CN103647005A - 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底 - Google Patents

一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底 Download PDF

Info

Publication number
CN103647005A
CN103647005A CN201310640524.2A CN201310640524A CN103647005A CN 103647005 A CN103647005 A CN 103647005A CN 201310640524 A CN201310640524 A CN 201310640524A CN 103647005 A CN103647005 A CN 103647005A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sapphire substrate
pattern
algainn
slot segmentation
substrate body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310640524.2A
Other languages
English (en)
Inventor
刘军林
江风益
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Nanchang University
Original Assignee
NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd, Nanchang University filed Critical NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd
Priority to CN201310640524.2A priority Critical patent/CN103647005A/zh
Publication of CN103647005A publication Critical patent/CN103647005A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底，包括蓝宝石衬底本体，图形分割槽将蓝宝石衬底本体的上表面分割成多个相互独立的重复的图形单元，图形单元为AlGaInN材料的生长平台。蓝宝石衬底本体为平面蓝宝石衬底本体或图形蓝宝石衬底本体。图形分割槽为沟槽型图形分割槽或第二介质型图形分割槽。本发明的分割图形衬底是通过沟槽或第二介质将蓝宝石衬底分割成一个个相互独立的、互不相连的图形单元。这种被分割开来的AlGaInN外延薄膜能大大提升LED的波长均匀性，提高LED外延片的良率，并大大降低AlGaInN外延薄膜与蓝宝石衬底之间由于激光剥离带来的巨大热应力以及热冲击，可大大提升激光剥离的合格率，提升蓝宝石衬底垂直结构LED芯片的良率。

