專利名稱：GaN基薄膜芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備エ藝。更具體而言，本發(fā)明涉及采用激光剝離エ藝制備GaN基薄膜芯片的方法。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石襯底作為氮化鎵基LED外延生長(zhǎng)的主要襯底，其導(dǎo)電性和散熱性都比較差。由于導(dǎo)電性差，發(fā)光器件要采用橫向結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電流堵塞和發(fā)熱。而較差的導(dǎo)熱性能限制了發(fā)光器件的功率。采用激光剝離技術(shù)將藍(lán)寶石襯底去除后，將發(fā)光二極管做成垂直結(jié)構(gòu)，可以有效解決散熱和出光問題。成品率低是利用激光剝離藍(lán)寶石襯底技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。由于藍(lán)寶石、氮化鎵薄膜和支撐襯底三者熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的應(yīng)力，使氮化鎵薄膜在藍(lán)寶石剝離過程中容易破裂。普通的做法是尋找熱膨脹系數(shù)相匹配的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好的支撐襯底以及相應(yīng)的鍵合技木。但由于鍵合界面不平整和存在很小的空隙，在激光剝離過程中氮化鎵薄膜分解氣體的高能沖擊造成藍(lán)寶石剝離對(duì)氮化鎵膜的拉扯力，會(huì)導(dǎo)致氮化鎵薄膜的損傷和破裂。傳統(tǒng)方法是將藍(lán)寶石上的外延層直接鍵合到導(dǎo)電導(dǎo)熱襯底上，將藍(lán)寶石剝離后做成器件結(jié)構(gòu)，但是這樣得到的芯片合格率很低。該方法沒能解決激光剝離過程中的應(yīng)力作用，會(huì)導(dǎo)致大量氮化鎵薄膜芯片發(fā)生開裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種GaN基薄膜芯片的制備方法，用于解決在激光剝離藍(lán)寶石襯底時(shí)發(fā)生的外延薄膜破裂的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提出ー種GaN基薄膜芯片的制備方法，包括以下步驟在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、p型GaN層，形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理；半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上涂第一膠，與第一臨時(shí)基板進(jìn)行固化；將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行激光剝離，在剝離面涂第二膠，并固化到第二臨時(shí)基板；將第一臨時(shí)基板和第一膠去掉；采用共晶鍵合方式將所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)與永久支撐基板結(jié)合；去掉第二臨時(shí)基板和第二膠。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上還蒸鍍有導(dǎo)電反射復(fù)合金屬層，并進(jìn)行合金處理，合金溫度為400-600°C。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述藍(lán)寶石減薄拋光到100-150微米。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中對(duì)所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性切割處理，分離單兀器件。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第一膠為ー種高溫環(huán)氧樹脂改性膠，其固化后邵氏硬度在80-100D，耐溫度范圍-25-300°C，拉彎強(qiáng)度80—120MPa，壓縮強(qiáng)度200_300MPa。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第一膠厚度為10-100微米，固化溫度80-160°C，固化時(shí)間30-120分鐘。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第二膠為改性雜環(huán)樹脂，耐溫范圍-55-+420°C，拉伸強(qiáng)度60-100MPa，拉彎強(qiáng)度105-200MPa。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第二膠的厚度為5-30微米，固化溫度120-180°C，固化時(shí)間10-60分鐘。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述第一和第二臨時(shí)基板的材質(zhì)為硅、藍(lán)寶石、玻璃或陶瓷材質(zhì)中的任ー種。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述永久支撐基板為硅基板。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述鍵合方式采用Au-Sn鍵合，溫度為200-400°C。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明由于采用膠將外延層進(jìn)行多次轉(zhuǎn)移，尤其是在激光剝離前將藍(lán)寶石外延層 用膠粘結(jié)在第一臨時(shí)基板上，由于該膠具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度，在進(jìn)行藍(lán)寶石襯底剝離的時(shí)候，可以有效降低氮化鎵分解能量不均勻?qū)е抡嫠{(lán)寶石對(duì)氮化鎵薄膜的撕扯強(qiáng)度，從而降低對(duì)氮化鎵薄膜的損傷，可以大大提高通過這種エ藝得到的GaN基薄膜芯片的良率。


圖Ia是本發(fā)明在藍(lán)寶石襯底上制備多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和復(fù)合金屬層的示意圖。圖Ib是對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理后的結(jié)構(gòu)圖。圖Ic是粘合第一臨時(shí)基板的結(jié)構(gòu)圖。圖Id是去除藍(lán)寶石襯底的結(jié)構(gòu)圖。圖Ie是粘合第二臨時(shí)基板的結(jié)構(gòu)圖。圖If是去除第一臨時(shí)基板的結(jié)構(gòu)圖。圖Ig是鍵合永久支撐基板的結(jié)構(gòu)圖。圖Ih是去除第二臨時(shí)基板的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說明。本發(fā)明包括以下步驟在藍(lán)寶石襯底100上用MOCVD生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、P型GaN層,形成外延層110,外延層110為GaN基外延薄膜,為多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),蒸鍍導(dǎo)電反射復(fù)合金屬層120，如圖Ia ;對(duì)于藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理，如圖Ib ;將導(dǎo)電反射復(fù)合金屬層120進(jìn)行涂第一膠130，然后與第一臨時(shí)基板140進(jìn)行固化，如圖Ic ;將藍(lán)寶石進(jìn)行激光剝離，藍(lán)寶石襯底100脫落，如圖Id ;在剝離后的表面涂第二膠150，并固化到第二臨時(shí)基板160，如圖Ie ;在保護(hù)第二臨時(shí)基板160和第二膠150的情況下，將第一臨時(shí)基板140和第一膠130去掉，如圖If ;在去掉第一臨時(shí)基板和第一膠后的表面經(jīng)清洗后，進(jìn)行共晶鍵合170，形成永久支撐基板180，如圖Ig ;去掉第二臨時(shí)基板160和第二膠，如圖Ih ;完成芯片制作的其他エ藝。具體實(shí)施例I在藍(lán)寶石襯底上在MOCVD中依次生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、p型GaN層，采用電子束蒸發(fā)蒸鍍Ag作為反射金屬膜，然后蒸鍍Cr/Pt/Au多層金屬膜，在500°C合金處理。對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理，使藍(lán)寶石襯底厚度為120微米。切割藍(lán)寶石襯底，得到分離的単元器件。在多層金屬膜上進(jìn)行涂膠，膠為ー種高溫環(huán)氧樹脂改性膠，其固化后邵氏硬度在80-100D，耐溫度范圍-25-300°C，拉彎強(qiáng)度80_120MPa，壓縮強(qiáng)度200_300MPa。厚度為25微米，與第一臨時(shí)基板硅基板粘結(jié)一起，在100°C溫度下進(jìn)行固化60分鐘。透過藍(lán)寶石襯底面進(jìn)行激光剝離，采用248納米準(zhǔn)分子激光，功率500mW，在剝離后的面上再涂另外一種膠，該膠為改性雜環(huán)樹脂，其耐溫范圍為-55-+420°C，拉伸強(qiáng)度60-100MPa，拉彎強(qiáng)度105-200MPa。與第二臨時(shí)硅基板進(jìn)行粘結(jié)，并在150°C溫度下進(jìn)行固化30分鐘。將第二臨時(shí)硅基板用蠟進(jìn)行保護(hù)后，用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5 2 2)腐蝕第一臨時(shí)硅基板，采用甲苯在100°C下進(jìn)行腐蝕該高溫環(huán)氧樹脂改性膠。然后進(jìn)行Au-Sn鍵合到永久支撐硅基板，溫度為300°C。將永久支撐硅基板用蠟進(jìn)行保護(hù),用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5 2 2)腐蝕第二臨時(shí)硅基板，并用硫酸雙氧水腐蝕掉改性雜環(huán)樹脂膠。然后對(duì)于得到的n型GaN層表面進(jìn)行清洗，制造N電極。具體實(shí)施例2藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN層、發(fā)光層、p型GaN層，采用電子束蒸發(fā)蒸鍍Ag 作為反射金屬膜和多層金屬膜Cr/Pt/Au，在500°C合金處理。對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理，使藍(lán)寶石厚度為150微米。切割藍(lán)寶石襯底，將藍(lán)寶石單元進(jìn)行涂膠，膠為高溫環(huán)氧樹脂改性膠，厚度為20微米，與硅基板粘結(jié)一起，在120°C下進(jìn)行固化40分鐘。透過藍(lán)寶石面進(jìn)行激光剝離，采用193nm準(zhǔn)分子激光，功率480毫瓦，剝離后的藍(lán)寶石単元再涂敷另外ー種膠——改性雜環(huán)樹脂，并在120°C下進(jìn)行固化60分鐘。先用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5:2:2)腐蝕硅基板，再采用こ酰胺在120度進(jìn)行腐蝕高溫環(huán)氧樹脂改性膠，同時(shí)將第ニ面膠用蠟進(jìn)行保護(hù)。然后進(jìn)行Au-In鍵合到硅基板上，溫度為230°C ;將P面的硅基板用蠟進(jìn)行保護(hù)，先用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5 2 2)腐蝕硅基板，然后將N面的改性雜環(huán)樹脂用硫酸雙氧水腐蝕掉。對(duì)于N面進(jìn)行清洗和鈍化處理，制作N電極。具體實(shí)施例3在藍(lán)寶石襯底上用MOCVD依次生長(zhǎng)緩沖層，!!型GaN層，發(fā)光層，p型GaN等，并蒸鍍AgPt作為反射復(fù)合層，在500°C合金處理。將得到的外延片上蠟，進(jìn)行拋光處理，使藍(lán)寶石厚度為400微米。切割藍(lán)寶石襯底，將藍(lán)寶石單元進(jìn)行涂膠，膠為高溫環(huán)氧樹脂改性膠，厚度為60微米，與藍(lán)寶石基板粘結(jié)一起，在120°C下進(jìn)行固化60分鐘。透過藍(lán)寶石面進(jìn)行激光剝離，采用248納米準(zhǔn)分子激光，功率550毫瓦，剝離后的藍(lán)寶石単元再涂敷另外ー種改性雜環(huán)樹脂，與硅基板粘結(jié)，并在120°C下進(jìn)行固化60分鐘。采用こ酰胺在120°C進(jìn)行腐蝕高溫環(huán)氧樹脂改性膠，使藍(lán)寶石襯底脫離，同時(shí)將第二面膠用蠟進(jìn)行保護(hù)。然后進(jìn)行Au-Sn鍵合到硅基板上，溫度為310°C ;將P面的硅基板用蠟進(jìn)行保護(hù)，先用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5 : 2 : 2)腐蝕N面硅基板，然后將N面的改性雜環(huán)樹脂用硫酸雙氧水腐蝕掉。在對(duì)N面進(jìn)行清洗和鈍化處理，制作N電極。具體實(shí)施例4在藍(lán)寶石襯底上用MOCVD依次生長(zhǎng)緩沖層，n型GaN，發(fā)光層，p型GaN層，并蒸鍍Ag作為反射復(fù)合層，在500°C合金處理。將得到的外延片上蠟，進(jìn)行拋光處理，使藍(lán)寶石厚度為400微米。切割藍(lán)寶石襯底，將藍(lán)寶石單元進(jìn)行涂膠，膠為高溫環(huán)氧樹脂改性膠，厚度為40微米，與硅基板粘結(jié)一起，在110°C溫度下進(jìn)行固化70分鐘。透過藍(lán)寶石面進(jìn)行激光剝離，采用193納米準(zhǔn)分子激光，功率500mw，剝離后的藍(lán)寶石単元再涂敷另外ー種膠——改性雜環(huán)樹脂，與藍(lán)寶石基板粘結(jié)，并在150°C下進(jìn)行固化30分鐘。先用氫氟酸加雙氧水加硝酸(5 2 2)腐蝕硅基板，采用甲苯在100°C下進(jìn)行腐蝕高溫環(huán)氧樹脂改性膠。清洗后進(jìn)行Au-Sn鍵合到硅基板，溫度為310°C，然后將N面的改性雜環(huán)樹脂用こ酰胺在120°C進(jìn)行腐蝕，藍(lán)寶 石基板脫離。對(duì)于N面進(jìn)行清洗和鈍化處理，制作N電極。
權(quán)利要求
1.ー種GaN基薄膜芯片的制備方法，包括 a.在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、p型GaN層，形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)； b.對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理； c.在半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上涂第一膠，與第一臨時(shí)基板進(jìn)行固化； d.將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行激光剝離，在剝離面涂第二膠，并與第二臨時(shí)基板固化； e.將第一臨時(shí)基板和第一膠去掉； f.采用共晶鍵合方式將所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)與永久支撐基板結(jié)合； g.去掉第二臨時(shí)基板和第二膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上還蒸鍍有導(dǎo)電反射復(fù)合金屬層，并進(jìn)行合金處理，合金溫度為400-600°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述藍(lán)寶石襯底減薄拋光到100-150微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于對(duì)所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性切割處理，分離單元器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述第一膠為ー種高溫環(huán)氧樹脂改性膠，其固化后邵氏硬度在80-100D，耐溫度范圍-25-300°C，拉彎強(qiáng)度80-120MPa，壓縮強(qiáng)度 200-300MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于第一膠厚度為10-100微米，固化溫度80-160°C，固化時(shí)間30-120分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述第二膠為改性雜環(huán)樹脂，其耐溫范圍為-55-+420°C，拉伸強(qiáng)度60-100MPa，拉彎強(qiáng)度105_200MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述第二膠的厚度為5-30微米，固化溫度120-180°C，固化時(shí)間10-60分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述第一和第二臨時(shí)基板的材質(zhì)為硅、藍(lán)寶石、玻璃或陶瓷材質(zhì)的任ー種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述永久支撐基板為娃基板。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基薄膜芯片的制備方法，其特征在于所述共晶鍵合方式為Au-Sn鍵合，溫度為200-400°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種GaN基薄膜芯片的制備方法，涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備工藝，用于解決在剝離藍(lán)寶石襯底時(shí)發(fā)生的外延薄膜破裂的問題。該制備方法包括以下步驟在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN層、活性層、p型GaN層，形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行減薄和拋光處理；在半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電反射復(fù)合金屬層上涂第一膠，與第一臨時(shí)基板進(jìn)行固化；將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行激光剝離，在剝離面涂第二膠，并固化到第二臨時(shí)基板；將第一臨時(shí)基板和第一膠去掉；采用共晶鍵合方式將所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)與永久支撐基板結(jié)合；去掉第二臨時(shí)基板和第二膠。本發(fā)明可以降低對(duì)氮化鎵膜的損傷，可以大大提高通過這種工藝得到的GaN基薄膜芯片的良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102790137SQ20111013240
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者周印華, 朱浩, 熊傳兵, 趙漢民, 閆占彪, 陳棟 申請(qǐng)人:易美芯光(北京)科技有限公司, 晶能光電(江西)有限公司