CN106252481B - 一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 - Google Patents
一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106252481B CN106252481B CN201610753498.8A CN201610753498A CN106252481B CN 106252481 B CN106252481 B CN 106252481B CN 201610753498 A CN201610753498 A CN 201610753498A CN 106252481 B CN106252481 B CN 106252481B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sapphire substrate
- gan
- solution
- thickness
- 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.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 94
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 14
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 3
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 3
- 230000034655 secondary growth Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
-
- 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
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/84—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
- H01L21/86—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body the insulating body being sapphire, e.g. silicon on sapphire structure, i.e. SOS
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明为一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,该方法通过在单抛面蓝宝石衬底上制备出带线条状沟槽的牺牲层,在显露蓝宝石衬底的沟槽底部生长GaN缓冲层,并以沟槽内缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层,再在P型GaN层表面制备金属反射层与金属键合层,硅片衬底上制备金属键合层,然后两者之间进行键合,键合结束用HF溶液将牺牲层腐蚀掉实现单抛面蓝宝石衬底的去除,最后对蓝宝石衬底进行CMP处理,实现其重复利用。以此方法制备的垂直LED芯片实现了衬底的重复利用节约了生产开支。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及适用于一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,属于光电领域。
背景技术
传统LED芯片都是以蓝宝石为衬底生长GaN外延层,蓝宝石衬底导热性差,对LED散热制约很大。同时,它基本不导电的性质导致制备N电极时需要牺牲部分发光层,对LED的发光亮度有很大影响。
随着人们对LED集成度及发光亮度要求的提升,传统LED芯片已经不能满足要求,因此采用衬底转移技术将蓝宝石换成导电性好、热导率高的Cu、Si等衬底的垂直LED芯片是目前LED领域研究的重点。
在垂直LED芯片制备过程中,衬底费用是一笔不小的开支。目前垂直LED芯片制备工艺中,蓝宝石衬底都未实现重复利用。如果能够在制备LED的同时实现剥离后蓝宝石的重复利用,将极大的降低外延开支,创造大量的利润。CN102610578A一种矩阵式蓝宝石衬底及其制备方法,该方法使用双抛面的蓝宝石衬底,并在衬底C面制备矩阵、然后再生长外延提高了GaN外延层的生长质量,双抛面蓝宝石衬底易于激光剥离,但是剥离时产生的局部高温会对蓝宝石衬底表面造成损伤不利于重复利用,并且剥离时由于应力的快速释放会造成GaN薄膜损伤;业内采用激光剥离蓝宝石衬底技术,还会对蓝宝石衬底研磨减薄处理后再进行剥离,剥离后的蓝宝石衬底只能当废料处理,造成极大的浪费。
发明内容
