一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体照明领域，特别是涉及一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法。
【背景技术】
[0002]半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等优点，其应用领域正在迅速扩大。半导体照明的核心是发光二极管(LED)，就结构而言，LED为由II1-V族化合物如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)、氮化镓(GaN)等半导体形成的PN结。为了增加LED的发光效率，一般会在PN结的N型层和P型层之间增加一个量子阱的有源区。因此，LED的大都利用外延的手段按照N型层、有源区、P型层的顺序依次生长在衬底之上。由于没有廉价的GaN同质衬底，GaN基LED通常生长在S1、SiC及蓝宝石(主要成分为Al2O3)衬底之上，其中蓝宝石衬底是使用最广泛的生长衬底。
[0003]在蓝宝石衬底上生长GaN晶体材料及外延结构之后，通常需要将衬底剥离。目前主要是利用激光剥离衬底，激光剥离是将高能激光聚焦到衬底和外延层的界面处，通过激光逐点扫描瞬间融化外延缓冲层，从而使衬底和外延层剥离。然而，激光剥离存在诸多缺陷，例如会造成外延层损伤，而且，也很难实现非常均匀的剥离。这最终导致激光剥离制作完成的器件存在漏电、良率低等缺陷。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法，用于解决现有生长衬底剥离工艺中的各种缺点。本发明主要有两个方面的应用:一方面可以用来制备自支撑的II1-V氮化物衬底，具体过程是在异质衬底(也就是所谓的生长衬底)上生长比较厚的II1-V氮化物外延层，然后利用本发明的方法剥离掉所述生长衬底，所述的II1-V氮化物外延层的厚度超过能够支撑本身的厚度，形成自支撑的II1-V氮化物衬底；本发明另外一个方面的应用是可以用来将比较薄的器件的外延层结构从生长衬底转移到其他的所谓的支撑衬底。因此，从如下两个方面来说明本发明的内容。
[0005]本发明一方面提供一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法，通过所述剥离生长衬底的方法制备自支撑的II1-V氮化物衬底，至少包括:
[0006]I)提供一生长衬底；
[0007]2)于所述生长衬底上沉积II1-V族氮化物外延缓冲层；
[0008]3)于所述外延缓冲层上沉积半导体介质层；
[0009]4)图案化所述半导体介质层，也就是:去除部分半导体介质层，使去除的部分和保留的部分间隔排列，形成周期性或非周期性图案，同时去除介质层的部分处要暴露出所述外延缓冲层的表面，去除掉介质层并暴露出所述外延缓冲层的部分被称为生长窗口 ；
[0010]5)于所述介质层图案暴露出外延缓冲层的表面上进行外延过渡层沉积，所述外延过渡层的厚度大于半导体介质的高度，所述外延过渡层完全覆盖半导体介质层，所述外延过渡层具有平整的上表面；
[0011]6)于所述外延过渡层上沉积一定厚度的II1-V族氮化物；
[0012]7)使用只能腐蚀半导体介质材料的化学试剂腐蚀掉步骤4)中形成的处于生长衬底和外延过渡层之间的半导体介质图形层，以在生长衬底和外延过渡层之间形成空洞结构；
[0013]8)使用能够腐蚀步骤2)中形成的外延缓冲层的化学试剂，并使这样的化学试剂进入步骤7)中形成的空洞结构，腐蚀掉步骤2)中形成的外延缓冲层，使生长在生长衬底之上的外延过渡层连同具有一定厚度的II1-V族氮化物一起与生长衬底分离开来，完成生长衬底的剥离，形成自支撑的II1-V族氮化物衬底。
[0014]本发明另一方面提供一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法，通过所述剥离生长衬底的方法把器件的外延结构从生长衬底转移到另外一支撑衬底，至少包括:
[0015]I)提供一生长衬底；
[0016]2)于所述生长衬底上沉积II1-V族氮化物外延缓冲层；
[0017]3)于所述外延缓冲层上沉积半导体介质层；
[0018]4)图案化所述半导体介质层，也就是:去除部分半导体介质层，使去除的部分和保留的部分间隔排列，形成周期性或非周期性图案，同时去除介质层的部分处要暴露出所述外延缓冲层的表面，去除掉介质层并暴露出所述外延缓冲层的部分被称为生长窗口 ；
[0019]5)于所述介质层图案暴露出外延缓冲层的表面上进行外延过渡层沉积，所述外延过渡层的厚度大于半导体介质的高度，所述外延过渡层完全覆盖半导体介质层，所述外延过渡层具有平整的上表面；
[0020]6)于所述外延过渡层上外延依次生长η型外延层、多量子阱发光层及P型外延层组成的发光二极管器件的外延结构；
[0021]7)于所述具有外延结构连同生长衬底的衬底键合到另一支撑衬底上，使得器件的外延结构的表面和所述支撑衬底的表面紧密粘合在一起；
[0022]8)使用只能腐蚀半导体介质材料的化学试剂腐蚀掉步骤4)中形成的处于生长衬底和外延过渡层之间的半导体介质图形层，以在生长衬底和外延过渡层之间形成空洞结构；
[0023]9)使用能够腐蚀步骤2)中形成的外延缓冲层的化学试剂，并使这样的化学试剂进入步骤8)中形成的空洞结构，腐蚀掉步骤2)中形成的外延缓冲层，使生长在生长衬底之上的外延过渡层连同器件的外延结构一起与生长衬底分离开来，完成生长衬底的剥离，将所述发光二极管器件的外延结构转移到所述的支撑衬底。
[0024]于剥离出来的支撑衬底上的外延结构层上完成器件结构制作工艺。
[0025]如上所述，本发明提供一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法，其主要特点是先用腐蚀液将所述介质层腐蚀掉，使得原介质层处形成空洞，然后使能够腐蚀外延缓冲层的腐蚀溶液进入所述空洞结构并腐蚀掉外延缓冲层，成功地将生长衬底剥离。
[0026]本发明的制备方法工艺简单，且有利于降低制造成本，适用于工业生产。
【附图说明】
[0027]图1?图2显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤I)、2)所呈现的结构示意图。
[0028]图3显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤3)所呈现的结构示意图。
[0029]图4?图7显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤4)所呈现的结构示意图。
[0030]图8显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤5)、6)所呈现的结构示意图。
[0031]图9显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤7)所呈现的结构示意图。
[0032]图10显示为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法步骤8)所呈现的结构示意图。
[0033]元件标号说明
[0034]101生长衬底
[0035]102外延缓冲层
[0036]103半导体介质层
[0037]104光刻胶层
[0038]105间隔排列的光刻胶图案
[0039]106带有斜度的间隔排列的光刻胶图案
[0040]107间隔排列的半导体介质图案
[0041]108外延结构层
[0042]109空洞
[0043]110支撑衬底
【具体实施方式】
[0044]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法的一种优选方案，所述生长衬底的材料为Al2O3,也可以是其他半导体材料，比如Si或SiC。
[0045]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案，外延缓冲层的厚度优选100?500埃，更优选200?400埃。过薄的外延缓冲层无法满足后续外延生长所需的成核要求，导致外延层生长质量下降；过厚的外延缓冲层会导致外延在后续的升温过程中再结晶不够充分，影响外延层的质量；过厚的外延缓冲层还会影响在这样的衬底上制备的LED的出光效率。
[0046]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离衬底的方法的一种优选方案，外延缓冲层为任何能通过退火再结晶形成六角对称结构晶体的非晶或多晶材料，更优选地选自:采用金属有机化合物化学气相沉积法制备的AlxGai_xN，0彡X彡0.5，优选O彡X彡0.2，制备的温度范围为450?700°C，优选500?600°C ;采用金属有机化合物化学气相沉积法制备的A1N，制备的温度范围为700?1000°C ;采用溅射法制备的AlN层，所述AlN层的晶向为(0001)取向；BN ;或2110。上述外延缓冲层的制备方法为本领域技术人员已知，在此不再赘述。由于所述过渡层的制备温度较低，所需的厚度较小，在保证后续发光外延结构(尤其是GaN基发光外延结构)成核生长的同时，可以有效地降低生产成本。相比于低温AlxGahN层，溅射法制备AlN层的好处是厚度可控性强、晶向取向度较高，同时也有利于发光外延结构(尤其是GaN基发光外延结构