Description

一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底
技术领域
本发明属于AlGaInN材料体系薄膜生长技术，尤其是涉及一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底。
背景技术
近年来，随着AlGaInN材料体系LED技术的不断进步，LED已逐渐应用于显示、背光、照明等领域。在光效已全面超越白炽灯、荧光灯等传统灯具后，阻碍LED照明全面进入通用照明的最大问题是如何进一步降低成本。目前，降低成本的途径主要有增大外延衬底尺寸或提升大电流密度下LED的发光效率等。其中：增大外延衬底尺寸可显著增加单片外延片的芯片产出数量，从而降低芯片成本；而提升大电流密度下LED的发光效率、加大芯片的工作电流，则一个芯片就可以当几个芯片使用，这可有效有减少灯具中芯片的使用数量，从而降低灯具的成本。
然而，增大外延衬底尺寸以及加大芯片的工作电流都会给蓝宝石衬底的LED外延薄膜生长以及芯片的可靠性带来巨大问题与挑战。首先，增大外延衬底尺寸会使外延片弯曲、龟裂以及波长均匀性下降等问题凸显。由于蓝宝石衬底和AlGaInN材料体系之间存在巨大的热失配，在从生长温度降至室温的过程中，高温生长（通常约1000℃左右）的AlGaInN薄膜与蓝宝石衬底会产生巨大的热应力，从而导致外延片弯曲或者龟裂；进一步地， AlGaInN多量子阱结构通常在低于730℃的温度下生长，此时外延片已有较大的弯曲，从而导致外延片的表面温度不均匀进而使AlGaInN多量子阱中的In组分不均匀，这严重影响了LED的波长均匀性；而当增大外延衬底尺寸（比如从2英寸增大到6英寸）时，以上问题会被明显放大，导致外延片的良率严重下降。另外，传统的蓝宝石芯片多为同侧电极结构，芯片制造时保留了蓝宝石衬底，在封装应用的过程中，由于蓝宝石的热导率低而给芯片的散热造成了不利影响。当工作电流很大时，这种结构的芯片由于散热困难而不能使用。因此，在需要大电流驱动的工作场合，通常需要采用垂直结构LED芯片。垂直结构LED芯片通常是将LED外延薄膜转移到导电的硅基板或者金属基板上，因此导热性良好，可以用于大电流驱动的工作场合。制作垂直结构LED芯片需要用到衬底剥离技术，对于蓝宝石衬底LED来说，衬底剥离通常采用激光剥离技术。然而，目前激光剥离技术尚不成熟，芯片制造的良率较低，这也在一定程度上阻碍了蓝宝石衬底垂直结构LED的发展。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长、能提高AlGaInN基LED外延片的良率、波长均匀性以及激光剥离合格率的分割图形蓝宝石衬底。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底，包括蓝宝石衬底本体，特征是：在蓝宝石衬底本体的上表面采用正交的图形分割槽，所述图形分割槽将蓝宝石衬底本体的上表面分割成多个相互独立、互不相连的的重复的图形单元，图形单元为AlGaInN材料的生长平台。
所述蓝宝石衬底本体为平面蓝宝石衬底本体或图形蓝宝石衬底（PSS）本体。
优选地，所述图形分割槽为在蓝宝石衬底本体的上表面采用刻蚀技术得到的沟槽型图形分割槽；
优选地，所述沟槽型图形分割槽的宽度为2～50um；
优选地，所述沟槽型图形分割槽的深度为5～50um；
优选地，所述图形分割槽为在蓝宝石衬底本体的上表面采用薄膜生长和光刻技术得到的第二介质型图形分割槽；
优选地，所述第二介质型图形分割槽的材料为SiO2或SiNx或SiON；
优选地，所述第二介质型图形分割槽的宽度为2～50um；
优选地，所述第二介质型图形分割槽的高度为0.01～1um；
优选地，所述图形单元为矩形或长方形，图形单元的边长为0.1mm～5mm。
本发明所提出的分割图形衬底和传统意义上的蓝宝石图形衬底（PSS）有本质区别，传统的蓝宝石图形衬底（PSS）是在蓝宝石上制作出微米量级的岛状周期图形，其目的是增加同侧结构芯片的出光效率，用PSS衬底生长的AlGaInN外延薄膜是一个整体。而本发明提出的分割图形衬底是通过沟槽或者第二介质将蓝宝石衬底分割成一定大小的图形，采用本发明提出的分割图形衬底生长的外延片，AlGaInN外延薄膜被分割成一个个相互独立的、互不相连的图形单元。图形单元可以为正方形，也可为长方形，其尺寸从0.1mm×0.1mm到5mm×5mm范围内连续可调。这种被分割开来的AlGaInN外延薄膜与传统的连成一片的AlGaInN外延薄膜相比，这种被分割开来的AlGaInN外延薄膜与蓝宝石衬底之间的热应力大大减小，显著降低了外延片在升降温过程的弯曲变形量，尤其对于大尺寸蓝宝石衬底更为明显，从而大大提升了LED的波长均匀性，提高了LED外延片的良率。另外，这种被分割开来的AlGaInN外延薄膜在制造垂直结构LED芯片过程中，大大降低了AlGaInN外延薄膜与蓝宝石衬底之间由于激光剥离带来的巨大热应力以及热冲击，可大大提升激光剥离的合格率，提升蓝宝石衬底垂直结构LED芯片的良率。
另外，本发明提出的用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底，其图形单元的尺寸可根据芯片尺寸进行设计，可在0.1mm到5mm范围内调整。
附图说明：
图1为本发明实施例1的俯视示意图；
图2为本发明实施例1的局部俯视图；
图3为本发明实施例1的局部纵向剖视图；
图4为在本发明实施例1所述的衬底上生长AlGaInN薄膜后的局部纵向剖视图；
图5为本发明实施例2的俯视示意图；
图6为本发明实施例2的局部俯视图；
图7为本发明实施例2的局部纵向剖视图；
图8为在本发明实施例2所述的衬底上生长AlGaInN薄膜后的局部纵向剖视图；
图9为本发明实施例3的俯视示意图；
图10为本发明实施例3的局部俯视图；
图11为本发明实施例3的局部纵向剖视图；
图12为在本发明实施例3所述的衬底上生长AlGaInN薄膜后的局部纵向剖视图；
图13为本发明实施例4的俯视示意图；
图14为本发明实施例4的局部俯视图；
图15为本发明实施例4的局部纵向剖视图;
图16为在本发明实施例4所述的衬底上生长AlGaInN薄膜后的局部纵向剖视图.
其中:100-蓝宝石衬底本体，101-图形蓝宝石衬底（PSS）本体， 200-图形分割槽，201-第二介质型图形分割槽，202-沟槽型图形分割槽，300-图形单元，400-AlGaInN薄膜。
具体实施方式：
下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
如图1到图4所示，一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底，包括：蓝宝石衬底本体100，在蓝宝石衬底本体100的上表面加工有图形分割槽200，所述图形分割槽200将蓝宝石衬底本体100的上表面分割成了多个相互独立、互不相连的的重复的图形单元300，AlGaInN薄膜400生长在图形单元300上。
本实施例中，蓝宝石衬底本体100采用图形蓝宝石衬底本体101，图形分割槽200采用第二介质型图形分割槽201。 
其中：第二介质型图形分割槽201可通过先在蓝宝石衬底上沉积介质膜，然后利用光刻技术获得，第二介质型图形分割槽201的宽度为10微米，高度为0.1微米。
所述图形单元300为正方形，其尺寸为1mm×1mm。
所述第二介质图形分割槽的材料为SiO2。
在图4中给出了采用本发明提出的分割图形蓝宝石衬底生长AlGaInN薄膜400的结构示意图。由于图形分割槽200存在，使生长的AlGaInN薄膜400成为一个个相互独立的图形单元300，此AlGaInN薄膜图形单元的大小与分割图形蓝宝石衬底上的图形单元300的尺寸一致。这些相互独立的AlGaInN薄膜图形单元会大大降低蓝宝石衬底与AlGaInN薄膜之间的热应力，大大降低了外延片在升降温过程的弯曲变形，尤其对于大尺寸蓝宝石衬底更为明显，从而大大提升了LED的波长均匀性，提高了LED外延片的良率。另外，这种被分割开来的AlGaInN薄膜在制造垂直结构LED芯片过程中，大大降低了AlGaInN薄膜与蓝宝石衬底之间由于激光剥离带来的巨大热应力以及热冲击，可大大提升激光剥离的合格率，提升蓝宝石衬底垂直结构LED芯片的良率。
实施例2：
实施例2的结构与实施例1基本相同，区别在于：如图5到图8所示，蓝宝石衬底本体100采用平面蓝宝石衬底本体102。
第二介质型图形分割槽201的宽度为20微米，高度为0.1微米。
所述图形单元300为长方形，其尺寸为2mm×3mm。
实施例3：
实施例3的结构与实施例1基本相同，区别在于：如图9到图12所示，蓝宝石衬底本体100采用平面蓝宝石衬底本体102，图形分割槽200采用沟槽型图形分割槽202。
沟槽型图形分割槽202可采用光刻技术干法或者湿法腐蚀蓝宝石衬底的方法获得，沟槽型图形分割槽202的宽度为20微米，深度为20微米。 
所述图形单元300为正方形，其尺寸为2mm×2mm。
实施例4：
实施例4的结构与实施例1基本相同，区别在于：如图13到图16所示，图形分割槽200采用沟槽型图形分割槽202。
    沟槽型图形分割槽202可采用光刻技术干法或者湿法腐蚀蓝宝石衬底的方法获得，沟槽型图形分割槽202的宽度为20微米，深度为20微米。  
所述图形单元300为正方形，其尺寸为2mm×2mm。