本发明针对当前采用激光剥离蓝宝石衬底的技术,对蓝宝石衬底研磨减薄处理后再进行剥离,剥离后的蓝宝石衬底只能当废料处理或者用双抛面蓝宝石衬底,即使这样激光剥离时产生的局部高温仍然会对蓝宝石衬底表面造成很大损伤,由于应力的快速释放会对GaN薄膜造成损伤,提供一种实现单抛面蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,该方法通过先在单抛面蓝宝石上淀积一层牺牲层,在牺牲层上作出线条状沟槽;线条状沟槽底部是单抛面蓝宝石衬底,在显露蓝宝石衬底的线条状沟槽底部中生长出GaN缓冲层,最后以线条状沟槽内的缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层;键合结束用HF溶液将牺牲层腐蚀掉实现单抛面蓝宝石衬底的去除,腐蚀牺牲层时还可以实现应力的充分释放,将GaN薄膜的损伤降到最低,然后对衬底进行CMP处理,实现其重复利用。
本发明的技术方案是:
一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,该方法包括如下步骤:
第一步,在蓝宝石衬底片子上用等离子体增强化学气相沉积法制备Si3N4牺牲层;所述牺牲层厚度10-10000nm;
第二步,在淀积的牺牲层上涂胶、曝光、显影制备出线条状沟槽图案,然后用湿法刻蚀的方法制备出线条状沟槽,最后用去胶液去胶,放入去离子水中冲洗,再用甩干机甩干,得到带线条状沟槽牺牲层的蓝宝石衬底;其中,所述的线条状沟槽,沟槽宽度0.01-10μm、线条与线条的间隔0.001-10mm、线条状沟槽深度与淀积牺牲层厚度等同;
第三步,用MOCVD方法,首先在显露出蓝宝石衬底的沟槽底部上生长GaN缓冲层,再以GaN缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层,其中,GaN缓冲层厚度范围10-1000nm、未掺杂的GaN层厚度范围0.1-10μm、N型GaN层厚度范围0.1-10μm、多量子阱层厚度范围0.1-10μm、P型GaN层厚度范围0.01-10μm;
第四步,再在P型GaN层表面依次制备金属反射层Ni/Ag/Ni,然后进行退火处理;其中,第一层Ni厚度1-5nm、第二层Ag的厚度150nm-250nm、第三层Ni厚度50-100nm;
第五步,在退火后的金属反射层上蒸镀金属键合层Au,厚度0.5-2μm;另外在硅片上依次蒸镀Cr/Pt/Au作为金属键合层,Cr/Pt/Au厚度分别为5-50nm、10-100nm、0.5-2μm,然后在键合机中将以蓝宝石为衬底的晶圆与硅片为衬底的晶圆键合在一起;
第六步,键合结束后,将晶圆放入到HF溶液中,待蓝宝石衬底与带外延的硅片分离后,分别用去离子水冲洗,最后用甩干机甩干;
第七步,然后将GaN薄膜用混合溶液浸泡或者ICP刻蚀机去除GaN缓冲层与未掺杂GaN层,再用KOH溶液粗化N型GaN层,再进行涂胶、曝光、显影,再用电子束蒸发台蒸镀N电极,再去胶清洗、甩干,最终完成垂直LED芯片的制备;
所述的混合溶液组成为体积比硫酸:双氧水:H2O=5:1:1,其中硫酸的质量百分浓度为98%、双氧水的质量百分浓度为30%;
第八步,将剥离后的蓝宝石衬底再次放入的BOE溶液中,浸泡10-600s,用去离子水冲洗,然后甩干机中甩干,最后进行CMP处理,使蓝宝石各项参数达到再次使用的标准;
所述的第一步中化学气相沉积法的工艺参数为功率20-200W、衬底温度100-400℃、工作气压100-1000mTorr、SiH4流量10-300sccm、NH3流量10-300sccm、淀积时间1-20min。
所述的第六步中的HF溶液的质量百分浓度为0.1%-49%。
所述的第八步中BOE溶液的组成优选为质量百分浓度40%氟化铵溶液和质量百分浓度49%氢氟酸溶液的混合物,其体积比为氟化铵溶液:氢氟酸溶液=6:1。
上述一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,所用的原料和设备均是本技术领域熟知的,由公知途径获得;操作工艺均是本技术领域的技术人员能够掌握的。
本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明具有如下突出的实质性特点和显著进步:
(1)本发明的主要实质性特点在于:蓝宝石衬底上淀积牺牲层、并在其上制备便于外延横向生长的线条状沟槽。
(2)本发明中用腐蚀溶液去除蓝宝石衬底,对GaN薄膜基本没有损伤,直接提高了LED芯片的发光效率。
(3)本发明中剥离蓝宝石衬底的传统技术是通过激光穿过蓝宝石衬底,产生高温诱导蓝宝石衬底交界面处GaN薄膜分解,但是剥离前都会对蓝宝石衬底研磨减薄处理,剥离后的蓝宝石衬底只能当废料处理或者用双抛面蓝宝石衬底,即使这样激光剥离时产生的局部高温仍然会对蓝宝石衬底表面造成很大损伤,应力的快速释放也会对GaN薄膜造成损伤;化学腐蚀的方法剥离掉蓝宝石衬底的技术,在剥离过程中能够使GaN薄膜应力得到充分的释放使损伤降到最低,同时对蓝宝石衬底不会产生影响,经过清洗和CMP处理便可以达到重复利用标准,降低工业生产的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
图1为本发明一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法带线条状沟槽牺牲层的蓝宝石衬底俯视图;
