一種襯底可重復(fù)利用的外延結(jié)構(gòu)制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種襯底可重復(fù)利用的外延結(jié)構(gòu)制作方法，包括以下步驟：一、在外延襯底表面由下自上依次形成緩沖層、襯底保護(hù)層、外延剝離層、外延保護(hù)層及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)；二、對(duì)外延剝離層進(jìn)行氧化，形成氧化剝離層；三，在外延發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二型電流擴(kuò)展層上蒸鍍金屬反射層；將金屬反射層與基板鍵合；四、采用強(qiáng)堿腐蝕氧化剝離層，使用帶旋轉(zhuǎn)功能的腐蝕裝置腐蝕氧化剝離層，直至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離，得到可重復(fù)利用的外延襯底。本發(fā)明可以解決剝離二極管而導(dǎo)致外延層破損問題，且可重復(fù)利用襯底，節(jié)約成本。
【專利說明】 一種襯底可重復(fù)利用的外延結(jié)構(gòu)制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種襯底可重復(fù)利用的外延結(jié)構(gòu)制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)具有低功耗、尺寸小和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，作為主要光源得到較快發(fā)展，特別近年來發(fā)光二極管的利用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，在發(fā)光二極管應(yīng)用領(lǐng)域中，要求發(fā)光二極管的亮度提高，且成本較低。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，采用倒置結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的芯片制作工藝可以獲得較高發(fā)光強(qiáng)度，但該結(jié)構(gòu)的工藝制作成本高，目前降低倒置結(jié)構(gòu)芯片的成本主要通過降低原材料價(jià)格和提高成品率等方法實(shí)現(xiàn)。降低原材料價(jià)格方法降低制作成本較有限，而原材料可重復(fù)利用的發(fā)光二極管制作方法，不僅可以降低成本，且較為環(huán)保。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，由于現(xiàn)有的剝離技術(shù)剝離的速度較慢且剝離后保持外延發(fā)光結(jié)構(gòu)的完整性的成功率較低，所以倒置結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的襯底一般采用腐蝕或研磨去除，浪費(fèi)了外延襯底且加重了制作過程對(duì)環(huán)境的污染。為解決所述問題，本案由此產(chǎn)生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，以增加腐蝕剝離襯底的速度及提高剝離后保持外延發(fā)光結(jié)構(gòu)完整性的成功率，降低剝離工藝而導(dǎo)致外延層破損問題，從而獲得可以重復(fù)利用襯底，節(jié)約發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，包括以下步驟:
一、在外延襯底表面由下至上依次形成緩沖層、襯底保護(hù)層、外延剝離層、外延保護(hù)層及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)。
[0007]二、對(duì)外延剝離層進(jìn)行氧化，形成氧化剝離層。通過使用石英管爐在通氮?dú)獗Ｗo(hù)，石英管在220-380°C的溫度條件下，通入水蒸汽進(jìn)入石英管，直至形成氧化剝離成。
[0008]三，在外延發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二型電流擴(kuò)展層上蒸鍍金屬反射層；將金屬反射層與基板鍵合在一起。
[0009]四、將基板粘黏在腐蝕裝置的托片平臺(tái)，托片平臺(tái)帶旋轉(zhuǎn)功能，采用強(qiáng)堿溶液在托盤旋轉(zhuǎn)的條件下腐蝕氧化剝離層，直至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離，得到可重復(fù)利用的外延襯底。由于襯底保護(hù)層和與氧化剝離層接觸的外延保護(hù)層采用(AlxGa1Ja5Ina5P三五族化合物，所以不會(huì)被強(qiáng)堿腐蝕，有效保護(hù)外延襯底及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步，托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置范圍6轉(zhuǎn)/分-120轉(zhuǎn)/分；托盤的轉(zhuǎn)速在初始設(shè)定范圍70-120轉(zhuǎn)/分，腐蝕過程托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度逐漸降低，至腐蝕后期托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的設(shè)定范圍20-6轉(zhuǎn)/分，直至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離。