Claims (10)

1.一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底，包括蓝宝石衬底本体，其特征在于：在蓝宝石衬底本体的上表面采用正交的图形分割槽，所述图形分割槽将蓝宝石衬底本体的上表面分割成多个相互独立、互不相连的的重复的图形单元，图形单元为AlGaInN材料的生长平台。
2.根据权利要求1所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述图形分割槽为在蓝宝石衬底本体的上表面采用刻蚀技术得到的沟槽型图形分割槽。
3.根据权利要求2所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述沟槽型图形分割槽的宽度为2～50um。
4.根据权利要求2所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述沟槽型图形分割槽的深度为5～50um。
5.根据权利要求1所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述图形分割槽为在蓝宝石衬底本体的上表面采用薄膜生长和光刻技术得到的第二介质型图形分割槽。
6.根据权利要求5所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述第二介质型图形分割槽的材料为SiO2或SiNx或SiON。
7.根据权利要求5所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述第二介质型图形分割槽的宽度为2～50um。
8.根据权利要求5所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述第二介质型图形分割槽的高度为0.01～1um。
9.根据权利要求1所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述蓝宝石衬底本体为平面蓝宝石衬底本体或图形蓝宝石衬底本体。
10.根据权利要求1所述的分割图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述图形单元为矩形或长方形，图形单元的边长为0.1mm～5mm。
CN201310640524.2A 2013-12-04 2013-12-04 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底 Pending CN103647005A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310640524.2A CN103647005A (zh) 2013-12-04 2013-12-04 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310640524.2A CN103647005A (zh) 2013-12-04 2013-12-04 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103647005A true CN103647005A (zh) 2014-03-19