图2~10为本发明方法的各个步骤示意图,其中:
图2为本发明方法中在蓝宝石衬底片子上淀积牺牲层,并刻蚀出线条状沟槽的示意图;
图3为本发明方法中在制备有牺牲层沟槽的衬底片子上生长GaN缓冲层的示意图;
图4为本发明方法中在带有GaN缓冲层的蓝宝石衬底片子上生长未掺杂的GaN示意图;
图5为本发明方法中在生长好GaN外延层的外延片子的示意图;
图6为本发明方法中在退火后的金属反射层上制备金属键合层a的示意图;
图7为本发明方法中在硅衬底片子上制备金属键合层b的示意图;
图8为本发明方法中两个晶圆键合在一起的示意图;
图9为本发明方法中剥离蓝宝石衬底之后的示意图;
图10为本发明方法中经过混合溶液或者ICP刻蚀、N型GaN粗法腐蚀之后制备的垂直LED芯片结构示意图;
图中,1.蓝宝石衬底,2.牺牲层,3.GaN缓冲层,4.未掺杂的GaN层,5.条状沟槽,6.n-GaN层,7.量子阱层,8.p-GaN层,9.金属反射层,10.键合金属层a,11.硅片,12.键合金属层b,13.N电极。
具体实施方式
图1所示实施例表明,本发明方法中先在蓝宝石衬底片子1上淀积Si3N4牺牲层2然后制备出线条状沟槽5,牺牲层2厚度100nm,并制备出线条状沟槽5,沟槽5宽度3μm、沟槽5与沟槽5的间隔1mm、线条状沟槽5深度与淀积牺牲层2厚度等同的整体俯视图。
图2所示实施例表明,本发明方法中先在蓝宝石衬底片子1上淀积Si3N4牺牲层2然后制备出线条状沟槽5的整体侧图。
图3所示实施例表明,本发明方法中在制备有Si3N4牺牲层2的沟槽5的蓝宝石衬底片子1上生长GaN缓冲层3,但是GaN缓冲层3只生长在了蓝宝石衬底片子1上,Si3N4牺牲层2上并未生长成功,GaN缓冲层3的厚度30nm。
图4所示实施例表明,本发明方法中在带有GaN缓冲层3的蓝宝石衬底片子1上生长未掺杂的GaN层4,未掺杂的GaN层4厚度为3μm。
图5所示实施例表明,本发明方法中生长好GaN外延层的外延片子。
图6所示实施例表明,本发明方法中在退火后的金属反射层10上制备金属键合层a10,金属键合层为Au。
图7所示实施例表明,本发明方法中在硅衬底片子11上制备金属键合层b12,金属键合层为Au。
图8所示实施例表明,本发明方法中两个晶圆在键合机中键合在一起。
图9所示实施例表明,本发明方法中在HF溶液中剥离蓝宝石衬底片子1之后,垂直LED芯片的大致结构;
图10所示实施例表明,本发明方法中经过ICP刻蚀机去除GaN缓冲层3、未掺杂GaN层4再用KOH溶液对N型GaN层6进行粗化处理,最终制备出N电极13,完成垂直LED芯片的制备;
最后,将剥离的蓝宝石衬底进行CMP处理,以达到衬底片标准水平。
实施例1
本实施例的一种垂直LED芯片的制备方法,步骤如下:
第一步,在蓝宝石衬底片子上等离子体增强化学气相沉积法(PECVD,PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition)淀积Si3N4牺牲层(其中,PECVD射频功率60W、衬底温度300℃、腔体气压500mTorr、SiH4流量30sccm、NH3流量120sccm、淀积时间160s),牺牲层厚度100nm;
第二步,在牺牲层涂胶、曝光、显影制备出沟槽图形,然后用湿法刻蚀的方法制备出线条状沟槽,沟槽宽度5μm、线条与线条的间隔1mm、线条状沟槽深度与淀积牺牲层厚度等同(即沟槽处显露出蓝宝石衬底);
第三步,用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD,Metal-organic ChemicalVapor Deposition)方法,首先在沟槽处显露出蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层,然后然后再以GaN缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层。GaN缓冲层厚度30nm、未掺杂的GaN层厚度3μm、N型GaN层厚度2μm、多量子阱层厚度0.8μm、P型GaN层厚度120nm;
GaN缓冲层只生长在线条状沟槽中的蓝宝石衬底上,由于晶格失配严重GaN缓冲层无法在Si3N4牺牲层表面实现生长,未掺杂的GaN层以沟槽内的GaN缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长,其他GaN层在生长好的未掺杂的GaN层表面继续生长直至外延层完整;
第四步,P型GaN层表面依次制备金属反射层Ni/Ag/Ni,其厚度分别为第一层Ni5nm、Ag150nm、第二层Ni50nm,然后进行退火处理,在退火后的金属反射层上蒸镀金属键合层Au厚度2μm;
第五步,另外依次在硅片上蒸镀Cr/Pt/Au,其厚度分别为Cr层5nm,Pt层20nm,Au层2μm作为金属键合层,然后在键合机中完成键合;
第六步,键合结束后,将晶圆放入到质量百分浓度为49%HF溶液中浸泡,由于沟槽中GaN缓冲层与蓝宝石衬底之间存在允许HF溶液通过的生长缝隙,所以可实现蓝宝石衬底与GaN薄膜的分离,将分离后的蓝宝石衬底与带外延的硅片放入去离子水中冲洗然后用去离子水冲洗5分钟,最后用甩干机甩干20分钟;