[0011]進(jìn)一步，外延發(fā)光結(jié)構(gòu)由依次設(shè)置在外延保護(hù)層上的第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴(kuò)展層構(gòu)成，步驟三之后還包括:在外延襯底、基板背面形成保護(hù)膠；腐蝕氧化剝離層至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離后，去除外延襯底、基板背面保護(hù)膠。
[0012]步驟四之后還包括:采用濕法腐蝕去除外延保護(hù)層；在第一型電流擴(kuò)展層上表面設(shè)置第一電極，在基板的下表面設(shè)置第二電極，切割分裂成芯粒，得到發(fā)光二極管。
[0013]一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括外延襯底、襯底保護(hù)層、外延剝離層、外延保護(hù)層、金屬反射層及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)；在外延襯底與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)之間設(shè)置外延剝離層，外延剝離層與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)之間設(shè)置外延保護(hù)層，外延剝離層與外延襯底之間設(shè)置襯底保護(hù)層；在外延發(fā)光結(jié)構(gòu)上設(shè)置金屬反射層，在金屬反射層上設(shè)置基板。
[0014]進(jìn)一步,外延剝離層的構(gòu)成材料包括AlAs0
[0015]進(jìn)一步，外延剝離層經(jīng)氧化工藝后形成氧化剝離層；氧化剝離層的構(gòu)成材料包括AlAs與氧化鋁的混合物及其化合物。
[0016]進(jìn)一步，氧化剝離層的厚度為30_100nm。
[0017]進(jìn)一步，外延剝離層的厚度為30_100nm。
[0018]進(jìn)一步，外延保護(hù)層為由第一外延保護(hù)層與第二外延保護(hù)層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步,第一外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括(AlxGa1I)a5Ina5P, O彡X彡I ;第二外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括AlyGai_yAs，O < y < 0.5。
[0020]進(jìn)一步，襯底保護(hù)層的構(gòu)成材料包括(AlxGah)a5Ina5P, O彡x彡0.5。
[0021]進(jìn)一步，外延發(fā)光結(jié)構(gòu)由第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴(kuò)展層構(gòu)成；有源層一側(cè)設(shè)置第一型電流擴(kuò)展層，在第一型電流擴(kuò)展層與有源層之間設(shè)置第一型限制層；有源層另一側(cè)設(shè)置第二型電流擴(kuò)展層，在第二型電流擴(kuò)展層與有源層之間設(shè)置第二型限制層。
[0022]進(jìn)一步，第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層及第二型限制層的構(gòu)成材料包括(AlxGa1J Q.5InQ.5P、AlyGa1^yAs, O彡x彡1，O彡y彡0.5 ;有源層的構(gòu)成材料包括(AlxGa1Jο.5In0.5P,AlyGa1^yAs, O ^ x ^ I,O ^ y ^ 0.5 ;第二型電流擴(kuò)展層的構(gòu)成材料包括(AlxGah)0.5In0.5P、AlyGa卜yAs、GaP, O ^ x ^ I? O ^ y ^ 0.50
[0023]采用上述方案后，本發(fā)明通過在外延襯底與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一層氧化剝離層。在制作襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)時(shí)，采用強(qiáng)堿腐蝕氧化剝離層，且使用托片平臺(tái)旋轉(zhuǎn)使得外延襯底產(chǎn)生對(duì)外延發(fā)光結(jié)構(gòu)分離的離心力，加速剝離速度，解決外延襯底剝離速度慢的問題。采用先氧化再鍵合在基板上最后再剝離的剛性剝離工藝，解決了剝離過程容易導(dǎo)致局部的外延發(fā)光結(jié)構(gòu)受破壞的問題，提高采用襯底剝離技術(shù)制造發(fā)光二極管的成品率。
[0024]外延剝離層的構(gòu)成材料包括AlAs三五族化合物，且外延剝離層無任何導(dǎo)電型摻雜。采用AlAs三五族化合物可使后續(xù)氧化工藝相對(duì)材料設(shè)計(jì)方面達(dá)到最大氧化速率。氧化剝離層厚度范圍采用30-100nm。厚度小于30nm會(huì)導(dǎo)致在后續(xù)氧化工藝中氧化速度會(huì)下降；且后續(xù)腐蝕剝離工藝中腐蝕剝離速度也會(huì)下降。