Family

ID=50252197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310640524.2A Pending CN103647005A (zh) 2013-12-04 2013-12-04 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103647005A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465901A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 北京工业大学 一种蓝光激光器腔面制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101330002A (zh) * 2007-06-20 2008-12-24 中国科学院半导体研究所 用于氮化物外延生长的图形蓝宝石衬底的制作方法
CN101789476A (zh) * 2010-02-09 2010-07-28 上海蓝光科技有限公司 一种发光二极管芯片的制造方法
CN102270714A (zh) * 2011-08-24 2011-12-07 上海蓝光科技有限公司 发光二极管芯片的制备方法
US20120009768A1 (en) * 2009-03-23 2012-01-12 Yamaguchi University Method for forming sapphire substrate and semiconductor device
CN102593286A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 武汉迪源光电科技有限公司 一种大功率led的制备方法
CN102956775A (zh) * 2011-08-22 2013-03-06 山东浪潮华光光电子有限公司 一种发光二极管芯片及其制造方法
US20130196461A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Chih-Hui Alston LIU Manufacturing method of a light-emitting device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101330002A (zh) * 2007-06-20 2008-12-24 中国科学院半导体研究所 用于氮化物外延生长的图形蓝宝石衬底的制作方法
US20120009768A1 (en) * 2009-03-23 2012-01-12 Yamaguchi University Method for forming sapphire substrate and semiconductor device
CN101789476A (zh) * 2010-02-09 2010-07-28 上海蓝光科技有限公司 一种发光二极管芯片的制造方法
CN102956775A (zh) * 2011-08-22 2013-03-06 山东浪潮华光光电子有限公司 一种发光二极管芯片及其制造方法
CN102270714A (zh) * 2011-08-24 2011-12-07 上海蓝光科技有限公司 发光二极管芯片的制备方法
US20130196461A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Chih-Hui Alston LIU Manufacturing method of a light-emitting device
CN102593286A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 武汉迪源光电科技有限公司 一种大功率led的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465901A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 北京工业大学 一种蓝光激光器腔面制备方法
CN104465901B (zh) * 2014-12-11 2017-03-01 北京工业大学 一种蓝光激光器腔面或led腔面的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101629343B1 (ko) 에피택시 구조체 및 나노 패턴화 기판의 제조 방법
CN100594625C (zh) 一种氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法
CN101789476B (zh) 一种发光二极管芯片的制造方法
CN101197417B (zh) 氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法
TWI425657B (zh) 發出輻射之薄膜組件之製造方法及發出輻射之薄膜組件
CN102130238B (zh) 蓝宝石衬底led芯片的切割方法
US8981534B2 (en) Pre-cutting a back side of a silicon substrate for growing better III-V group compound layer on a front side of the substrate
CN101449400A (zh) 半导体发光元件的制造方法
CN106374020A (zh) 一种薄膜芯片的制作方法及其薄膜芯片
US8697463B2 (en) Manufacturing method of a light-emitting device
Xiao et al. In-depth investigation of deep ultraviolet MicroLED geometry for enhanced performance
US20110001155A1 (en) Light-emitting device and manufacturing method thereof
CN103647005A (zh) 一种用于AlGaInN材料体系薄膜生长的分割图形蓝宝石衬底
US20140361245A1 (en) Led chip and method of manufacturing the same
CN105914267B (zh) 一种利用激光切割制备蓝宝石衬底led芯片的方法
CN101958374A (zh) 发光元件及其制造方法
US20130130417A1 (en) Manufacturing method of a light-emitting device
KR20060121432A (ko) 로드형 발광 구조물 및 그를 형성하는 방법
KR101308127B1 (ko) 발광 다이오드의 제조 방법
CN105304775B (zh) 具有低折射率微纳结构层的led图形化衬底的制备方法
CN105185744B (zh) 氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法
CN104347766B (zh) 发光二极管及其制造方法
TWI514622B (zh) 發光二極體晶粒及其製造方法
KR100955821B1 (ko) 질화물계 발광소자 및 그의 제조방법
Lin et al. Enhanced light emission in vertical-structured GaN-based light-emitting diodes with trench etching and arrayed p-electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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

Application publication date: 20140319