CN1256754C - 色心蓝宝石衬底的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种色心蓝宝石衬底的制备方法，包括下列步骤：对已切割并抛光的蓝宝石衬底进行中子辐照，辐照剂量约为1015-1020 neutron/cm2；采用金属有机物气相沉积法(MOCVD法)在已辐照后的蓝宝石衬底上外延生长GaN层；采用248nm的KrF准分子激光对芯片进行划片；采用裂片机进行裂片，然后进行芯片探针测试及芯片分类。本发明的优点是：通过辐照使蓝宝石衬底划片处产生较高浓度的F类色心，增大对激光的吸收，有利于划片时提高划痕质量及划片效率；同时减小划片时激光的热效应对GaN层的光电性能的影响；此外辐照过程可以多个样品同时进行，有利于大批量生产。
Description
技术领域：
本发明涉及一种色心蓝宝石衬底的制备方法，主要用作GaN基蓝光半导体的生长。
背景技术：
由于超高亮度GaN/蓝宝石LED(发光二极管)的在室内外的彩色显示、交通信号指示，LED背景光源以及白色照明光源等广泛应用，其生产规模迅速扩大。在生产过程中，GaN/蓝宝石LED芯片切割问题成为阻碍其生产成本进一步降低的重要因素之一。由于GaN/蓝宝石比一般的GaAs、GaP等化合物半导体材料坚硬得多，采用砂轮刀具切割的磨损量极大，切入量也很小。一般采用金刚石刀具对GaN/蓝宝石LED芯片进行切割，切割一般分为划片和裂片两步：首先用装有金刚石刀具的设备按照芯片图形尺寸进行划片，然后再用另一台设备精确对准划片刀痕，能过一个能够产生剪切应力的专用装置，在刀痕处将芯片裂开。在划片与裂片之前还必须对GaN/蓝宝石电极片的蓝宝石衬底进行研磨减薄和抛光，减薄的最终厚度一般为80-100μm。当从蓝宝石背面对准划片时，抛光质量对划片刀具的磨损和使用寿命有很大影响(参见1国际光电显示技术，2003年，第1期，64页)。GaN/蓝宝石LED切割的发展方向是激光切割，采用激光划片技术可以提高划痕的质量和成品率，有利于提高和大规模生产。目前切割深度为20μm，宽度为10-15μm，据报道目前所采用的激光器有准分子激光器和三倍频的Nd:YVO4固体激光器355nm激光(美国专利，专利号USA6580054)
但采用激光划片技术也存在问题：(1)由于蓝宝石为透明介质，其对激光的吸收很小，不利于提高激光划片的效率；(2)采用激光切割产生的热效应有可能对GaN/蓝宝石LED芯片光电性能产生影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种色心蓝宝石衬底的制备方法。
本发明是利用蓝宝石晶体在中子束或其它射线的辐照过程中产生色心，使蓝宝石衬底在紫外波段的吸收增加(参见Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research B第91卷，第258页)，从而提高蓝宝石在激光划片过程中的划痕质量及激光划片效率。
本发明的色心蓝宝石衬底的制备方法，包括下列步骤：
<1>对已切割并抛光的蓝宝石衬底采用辐照源进行中子辐照，辐照剂量为1015-1020neutron/cm2；
<2>采用金属有机物气相沉积法(MOCVD法)，在已辐照后的蓝宝石衬底上外延生长GaN层；
<3>采用248nm的KrF准分子激光对辐照后的GaN/蓝宝石LED芯片进行划片；
<4>采用裂片机进行裂片，然后进行芯片探针测试及芯片分类。
上述的辐照过程可采用其它辐照源，如质子流、Gamma射线、X射线或高强度紫外光源。但应适当增大辐照剂量。以上所述的外延生长GaN层的方法也可用分子束外延法、卤化物气相外延法、原子层外延法或热壁外延法来替代。此外划片所用的激光器也可采用倍频后波长达到200nm-300nm的固体激光器来替代。
本发明与其它蓝宝石衬底制备方法相比，有如下优点：
(1)由于蓝宝石晶体为无色透明介质，在248nm处有较高的透过率，不利于对激光划片的进行，通过辐照使蓝宝石衬底划片处产生较高浓度的F类色心，增大对激光的吸收，提高了划片效率；
(2)由于辐照产生的色心主要集中在蓝宝石衬底的表层，衬底表层对划片激光的吸收要远大于GaN外延层，因此激光的热量也集中于衬底表层，对GaN层的光电性能产生影响也较小；
(3)辐照时可以多个样品同时进行辐照，在大批量生产时，可以提高生产效率。
附图说明
图1是蓝宝石在中子辐照前后的吸收光谱。
具体实施方式
本发明的最佳实施例是：对已抛光的蓝宝石衬底进行中子辐照，辐照剂量为1016neutron/cm2；采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)在辐照后的蓝宝石衬底上外延生长GaN层；采用248nm的KrF准分子激光对辐照后的GaN/蓝宝石LED芯片进行划片；采用裂片机进行裂片，然后进行芯片探针测试及芯片分类。上述发明内容中所述的辐照剂量的变化范围及各种替换的方法，经实验证明都是可行的，在此不赘述。
Claims (5)
1、一种色心蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于它采用辐照方式使蓝宝石衬底产生色心，然后再用紫外波段激光进行划片。
2、根据权利要求1所述的色心蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于它包括下列步骤：
①对已抛光的蓝宝石衬底采用辐照源进行中子辐照，辐照剂量为1015-1020neutron/cm2；
②采用金属有机物气相沉积法，在辐照后的蓝宝石衬底上外延生长GaN层；
③采用248nm的KrF准分子激光对辐照后的GaN/蓝宝石LED芯片进行划片；
④采用裂片机进行裂片，然后进行芯片探针测试及芯片分类。
3、根据权利要求2的所述色心蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于所述的辐照过程中所采用的辐照源也可是质子流、Gamma射线、X射线或高强度紫外光源。
4、根据权利要求2所述的色心蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于所述的外延生长GaN层也可用分子束外延法、卤化物气相外延法、原子层外延法或热壁外延法。
5、根据权利要求2所述的色心蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于所述的划片所用的激光器也可采用倍频后波长达到200nm～300nm的固体激光器。
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