專利名稱：磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子和光學(xué)領(lǐng)域使用的磷化鎵晶片的超光滑表面加工工藝。
背景技術(shù)：
磷化鎵(GaP)晶體是現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)材料，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光電子、微電子、激光等領(lǐng)域。現(xiàn)在使用的磷化鎵晶片普遍存在如下問題1、磷化鎵晶片的加工工藝復(fù)雜，要經(jīng)過多道研磨拋光工序；2、拋光面粗糙度較大，Ra達(dá)5納米；翹曲較大，達(dá)20微米；3、磷化鎵晶片表層存在加工應(yīng)變層。
質(zhì)量不好的磷化鎵晶片，做出的紅光和綠光二極管(LED)發(fā)光性能差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有磷化鎵加工工藝復(fù)雜和加工質(zhì)量不高等問題，本發(fā)明提出一種新的磷化鎵加工技術(shù)，該工藝能夠簡化磷化鎵晶片的工序、提高磷化鎵晶片的加工質(zhì)量。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在磷化鎵晶體切片后，采用淺損傷層的磷化鎵晶片塑性域磨削技術(shù)進(jìn)行晶片磨削，用微米級研磨液進(jìn)行鏡面研磨，用磷化鎵專用拋光液進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，從而簡化加工工序，提高質(zhì)量，節(jié)省加工時間，降低加工成本。
磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝制備流程如附圖1所示。
下面結(jié)合附圖1的工藝制備流程對本發(fā)明進(jìn)一步說明如下1、在磷化鎵晶片粘盤中，使用的無蠟粘盤技術(shù)。
2、采用錫鉛合金研磨盤，用氧化鉻微粉、橄欖油、煤油配制的磷化鎵微米級研磨液，研磨10分鐘，將磷化鎵襯底由450微米的厚度減薄至350微米、粗糙度為0.5微米左右，厚度均勻性在1.0微米以內(nèi)，獲得鏡面研磨效果。
3、在磷化鎵晶片拋光工藝中，采用全局平面化超光滑無損傷精密化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)，磷化鎵晶片納米級拋光液的組成重鉻酸氨((NH4)2Cr2O7)，聚氧乙烯酰胺，去離子水。它們的質(zhì)量比是重鉻酸氨∶聚氧乙烯酰胺∶去離子水＝50∶1∶300。
4、精密拋光機(jī)的工作原理如附圖2所示，磷化鎵晶片2吸附在承片盤1上，拋光布3粘接在拋光盤4上，拋光盤4通過電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，承片盤1通過晶片與拋光盤之間的摩擦力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，拋光壓力通過氣缸施加在承片盤1上。拋光液通過管子5流到拋光盤上，拋光液通過調(diào)節(jié)閥控制流量。
5、在精密拋光機(jī)上利用納米拋光液對磷化鎵進(jìn)行拋光，使磷化鎵的表面粗糙度達(dá)到0.5納米以下、平整度小于5微米。
6、在磷化鎵晶片的清洗工藝中，拋光后的磷化鎵晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；用去離子水流洗2分鐘；在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；用去離子水流洗5分鐘。
7、結(jié)合附圖3對無蠟粘盤技術(shù)進(jìn)一步說明如下磷化鎵晶片2通過水吸附在承片盤1上，承片盤1上粘接保持架10和襯墊6，磷化鎵晶片2被吸附在保持架10內(nèi)。
8、附圖4是磷化鎵晶片精密拋光部分結(jié)構(gòu)圖。


1、圖1是磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝流程圖，說明磷化鎵晶片的制備流程；2、圖2是磷化鎵晶片精密拋光原理圖，說明磷化鎵晶片拋光過程中的運(yùn)動原理。磷化鎵晶片2吸附在承片盤1上，拋光布3粘接在拋光盤4上，拋光盤4通過電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，承片盤1通過晶片與拋光盤之間的摩擦力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，拋光壓力通過氣缸施加在承片盤1上。
3、圖3是磷化鎵晶片無蠟粘盤的結(jié)構(gòu)圖，磷化鎵晶片2通過水吸附在承片盤1上，承片盤1上粘接保持架10和襯墊6，磷化鎵晶片2被吸附在保持架10內(nèi)。
4、圖4是磷化鎵晶片精密拋光部分結(jié)構(gòu)圖，拋光布3粘在拋光盤4上，通過壓板7和螺栓8將拋光盤4和拋光軸9連接，電機(jī)驅(qū)動拋光軸9旋轉(zhuǎn)，帶動拋光盤4旋轉(zhuǎn)，承片盤1在摩擦力作用下旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對磷化鎵晶片的拋光。