第七步,然后用ICP刻蚀机去除GaN缓冲层与未掺杂GaN层,在80℃的条件下用2mol/L的KOH溶液粗化N型GaN层,再进行涂胶、曝光和显影,制备出N电极图案,用电子束蒸发台蒸镀Cr/Al/Ti/Au作为N电极,其中,Cr厚度2.5nm、Al厚度100nm、Ti厚度120nm、Au厚度800nm。再去胶、清洗、甩干,然后在点测机上进行本领域常用COW测试、得出芯片的电压、波长、良率等参数达到了当前产品的性能要求,再经过研磨、划片、裂片、COT测试、分选、封装等后道工艺最终完成垂直LED芯片的制备;
得到的垂直LED芯片的性能与同尺寸传统平面结构LED相比较,在点测电流20mA的条件下电压降低0.42V为2.91V,输出功率提高了2.2倍;
第八步,将剥离后的蓝宝石衬底放入体积比6:1之氟化铵(质量百分浓度40%)与氢氟酸(质量百分浓度49%)的BOE溶液中,去除残留的Si3N4,然后用去离子水冲洗5分钟,最后用甩干机甩干20分钟;
最后进行化学机械抛光(CMP,ChemicalMechanicalPolishing)处理,达到蓝宝石衬底再次利用的标准。
传统的用激光剥离技术去除蓝宝石衬底需要先对蓝宝石衬底研磨减薄处理后再进行剥离,这样剥离后的蓝宝石衬底只能当废料处理或者用双抛面蓝宝石衬底,即使这样激光剥离时产生的局部高温仍然会对蓝宝石衬底表面造成很大损伤,另外双面抛光的蓝宝石衬底透光性特别好,对后续外延的生长、测试都有很大影响,而本发明不需要对蓝宝石衬底进行双面抛光节约了生产时间,增加了公司产能;成本上按目前国内市场价2英寸单抛面蓝宝石衬底大约35元左右,2英寸双抛面蓝宝石衬底则需要40元左右,一片就能为公司节约5元的成本,再实现重复利用利润空间是非常巨大的。
实施例2
本实施例的一种垂直LED芯片的制备方法,步骤如下:
除了第一步,在蓝宝石衬底片子用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD,PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition)上制备Si3N4牺牲层,功率40W、衬底温度300℃、工作气压500mTorr、SiH4流量30sccm、NH3流量120sccm、淀积时间110s;所述牺牲层厚度50nm;第二步,在牺牲层涂胶、曝光、显影制备出沟槽图形,然后用湿法刻蚀的方法制备出线条状沟槽,沟槽宽度3μm、线条与线条的间隔0.5mm、线条状沟槽深度与淀积牺牲层厚度等同;第三步,用MOCVD法在显露出蓝宝石衬底的沟槽中生长GaN缓冲层,然后然后再以GaN缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层,GaN缓冲层厚度50nm;第七步,然后用体积比硫酸:双氧水:H2O=5:1:1混合溶液(硫酸质量百分比浓度98%、双氧水质量百分比浓度30%)去除GaN缓冲层与未掺杂GaN层,其余步骤同实例1。
实施例3
本实施例的一种垂直LED芯片的制备方法,步骤如下:
除了第一步,在蓝宝石衬底片子用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD,PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition)上制备Si3N4牺牲层,功率20W、衬底温度300℃、工作气压500mTorr、SiH4流量30sccm、NH3流量120sccm、淀积时间390s;所述牺牲层厚度80nm;第二步,在牺牲层涂胶、曝光、显影制备出沟槽图形,然后用湿法腐蚀的方法将沟槽内的Si3N4牺牲层完全去除,沟槽宽度10μm、线条与线条的间隔3mm、线条状沟槽深度与淀积牺牲层厚度等同;第三步,用MOCVD法在显露出蓝宝石衬底的沟槽中生长GaN缓冲层,然后然后再以GaN缓冲层为基础在牺牲层表面横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层,GaN缓冲层厚度100nm;其余步骤同实例1。
实施例4
本实施例的一种垂直LED芯片的制备方法,步骤如下:
对实施例1中第八步CMP处理得到的蓝宝石衬底进行再次利用,其余步骤同实例1。制备出的垂直LED芯片进行COW点测得到的电压、波长、良率等参数和蓝宝石衬底首次使用得到的相关参数基本相同。
上述实施例中所用的原料和设备均是本技术领域熟知的,由公知途径获得;操作工艺均是本技术领域的技术人员能够掌握的。
本发明未尽事宜为公知技术。
Claims (1)
1.一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直LED芯片制备方法,其特征为该方法包括如下步骤:
第一步,在蓝宝石衬底片子上用等离子体增强化学气相沉积法上制备Si3N4牺牲层;所述牺牲层厚度10-10000nm;
第二步,在淀积的牺牲层上涂胶、曝光、显影制备出线条状沟槽图案,然后用湿法刻蚀的方法制备出线条状沟槽,最后用去胶液去胶,放入去离子水中冲洗,再用甩干机甩干,得到带线条状沟槽牺牲层的蓝宝石衬底;其中,所述的线条状沟槽,沟槽宽度0.01-10μm、线条与线条的间隔0.001-10mm、线条状沟槽深度与淀积牺牲层厚度等同;
