专利名称：基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光器件的制备工艺。更具体而言，本发明涉及采用激光剥离工艺制备的GaN基薄膜芯片的方法。
背景技术：
蓝宝石衬底作为GaN基LED外延生长的主要衬底，其导电性和散热性都比较差。由于导电性差，发光器件要采用横向结构，导致电流堵塞和发热。而较差的散热性能限制了发光器件的效率。采用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除后，将发光二极管做成垂直结构，可以有效解决散热和出光问题。但目前利用激光剥离蓝宝石衬底成品率低，这一直是产业化转移衬底型氮化镓基发光二极管芯片的瓶颈。由于蓝宝石、氮化镓膜和支撑衬底三者的热膨胀系数的差异产生的应力，使氮化镓薄膜在蓝宝石剥离过程中容易破裂。普通的做法是寻 找热膨胀系数相匹配的导电导热性好的支撑衬底以及相应的键合技术。但由于键合界面的不平整和很小的空隙存在，在剥离过程中分解气体的高能冲击和氮化镓分解能量的不均匀造成蓝宝石剥离对氮化镓薄膜的拉扯力，会导致氮化镓薄膜的损伤和破裂。传统方法是将蓝宝石上的外延层直接键合到导电导热衬底上，将蓝宝石剥离后做成器件结构，但是这样得到的芯片成品率很低。普通的做法没能解决剥离过程中的应力作用，会导致大量的薄膜芯片发生开裂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氮化镓芯片的制造方法，该方法能解决在剥离蓝宝石衬底过程中导致的外延薄膜破裂的问题。为解决上述问题，本发明提出一种基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其包括以下步骤刻蚀蓝宝石衬底上的外延层；在刻蚀的外延层上制备反射层材料，并进行合金；与永久支撑基板键合；在永久支撑基板的另一侧采用树脂与第二基板进行固化；激光剥离蓝宝石衬底；剥离后去除第二基板和树脂，第二基板也可在激光剥离前去掉。作为本发明的优选方案，所述刻蚀采用ICP或RIE干法刻蚀，其中所述刻蚀的深度为至少I微米，优选为5-7微米。作为本发明的优选方案，其中所述反射层材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2, TiO2, ITO, A1203、MgF2其中的一种或多种，优选Ag、Al、SiO2，反射层材料厚度为500-4000 埃。作为本发明的优选方案，其中在反射层材料外面还有保护层，保护层材料由Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 其中的一种或多种组成，优选 ΙΤ0、Ni、、Au、、Cr、Pt，保护层材料厚度为1000-10000埃。作为本发明的优选方案，其中所述与永久基板的键合包括Au-Au、Au-In、In-In,Ag-In、Ag_Sn、In-Sn 中的一种,优选 Au-Sn 键合。作为本发明的优选方案，其中胶为环氧树脂胶或者丙烯酸树脂胶，其固化方式为热固化或者UV固化，其固化后硬度为shore D 10-95，优选为shore D 50-90。
作为本发明的优选方案，其中激光剥离方式为逐行扫描，激光波长为355nm。作为本发明的优选方案，其中激光剥离方式为单晶粒剥离，激光波长为248nm或192nm。作为本发明的优选方案，其中所述第二基板为临时基板，该临时基板、永久支持基板至少一种可以为Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃、蓝宝石、有机材料中的一种或者多种，采用湿法腐蚀、机械研磨或逐层剥离的方法去除临时基板。作为本发明的进一步优选方案，其中所述临时基板为Si，采用湿法腐蚀的方法去除该临时基板，湿法腐蚀的腐蚀液可以是硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、乙酸、氢氧化钾、双氧水、氨水、溴水、草酸、高锰酸钾、碘化钾、碘、碘化铵中的一种或几种。该发明的有益效果由于采用先进行永久支持基板键合，而后永久键合的基板又通过合适的粘结材料与临时基板结合，粘接材料具有一定的硬度和强度，使得在随后的激光剥离中，出现对于GaN层的撕扯现象的减少，使GaN薄膜芯片的合格率提高。
图Ia-Ih为用本发明的方法制备GaN基薄膜芯片的工艺过程。