5、圖5是承片盤1的結(jié)構(gòu)圖，承片盤由T10A工具鋼制造，熱處理后的硬度是HRC58～65。
6、圖6是拋光盤4的結(jié)構(gòu)圖，承片盤由20CrMnTi合金鋼制造。
7、圖7是拋光軸9的結(jié)構(gòu)圖，直徑100的軸階與拋光盤的孔有配合。
8、圖8是磷化鎵晶片2的結(jié)構(gòu)圖，尺寸和厚度根據(jù)晶片的要求確定。
9、圖9是保持架10的結(jié)構(gòu)圖，保持架由環(huán)氧板制造。
具體實(shí)施例方式
1、首先將磷化鎵晶棒滾圓，然后切片；2、把磷化鎵晶片吸附到承片盤中；3、在高剛性的磨床上，用低進(jìn)給量，對磷化鎵晶片進(jìn)行塑性域鏡面磨削；4、在精密平面研磨機(jī)上，采用錫鉛合金研磨盤，用氧化鉻微粉、橄欖油、煤油配制的磷化鎵微米級研磨液，研磨10分鐘，獲得鏡面研磨效果；5、在精密平面研磨機(jī)上，采用由重鉻酸氨、聚氧乙烯酰胺、去離子水等組成的磷化鎵晶片納米級拋光液，進(jìn)行全局平面化化學(xué)機(jī)械拋光，獲得磷化鎵晶片納米級表面粗糙度。
磷化鎵晶片拋工藝參數(shù)是拋光盤轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分承片盤轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分拋光時間t＝60分鐘拋光壓力P＝80Pa拋光溫度25℃±5℃拋光液流量5毫升/分，拋光液不可以循環(huán)；6、對拋光后的磷化鎵晶片進(jìn)行清洗，首先把晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；然后用去離子水流洗2分鐘；再放在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；最后用去離子水流洗5分鐘；7、檢測磷化鎵晶片的幾何尺寸和表面潔凈度，以制備發(fā)光二極管對磷化鎵晶片的要求。
發(fā)明效果本發(fā)明的有益效果是可以簡化磷化鎵晶片的制造工藝，消除機(jī)械加工損傷層，獲得表面晶格完整、平整度＜5微米、拋光面粗糙度(RMS)＜0.5納米的超光滑表面，該工藝縮短磷化鎵晶片的加工時間，降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝，其特征在于它由無蠟粘盤、塑性域磨削、微米級研磨、納米級化學(xué)機(jī)械拋光、晶片凈化等幾個關(guān)鍵步驟組成。
2.磷化鎵晶片無蠟粘盤是通過承片盤、保持架、襯墊、水將晶片吸附在承片盤上。
3.磷化鎵晶片塑性域精密磨削的工藝條件是在高剛性臥式精密磨床上，用粒度W7青銅結(jié)合劑濃度75％的金剛石砂輪，磨削用量為砂輪的線速度vs＝1000m/min、進(jìn)給量f＝0.8μm/r。
4.磷化鎵晶片微米級研磨的工藝條件是在平面研磨機(jī)上，采用錫鉛合金研磨盤(錫和鉛的質(zhì)量比是7∶3)，研磨壓力為200Pa。微米級研磨液組成是粒度為W0.5的氧化鉻微粉，橄欖油，煤油。它們的質(zhì)量比是氧化鉻微粉∶橄欖油∶煤油＝1∶50∶150。
5.磷化鎵晶片納米級拋光液組成是重鉻酸氨，聚氧乙烯酰胺，去離子水。它們的質(zhì)量比是重鉻酸氨∶聚氧乙烯酰胺∶去離子水＝50∶1∶300。磷化鎵晶片拋光的工藝條件是溫度25℃±2℃，拋光盤轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分，載料盤轉(zhuǎn)數(shù)30轉(zhuǎn)/分，拋光時間t＝60min，拋光壓力P＝80Pa，拋光液流量10ml/min，拋光液不可以循環(huán)。
6.磷化鎵晶片凈化工藝和清洗劑的配方是拋光后的磷化鎵晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；用去離子水流洗2分鐘；在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；用去離子水流洗5分鐘；用去離子水流洗5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電子器件的加工方法技術(shù)領(lǐng)域，是一種制備藍(lán)色和紅色發(fā)光二極管(LED)基礎(chǔ)材料磷化鎵(GaP)晶片的加工工藝。該加工工藝由無蠟粘片、塑性域磨削、研磨、拋光、凈化等幾個步驟組成，附圖1是磷化鎵晶片加工工藝流程圖；磷化鎵晶片是通過水吸附在承片盤上；本發(fā)明涉及磷化鎵晶片加工過程中使用的專用研磨液、拋光液和清洗液，所述的專用研磨液由氧化鉻微粉、橄欖油、煤油構(gòu)成；專用拋光液則由重鉻酸氨、聚氧乙烯酰胺以及去離子水構(gòu)成；專用清洗液由硫酸(H
文檔編號B24B37/04GK1947944SQ200610104388
公開日2007年4月18日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者周海 申請人:周海