薄操作，大幅降低了LED外延片的制造成本。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种LED外延片的制备方法，其特征在于，该方法中，在对衬底基片加热以生长单晶薄膜的过程中，对衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，使衬底基片保持平整状态。

进一步地讲，该方法中，是沿周向对衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的力，所述衬底基片为蓝宝石衬底。

该方法中，是将蓝宝石衬底安放于一加热平台上的容置槽中进行加热的，所述容置槽周边环形分布复数个压片，所述压片一端固定在加热平台上，另一端压设在蓝宝石衬底上端面局部上，并对该蓝宝石衬底局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，所述压片由在所述加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

该方法中，是将蓝宝石衬底安放于一加热平台上的容置槽中进行加热的，且所述蓝宝石衬底上紧密嵌设一套体，所述套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在蓝宝石衬底上端面的局部上，并对该蓝宝石衬底局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力；

所述套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分；

所述套体由在所述加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

所述蓝宝石衬底的厚度为80～1000μm。

一种LED外延片的制备装置，包括一加热平台，所述加热平台上设置复数个容置槽，所述容置槽中安放衬底基片，其特征在于，所述制备装置还包括用以在生长单晶薄膜的过程中对衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，使衬底基片保持平整状态的固定机构。

具体而言，所述固定机构包括呈环形分布在容置槽周边的复数个压片，所述压片一端固定在加热平台上，另一端压设在衬底基片上端面局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，所述压片由在所述加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

所述固定机构包括一套体，所述衬底基片紧密嵌设于该套体中，所述套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在衬底基片上端面的局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力；

所述套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分；

所述套体由在所述加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

所述衬底基片为蓝宝石衬底。

所述蓝宝石衬底直径为2英寸，厚度约80～450μm；或，所述蓝宝石衬底直径为4英寸，厚度约80～650μm；或，所述蓝宝石衬底直径为6英寸，厚度约80～1000μm。

附图说明

图1是较薄蓝宝石衬底在高温条件下的结构示意图；

图2是本发明一较佳实施例的剖面结构示意图之一；

图3是图2所示本发明一较佳实施例的俯视图；

图4是本发明一较佳实施例的结构示意图之二；

图5是本发明另一较佳实施例的剖面结构示意图；

图6是图5所示本发明另一较佳实施例的俯视图；

图7是图5中所示套体的两个部分的拼接结构示意图。

具体实施方式

本发明主要应用于LED外延片，尤其是以传热性较差的基片为衬底的外延片的制造工艺中，其原理在于：在对衬底进行加热时，对衬底上可能产生翘曲的局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的力的作用，从而使衬底保持平整状态。

前述的衬底局部是指除衬底表面预留作外延生长区之外的全部区域或部分区域。

前述的传热性较差的基片可包括但不限于蓝宝石基片。该蓝宝石基片，若是2英寸的，其厚度约为100～430μm的范围，若是4英寸的，其厚度约为100～650μm的范围，此处的“约”是指其数值可在±30μm范围内波动。

本发明中是将前述衬底安放于一加热平台上的容置槽中进行加热的，所述加热平台可为MOCVD工艺中常用的石墨盘或其它加热设备。

为实现向前述衬底局部施加压力，可采用多种方式，例如，本发明优选的如下两种方式，即：

(1)在前述容置槽周边环形分布若干压片，且压片一端固定在加热平台上，另一端压设在衬底上端面局部上，并对该衬底局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力；

(2)将前述衬底紧密嵌设于一套体中，该套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在衬底基片上端面的局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，且该套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分。

当然，藉由上述方案的教导，本领域技术人员亦可很容易的想到其它类似手段。

前述压片和套体均由在前述加热温度(如，可保障外延片正常生长的温度)下能够保持初始形态的材料制成，比如，耐火陶瓷材料、氮化硼、高熔点高强度合金等等。

以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作详细说明。

实施例1该LED外延片的制备方法中，是将厚度约100μm的蓝宝石衬底1安放于一石墨盘2上的容置槽中进行加热的，容置槽周边环形分布多个压片，所述压片一端固定在石墨盘上，另一端压设在蓝宝石衬底上端面除留作外延片生长区之外的环形区域上，并对该蓝宝石衬底局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，从而使衬底保持平整状态。