第三步,用MOCVD首先在显露出蓝宝石衬底的沟槽中生长GaN缓冲层,以沟槽中生长的GaN缓冲层为基础横向生长未掺杂的GaN层,然后在未掺杂的GaN层表面依次生长N型GaN层、量子阱层、P型GaN层,其中,GaN缓冲层厚度范围10-1000nm、未掺杂的GaN层厚度范围0.1-10μm、N型GaN层厚度范围0.1-10μm、多量子阱层厚度范围0.1-10μm、P型GaN层厚度范围0.01-10μm;
第四步,再在P型GaN层表面依次制备金属反射层Ni/Ag/Ni,然后进行退火处理;其中,Ni厚度1-5nm、Ag的厚度150nm-250nm、第二层Ni厚度50-100nm;
第五步,在退火后的金属反射层上蒸镀金属键合层Au,厚度0.5-2μm;另外在硅片上依次蒸镀Cr/Pt/Au作为金属键合层,Cr/Pt/Au厚度分别为5-50nm、10-100nm、0.5-2μm,然后在键合机中将以蓝宝石为衬底的晶圆与硅片为衬底的晶圆键合在一起;
第六步,键合结束后,将晶圆放入到HF溶液中,待蓝宝石衬底与带外延的硅片分离后,分别用去离子水冲洗,最后用甩干机甩干;
第七步,然后将GaN薄膜用混合溶液浸泡或者ICP刻蚀机去除GaN缓冲层与未掺杂GaN层,用KOH溶液粗化N型GaN层,之后涂胶、曝光、显影,用电子束蒸发台蒸镀N电极,再去胶清洗、甩干,最终完成垂直LED芯片的制备;
所述的混合溶液组成为体积比硫酸:双氧水:H2O=5:1:1,其中硫酸的质量百分浓度为98%、双氧水的质量百分浓度为30%;
第八步,将剥离后的蓝宝石衬底再次放入的BOE溶液中,浸泡10-600s,用去离子水冲洗,然后甩干机中甩干,最后进行CMP处理,使蓝宝石各项参数达到再次使用的标准;
所述的第一步中化学气相沉积法的工艺参数为功率20-200W、衬底温度100-400℃、工作气压100-1000mTorr、SiH4流量10-300sccm、NH3流量10-300sccm、淀积时间1-20min;
所述的第六步中的HF溶液的质量百分浓度为0.1%-49%;
所述的第八步中BOE溶液的组成为质量百分浓度40%氟化铵溶液和质量百分浓度49%氢氟酸溶液的混合物,其体积比为氟化铵溶液:氢氟酸溶液=6:1。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610753498.8A CN106252481B (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610753498.8A CN106252481B (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106252481A CN106252481A (zh) | 2016-12-21 |
CN106252481B true CN106252481B (zh) | 2018-12-07 |
Family
ID=57597318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610753498.8A Active CN106252481B (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106252481B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107808029A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-03-16 | 华南理工大学 | 一种高效垂直结构LED芯片n电极图案的分析方法 |
CN113690263B (zh) * | 2020-05-18 | 2024-02-06 | 成都辰显光电有限公司 | 显示基板及显示基板的制备方法 |
CN116130563A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种衬底剥离方法 |
CN116799113A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种衬底制备方法及衬底、外延片、led芯片 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103811616A (zh) * | 2014-02-13 | 2014-05-21 | 北京太时芯光科技有限公司 | 一种无砷化制造发光器件芯片的方法 |
CN104465899A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 西安神光皓瑞光电科技有限公司 | 一种led垂直结构的制备方法 |
CN104993023A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-21 | 上海芯元基半导体科技有限公司 | 一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法 |