具体实施例方式下面通过附图和实施例来进一步说明。首先用MOCVD设备在蓝宝石衬底100上生长η型GaN层、活性层、P型GaN层，形成外延层110，如图la。将外延层进行刻蚀，刻蚀深度为5. 5微米，将外延层刻开，如图lb。用电子束蒸发复合反射层材料120，分别蒸发Ni层和Ag层，厚度分别为20埃和1000埃，在420°C合金10分钟，再用电子束蒸发Pt层和Au层，厚度分别为5000埃和5000埃，如图lc。将硅基板(永久支持基板)140与复合反射材料进行Au-Sn键合130，温度为360°C，如图Id。将硅基板的另一面涂上粘胶150，与临时硅基板(即第二基板)160进行固化，如图le。进行激光剥离，剥离掉蓝宝石衬底100，如图lf，值得注意的是，也可以在激光剥离前先去掉第二基板。剥离后用硝酸、硫酸、双氧水、和氢氟酸腐蚀临时硅基板和胶层，如图lg。用常规工艺对于外延表面进行粗化，电子束蒸发并制备铝电极，得到芯片，如图lh。
权利要求
1.一种基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于包括以下步骤 刻蚀蓝宝石衬底上的外延层； 在刻蚀的外延层上制备反射层材料，并进行合金； 与永久支撑基板键合； 在永久支撑基板的另一侧采用树脂与第二基板进行固化； 激光剥离蓝宝石衬底； 剥离后去除第二基板和树脂。
2.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述刻蚀采用ICP或RIE干法刻蚀，刻蚀厚度为至少为I微米。
3.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述反射层材料包括 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述反射层材料厚度是500-4000埃。
5.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于在所述反射层材料外面还有保护层，保护层材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2,Ti02、IT0、A1203、MgF2其中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于在所述反射层材料外面还有保护层，保护层材料其厚度是1000-10000埃。
7.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述键合采用 Au-Au、Au-In、In_In、Ag_In、Ag-Sn 或 In-Sn 中的一种。
8.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述树脂可以是环氧类树脂或者丙烯酸类树脂，固化方式为热固化或者UV固化，其固化后硬度为 shore D10-95。
9.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述树脂可以是环氧类树脂或者丙烯酸类树脂，固化方式为热固化或者UV固化，其固化后硬度为 shore D50-90。
10.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述剥离采用逐行扫面，激光波长为355nm。
11.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述剥离采用单晶粒剥离，激光波长为248nm或192nm。
12.根据权利要求I所述的基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，其特征在于所述第二基板采用Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨、玻璃、蓝宝石、有机材料等中的一种或者多种，采用湿法腐蚀、机械研磨或者逐层剥离的方法去除该第二基板。
全文摘要
本发明公开了一种基于蓝宝石剥离的薄膜GaN芯片的制造方法，涉及半导体发光器件的制备工艺，该方法能解决在剥离蓝宝石衬底过程中导致的外延薄膜破裂的问题。该制造方法包括以下步骤刻蚀蓝宝石衬底上的外延层；在刻蚀的外延层上制备反射层材料，并进行合金；与永久支撑基板键合；在永久支撑基板的另一侧采用树脂与第二基板进行固化；激光剥离蓝宝石衬底；剥离后去除第二基板和树脂，第二基板也可在激光剥离前去掉。本发明可以使GaN薄膜芯片的成品率提高。
文档编号H01L33/00GK102790139SQ20111013245
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者刘硕, 曲晓东, 朱浩, 赵汉民, 闫占彪, 陈栋 申请人:易美芯光(北京)科技有限公司, 晶能光电(江西)有限公司