前述压片由在前述加热温度下能够保持初始形态的材料，如氮化硼制成。

参阅图2-3，所述压片可为若干条状压片3，各压片一端部经紧固螺钉等固定在石墨盘上，另一端则压在与容置槽槽口平齐的蓝宝石衬底上端面上。

或，请参阅图4，所述压片也可为若干弧形压片3’，同样的，各压片一端部经紧固螺钉等固定在石墨盘上，另一端则压在与容置槽槽口平齐的蓝宝石衬底上端面上。进一步的，前述弧形压片也可一体设置形成一环形件，其外环部与石墨盘固定连接，内环部压设在蓝宝石衬底上端面上。

实施例2该LED外延片的制备方法中，是将厚度约100μm的2英寸蓝宝石衬底安放于一石墨盘上的容置槽中进行加热的，且所述蓝宝石衬底上紧密套设一套体，所述套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在蓝宝石衬底上端面上，并对该蓝宝石衬底局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，蓝宝石衬底上与所述套体的开口部对应的区域为留供外延片生长的区域。

前述套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分。

前述套体由在前述加热温度下能够保持初始形态的材料，如石墨、钨合金、氮化硼等制成。

请参阅图5-6，所述套体可为一薄壳型构件4，其由可沿水平方向拆分的两部分41、42组成，该两个部分的所有或至少局部拼接部位优选采用榫槽结构(如图7所示)等相互紧密结合。该套体内设有可紧密嵌设蓝宝石衬底1的容置空间。该套体在置于容置槽中时，其上端面略高出或与石墨盘面2平齐，而蓝宝石衬底上端面与石墨盘面平齐或略低。该套体可采用石墨、氮化硼等材料制成。但优选的，可采用钨合金等金属制成，其一方面在高温下不易发生形变，另一方面具有良好导热性能，可使蓝宝石衬底上、下端更为均匀的受热。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED外延片的制备方法，其特征在于，该方法是在对衬底基片加热以生长单晶薄膜的过程中，通过对衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，使衬底基片保持平整状态；

进一步的讲，该方法为：

将衬底基片安放于一加热平台上的容置槽中进行加热，所述容置槽周边环形分布复数个压片，所述压片一端固定在加热平台上，另一端压设在衬底基片上端面局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，所述压片由在加热温度下能够保持初始形态的材料制成；

或者，将衬底基片安放于一加热平台上的容置槽中进行加热，且所述衬底基片上紧密嵌设一套体，所述套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在衬底基片上端面的局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力；

所述套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分；

所述套体由在加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

2.根据权利要求1所述的LED外延片的制备方法，其特征在于，所述衬底优选采用蓝宝石衬底，其厚度为80±30μm～1000±30μm。

3.一种LED外延片的制备装置，包括一加热平台，所述加热平台上设置复数个容置槽，所述容置槽中安放衬底基片，其特征在于，所述制备装置还包括用以在生长单晶薄膜的过程中对衬底基片局部施加与导致该衬底基片局部翘曲的力方向相反的压力，使衬底基片保持平整状态的固定机构；

所述固定机构包括呈环形分布在容置槽周边的复数个压片，所述压片一端固定在加热平台上，另一端压设在衬底基片上端面局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力，所述压片由在加热温度下能够保持初始形态的材料制成；

或者，所述固定机构包括一套体，所述衬底基片紧密嵌设于该套体中，所述套体上端面设置环形开口，其环形面沿周向压设在衬底基片上端面的局部上，并对该衬底基片局部施加与导致该衬底局部翘曲的力方向相反的压力；

所述套体包括可沿水平方向拆分的至少两个部分；

所述套体由在加热温度下能够保持初始形态的材料制成。

4.根据权利要求3所述的LED外延片的制备装置，其特征在于，所述衬底基片为蓝宝石衬底。

5.根据权利要求4所述的LED外延片的制备装置，其特征在于，所述蓝宝石衬底直径为2英寸，厚度80±30μm～450±30μm；或，所述蓝宝石衬底直径为4英寸，厚度80±30μm～650±30μm；或，所述蓝宝石衬底直径为6英寸，厚度80±30μm～1000±30μm。

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