CN105609600A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 图形化蓝宝石衬底的回收方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4505794B2 (ja) * | 2004-03-10 | 2010-07-21 | 信越半導体株式会社 | 発光素子の製造方法 |
-
2016
- 2016-08-29 CN CN201610753498.8A patent/CN106252481B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103811616A (zh) * | 2014-02-13 | 2014-05-21 | 北京太时芯光科技有限公司 | 一种无砷化制造发光器件芯片的方法 |
CN104465899A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 西安神光皓瑞光电科技有限公司 | 一种led垂直结构的制备方法 |
CN104993023A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-21 | 上海芯元基半导体科技有限公司 | 一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法 |
CN105609600A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 图形化蓝宝石衬底的回收方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106252481A (zh) | 2016-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106252481B (zh) | 一种实现蓝宝石衬底重复利用的垂直led芯片制备方法 | |
KR101134810B1 (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
US8791480B2 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
CN102157632B (zh) | 一种利用ZnO纳米锥阵列提高LED发光效率的方法 | |
CN106848016A (zh) | GaN基多孔DBR的制备方法 | |
US9356188B2 (en) | Tensile separation of a semiconducting stack | |
CN109119436A (zh) | 表面粗化的纳米孔led阵列芯片及其制备方法 | |
CN103094434A (zh) | ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法 | |
CN105826434A (zh) | 一种金刚石热沉GaN基LED制作方法 | |
CN103730545A (zh) | 一种AlGaN基垂直结构深紫外LED的制造方法 | |
CN105023984B (zh) | 一种基于GaN厚膜的垂直结构LED芯片的制备方法 | |
CN104701427A (zh) | 一种垂直结构led芯片制备方法 | |
CN111146314B (zh) | 提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用 | |
CN108010996A (zh) | 一种AlGaInP发光二极管及其制作方法 | |
CN108336642A (zh) | 一种电注入激射的氮化物半导体微腔激光器结构及其制备方法 | |
CN101471412A (zh) | 制作高亮度led芯片的方法 | |
CN102760794A (zh) | 一种低应力的氮化镓外延层的制备方法 | |
CN207338379U (zh) | 一种纳米发光二极管 | |
CN111029442B (zh) | Iii族氮化物紫外发光二极管及其制作方法 | |
CN109103313A (zh) | 一种深紫外led芯片的外延结构及其制备方法 | |
CN104300048A (zh) | 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 | |
CN210379099U (zh) | 一种倒装led芯片 | |
CN105047769B (zh) | 一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法 | |
CN111968907B (zh) | 一种氮极性ⅲ族氮化物粗化方法 | |
CN110034216A (zh) | Iii-v族氮化物深紫外发光二极管结构及其制作方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |