专利名称：一种GaN基薄膜芯片的生产方法
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GaN基薄膜芯片的生产方法。
背景技术：
蓝宝石衬底作为氮化镓基LED外延生长的主要衬底，其导电性和导热性都比较差。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。而较差的导热性能限制了发光器件的功率。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。但激光剥离蓝宝石衬底技术产业化的瓶颈就是成品率低。由于蓝宝石、氮化镓薄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存在很小的空隙，在激光剥 离过程中氮化镓分解气体的高能冲击和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。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，将蓝宝石激光剥离后做成器件，但是这样得到的芯片成品率很低。传统方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芯片生产方法，其用于解决在剥离蓝宝石衬底时外延薄膜破裂的问题。为了解决该问题，本发明提出一种GaN基薄膜芯片的生产方法，包括在蓝宝石衬底上生长型GaN层、活性层、P型GaN层，形成外延层；刻蚀外延层；在外延层上涂胶，黏附第一临时基板并固化；对蓝宝石衬底进行激光剥离；将剥离后的表面与第二临时基板键合；除掉第一临时基板和胶层，露出外延层；与永久支撑基板进行键合；腐蚀第二基板。作为本发明的优选方案，其中在刻蚀以前将外延片减薄到200-400微米。作为本发明的优选方案，其中所述刻蚀的深度为至少I微米。作为本发明的优选方案，其中在涂覆所述胶前，在P型GaN层上先蒸发保护层，保护层材料由 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3'MgF2 其中的一种或几种组成，优选ΙΤ0, Ti、Ni、Al、Au、SiO2,保护层厚度为100-1000纳米。作为本发明的优选方案，其中激光剥离方式为逐行扫描或者单晶粒剥离，优选为单晶粒剥离。作为本发明的优选方案，其中在N型GaN层与临时基板键合前，还可以先蒸镀保护层，保护层材料由 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 中的一种或几种组成，厚度为I纳米-1000纳米。作为本发明的优选方案，其中所述与第二临时基板的键合为Au-Au，Au-In，In-In,Ag-Sn, In-Sn中的一种或几种,优选为Au-In键合。
作为本发明的优选方案，其中所述第一、第二临时基板或者永久支撑基板可以为Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨中的一种或者几种，采用湿法腐蚀或者机械研磨的方法去除所述第一、第二临时基板。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衬底，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。作为本发明的优选方案，其中所述反射材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2, TiO2, ITO, A1203> MgF2其中的一种或几种，优选Ag、Al、SiO2，反射层厚度为50-400纳米。作为本发明的优选方案，其中在反射材料上还有一保护层，包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2, TiO2, ITO、Al2O3' MgF2 其中的一种或几种，优选 Ti、Ni、Al、Cr、Pt、Au,保护层厚度为I纳米-1000纳米。 作为本发明的优选方案，其中所述与永久支撑基板的键合方式包括Au_Au、Au_In、In-In、Ag-In、Ag-Sn、In-Sn中的一种或几种,优选Au-Sn键合方式。本发明的有益效果如下由于采用了多次转移，并且在第二次转移过程中，采取了键合的方式固定第二临时基板，可以使得第一次临时基板和相应的胶可以很顺利的腐蚀掉，使得工艺带来方便，提高了生产的良率。
图Ia是在蓝宝石衬底上生长外延层。图Ib是对蓝宝石衬底进行研磨减薄。图Ic是对外延层进行刻蚀，在衬底上形成凹槽。图Id是在外延层上形成保护层。图Ie是粘接第一临时基板。图If是激光剥离蓝宝石衬底后的外延片。图Ig是邦定第二临时基板的结构图。图Ih是去除第一临时基板的结构图。图Ii是邦定永久支撑基板的结构图。图Ij是去除第二临时基板的结构图。图Ik是经过裂片后的芯片结构图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图Ia-Ik为用本发明的方法制备GaN基薄膜芯片的工艺过程。如图la，首先用MOCVD设备在蓝宝石衬底100上生长n_GaN层、活性层、P-GaN层，形成外延层110。将外延生长得到的外延片进行机械研磨减薄，比如减薄到380微米，如图lb。采用ICP或其它方法刻蚀外延层，可以将外延层刻穿，也可以不将外延层刻穿，如刻蚀深度为5. 5微米，如图lc。然后在P型GaN层上蒸发保护层120，保护层由Ti层和Al层组成，厚度分别3000埃和3000埃，应该注意的是，该保护层也不是必须的，如图Id。在保护层上方涂覆上粘胶，粘胶为环氧树脂130，该环氧树脂为一种改性环氧树脂，耐温150°C以上，并黏附上第一临时基板140,该基板可以为娃基板，也可以为陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨等，在80°C下将第一临时基板与胶进行固化30分钟，如图le。然后进行激光剥离蓝宝石衬底，露出外延层110的η型GaN层，如图If。用电子束蒸发的方式在η型GaN层上蒸发TiAu层150的保护层，该层包括5000埃的Ti层和5000埃的Au层，然后在250°C下采用Au-In键合160与第二临时硅基板170进行键合，如图lg。将第二临时硅基板进行保护，可以在表面涂上一层蜡等方法，然后依次采用硝酸、氢氟酸和硫酸腐蚀第一临时硅基板140、环氧树脂130和保护层120后，露出了外延层110的ρ型GaN层，如图lh。在ρ型GaN层上蒸发1000埃的Ag层作为反射材料180，在420°C合金10分钟，值得注意的是，此处反射材料也可以在最初外延材料生长后进行。用电子束蒸发的方式蒸发Pt层190，厚度为1000埃，然后采用 Au-Au键合200方式与永久支撑硅基板210进行键合，温度为350°C，如图li。在对于永久支撑硅基板进行保护后，依次采用硝酸、氢氟酸和碘化铵溶液腐蚀硅基板和AuIn层，重新得到η型GaN层，如图Ij。在KOH溶液中粗化η型GaN层，电子束蒸发形成Al电极，完成芯片的制造过程，得到芯片，如图lk。
权利要求
1.一种GaN基薄膜芯片的生产方法,包括 在蓝宝石衬底上生长η型GaN层、活性层、ρ型GaN层，形成外延层； 刻蚀外延层，并将外延层用胶粘合第一临时基板并固化； 对蓝宝石衬底进行激光剥离； 将剥离后的表面与第二临时基板键合； 腐蚀第一临时基板和胶层，露出外延层； 蒸发反射材料，并进行合金，蒸发保护层材料； 与永久支撑基板进行键合； 腐蚀第二临时基板。
2.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于在刻蚀前将整个外延片减薄达到200-400微米。
3.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于刻蚀深度为至少I微米。
4.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于在涂覆所述胶前在P型GaN层上先蒸发一层保护层，保护层材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2,TiO2, ΙΤ0, Al2O3^MgF2中的一种或多种，保护层厚度为100-1000纳米。
5.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法,其特征在于激光剥离方式为逐行扫描或者单晶粒剥离。
6.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法,其特征在于在η型GaN层与第二临时基板键合前，先蒸发保护层，该保护层主要材料包括Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2, TiO2, ΙΤ0, A1203、MgF2其中的一种或多种，其厚度是I纳米-1000纳米。
7.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于所述与第二临时基板的键合包括Au-Au、Au-In、In_In、Ag_In、Ag_Sn、In-Sn中的一种或多种。
8.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法,其特征在于第一临时基板、第二临时基板和永久支撑基板为Si、陶瓷、W、Cu、Mo、GaAs、石墨材质中的一种或者多种。
9.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法,其特征在于所述第一临时基板、第二临时基板为硅基板，硅基板通过湿法腐蚀方式去除，湿法腐蚀的腐蚀液是硫酸、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、碘化铵中的一种或多种。
10.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法,其特征在于反射材料包括 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ΙΤ0、Al2O3' MgF2 其中的一种或多种，其厚度是50-400 纳米。
11.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于所述保护层材料包括 Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、Si02、Ti02、ITO、Al2O3' MgF2 其中的一种或几种，厚度为I纳米-1000纳米。
12.根据权利要求I所述的一种GaN基薄膜芯片的生产方法，其特征在于所述与永久支撑基板的键合包括Au-Au、Au-In、In-In, Ag-Sn, In-Sn中的一种或多种。
13.—种GaN基薄膜芯片的生产方法,包括 在蓝宝石衬底上生长η型GaN层、活性层、ρ型GaN层，形成外延层；蒸发反射材料，并进行合金，蒸发保护层材料；刻蚀外延反射层，将外延反射层用胶粘合第一临时基板并固化；对蓝宝石衬底进行激光剥离；将剥离后的表面与第二临时基板键合； 腐蚀第一临时基板和胶层，露出外延反射层；与永久支撑基板进行键合；腐蚀第二临时基板。
全文摘要
本发明公开了一种GaN基薄膜芯片的生产方法，涉及半导体发光器件的制备工艺，用于解决在剥离蓝宝石衬底时GaN薄膜损伤的问题。该生产方法包括在蓝宝石衬底上生长n型GaN层、活性层、p型GaN层，形成外延层；刻蚀外延层；在外延层上涂胶，黏附第一临时基板并固化；对蓝宝石衬底进行激光剥离；将剥离后的表面与第二临时基板键合；除掉第一临时基板和胶层，露出外延层；与永久支撑基板进行键合；腐蚀第二基板。本发明由于采用了多次转移，并且在第二次转移过程中，采取了键合的方式固定第二临时基板，可以使得第一次临时基板和相应的胶可以很顺利的腐蚀掉，使得工艺带来方便，提高了生产的良率。
文档编号B23K26/36GK102790138SQ20111013242
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, 周印华, 曲晓东, 朱浩, 熊传兵, 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