CN202167535U - 一种能消除应力的发光二极管结构 - Google Patents

Abstract

一种能消除应力的发光二极管结构，涉及光电技术领域。本实用新型包括蓝宝石衬底和置于蓝宝石衬底上的外延层。其结构特点是，所述蓝宝石衬底内部形成有纵横交错的切割划痕。同现有技术相比，本实用新型能减小GaN基LED材料外延生长过程中产生的应力，提高GaN基LED外延材料的均匀性和GaN基LED芯片的产出良率，有利于外延衬底尺寸的进一步扩大。

Description

一种能消除应力的发光二极管结构

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，特别是能消除应力的发光二极管结构。

背景技术

近来，以GaN材料为代表的第三代半导体技术，成为继Si、GaAs之后再次吸引世人瞩目的高新半导体技术。GaN基蓝绿光发光二极管LED的研制成功，实现了LED对于可见光波段的全覆盖，同时由于基于LED的照明技术具有节能、环保、无毒害、无污染、响应速度快、固体光源、抗震、抗冲击、轻薄短小等特点，LED现在已经广泛的渗透进了我们的日常生活领域如：信号指示和信息显示等领域；液晶显示用背光源、户外及室内照明领域；生物、医疗等特殊领域的辐射照明功用领域等。通用照明是LED应用最具发展潜力的领域，也是半导体照明的终极目标。白光LED绿色节能的照明光源，发光效率已经超过白炽灯的10倍，使用寿命达到10万小时，在能源日趋紧张的当今时代，LED进入通用照明领域无疑具有非常大的市场前景。

在GaN基蓝绿光LED制造过程中最核心的技术是III-V族氮化物半导体材料的MOCVD外延生长，它直接决定了III-V族氮化物半导体材料的晶体质量，同时也决定了LED芯片各项光电参数的一致性和稳定性，以及LED芯片的产出良率。目前大多数的GaN系化合物半导体材料主要是采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD的方法外延生长在蓝宝石Al2O3衬底上。然而，由于蓝宝石衬底与GaN系材料之间晶格常数及热膨胀系数的不同，在氮化物材料外延生长过程中，由于应力的作用容易引起蓝宝石衬底的翘曲，严重时会由于衬底应力的不平均，而造成蓝宝石衬底的破裂，从而造成产品良率的降低。因此，目前III-V族氮化物材料体系的蓝绿光LED外延片、芯片产业化仍处于2英寸水平。GaN基蓝绿光LED外延片采用更大尺寸衬底的挑战主要在于如何解决材料外延生长过程中产生的应力问题。在采用MOCVD技术外延生长III-V族氮化物材料的过程中，外延片一般会因为处于应力状态而发生翘曲。应力的产生主要有以下两种情况：一种是外延过程中外延层之间温度变化引起的热膨胀系数失配应力；另一种是外延材料在生长过程中晶体结构的渐变导致的应力。如图1所示，为在外延材料生长过程中出现的一种常见情况，由于蓝宝石衬底21是通过与加热基座10接触导热的，由应力导致的外延层22翘曲现象会使蓝宝石衬底21的加热温度不均匀，而且采用越大尺寸的蓝宝石衬底21，生长的外延层22材料均匀性也就越差，大大限制了大尺寸外延衬底的产出良率。此外，外延片处于较大的应力状态容易造成衬底减薄过程中的外延片破裂，从而影响后续芯片工艺制程的产出良率。因此，外延生长低应力材料的方法是GaN基LED制造的一项关键技术。

现有技术，业内熟知的方法是在蓝宝石基板上，暂时在低温生长GaN或A1N的缓冲层，低温生长的缓冲层会让晶格形变变的缓和，然后再在缓冲层上生长高质量的GaN系半导体材料，如已公开的日本专利JP2000124499和JP7312350。已公开的中国专利CN1123937C提出了在蓝宝石基板上下两面分别形成一厚度相近的氮化镓薄膜层，可让上下氮化镓薄膜层形成的应力互相抵消，从而可以预防蓝宝石衬底破裂的可能性。但上述方法需要在蓝宝石衬底上下两面分别外延GaN材料，增加了外延生长的复杂性，同时也使生产成本陡增。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种能消除应力的发光二极管结构。它能减小GaN基LED材料外延生长过程中产生的应力，提高GaN基LED外延材料的均匀性和GaN基LED芯片的产出良率，有利于外延衬底尺寸的进一步扩大。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现：一种能消除应力的发光二极管结构，它包括蓝宝石衬底和置于蓝宝石衬底上的外延层。其结构特点是，所述蓝宝石衬底内部形成有纵横交错的切割划痕。

本实用新型由于采用了上述结构，采用激光隐形切割技术先行对蓝宝石衬底进行隐形切割，再在经过隐形切割工艺的蓝宝石衬底上面通过MOCVD技术制备GaN基LED外延层材料，可以消除GaN基LED材料外延生长过程中产生的应力，提高了GaN基LED外延材料的均匀性，提升GaN基LED芯片的产出良率，为进一步扩大外延衬底尺寸提供基础。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中由于薄膜应力导致的外延层翘曲现象；

图2为本实用新型实施例一发光二极管的纵剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中蓝宝石衬底的横剖面俯视结构示意图；

图4为本实用新型实施例二中蓝宝石衬底的横剖面俯视结构示意图。

具体实施方式

参看图2和图3，本实用新型包括蓝宝石衬底21和置于蓝宝石衬底21上的外延层22。蓝宝石衬底21内部形成有纵横交错的切割划痕23，切割划痕23的位置就是LED芯片的划片槽位置。其中外延层22包括氮化镓GaN、氮化铝A1N、氮化铟镓InGaN、氮化铝镓A1GaN、氮化铟InN、氮化铝镓铟InAlGaN中的一种或几种组成的单一结构或复合结构。

本实用新型发光二极管的制造方法步骤为：

①运用激光对蓝宝石衬底21进行隐形切割工艺处理，在蓝宝石衬底21内部形成纵横交错的切割划痕23；切割划痕23的位置可以为沿LED芯片划片槽位置或者其他位置。

②在经过隐形切割工艺处理的蓝宝石衬底21的上表面形成外延层22。

上述制造方法中切割划痕23的深度、形状等可由激光隐形切割工艺的激光能量大小、聚集位置、切割速度等参数进行控制。

图4为本实用新型实施例二中的蓝宝石衬底21，蓝宝石衬底21内部形成的切割划痕23将整个蓝宝石衬底21分为了相同的四等份，切割划痕23的位置并不是LED芯片的划片槽位置。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术思路之内，所做的任何修改、替换或改进形成的技术方案，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种能消除应力的发光二极管结构，它包括蓝宝石衬底(21)和置于蓝宝石衬底(21)上的外延层(22)，其特征在于，所述蓝宝石衬底(21)内部形成有纵横交错的切割划痕(23)。

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