[0025]外延保護(hù)層設(shè)置為第一外延保護(hù)層及第二外延保護(hù)層雙層結(jié)構(gòu)，第一外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括(AlxGa1Ja5Ina5P, O < x ( I ;第二外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括AlyGa1^yAs, O < y < 0.5。采用雙層不同材料體系的設(shè)計(jì),針對(duì)第一型電流擴(kuò)展層、氧化剝離層的不同材料體系，簡化后續(xù)制作工藝過程，通過采用濕法腐蝕較低成本。第二外延保護(hù)層采用Al組分低于50%的AlGaAs材料防止后續(xù)氧化工藝對(duì)AlGaAs材料的氧化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的金屬反射層與硅基板鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明采用的腐蝕裝置及腐蝕過程示意圖；
圖4為本發(fā)明的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]標(biāo)號(hào)說明
外延襯底I外延剝離層2
氧化剝離層21
外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3第一型電流擴(kuò)展層31
第一型限制層32有源層33
第二型限制層34第二型電流擴(kuò)展層35
外延保護(hù)層4第一外延保護(hù)層41
第二外延保護(hù)層42 襯底保護(hù)層5 緩沖層6金屬反射層7
硅基板8腐蝕槽9
旋轉(zhuǎn)軸91托片平臺(tái)92
第一電極10第二電極11。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0029]參閱圖1所示，本發(fā)明揭示的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，包括外延襯底1、外延剝離層2及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3 ;在外延襯底I與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3之間設(shè)置外延剝離層2。
[0030]外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3為依次設(shè)置在外延剝離層2上的第一型電流擴(kuò)展層31、第一型限制層32、有源層33、第二型限制層34及第二型電流擴(kuò)展層35構(gòu)成。
[0031]外延剝離層2與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3之間設(shè)置外延保護(hù)層4。外延保護(hù)層4設(shè)置為第一外延保護(hù)層41及第二外延保護(hù)層42雙層結(jié)構(gòu)。
[0032]外延剝離層2與外延襯底I之間設(shè)置襯底保護(hù)層5，且在外延襯底I與襯底保護(hù)層5之間設(shè)置緩沖層6。
[0033]如圖1至圖4所示，本發(fā)明揭示的一種具有襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管的制作方法，具體步驟如下:
步驟一、如圖1所示，在外延襯底I表面由下至上依次外延緩沖層6、襯底保護(hù)層5、外延剝離層2、外延保護(hù)層4、第一型電流擴(kuò)展層31、第一型限制層32、有源層33、第二型限制層34、第二型電流擴(kuò)展層35。
[0034]其中，外延襯底I采用兩英寸的具有η型導(dǎo)電性的GaAs襯底，厚度為250nm。襯底保護(hù)層5的組成材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，采用厚度為300nm。外延剝離層2的組成材料為無任何導(dǎo)電型摻雜的AlAs三五族化合物，厚度采用90nm。
[0035]外延保護(hù)層4設(shè)置為第一外延保護(hù)層41及第二外延保護(hù)層42雙層結(jié)構(gòu)。第一外延保護(hù)層41的組成材料為Gaa5Ina5P三五族化合物，采用厚度為500nm。第二外延保護(hù)層42的組成材料為GaAs三五族化合物，采用厚度為50nm。
[0036]第一型電流擴(kuò)展層31的組成材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，采用厚度為7μπι。第一型限制層32的具體組成材料為(Ala8Gaa2)a5Ina5PS五族化合物，采用厚度為600nm。有源層33采用量子阱與量子壘交替生長的量子結(jié)構(gòu)。量子阱的組成材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P三五族化合物，采用厚度為10nm。量子壘的組成材料為(Al0.85Ga0.15) ο.5In0.5P三五族化合物，采用厚度為10nm。量子阱和量子壘交叉的對(duì)數(shù)為30對(duì)。第二型限制層34的組成材料為(Ala8Gaa2)a5Ina5P三五族化合物，采用厚度為800nm。第二型電流擴(kuò)展層35的組成材料為GaP三五族化合物，采用厚度為5 μ m。
[0037]步驟二、采用氧化工藝對(duì)外延剝離層2進(jìn)行氧化，形成氧化剝離層21。通過使用石英管爐在通氮?dú)獗Ｗo(hù)，石英管在300°C的溫度條件下，通入水蒸汽進(jìn)入石英管直至外延剝離層2被氧化成氧化剝離層21。
[0038]步驟三、在第二型電流擴(kuò)展層35上蒸鍍金屬反射層7。
[0039]步驟四、將金屬反射層7上表面與硅基板8 (具有導(dǎo)電摻雜)通過金屬粘接層鍵合在一起，如圖2所示。
[0040]步驟五、在硅基板8、外延襯底I背面制作保護(hù)膠。
[0041]步驟六、采用強(qiáng)堿溶液NaOH腐蝕經(jīng)過氧化工藝后的氧化剝離層21中的氧化鋁等化合物。腐蝕化學(xué)式:Al203+2Na0H==2NaA102+H20。產(chǎn)生的NaAlO2極易溶于水，不會(huì)阻止強(qiáng)堿溶液NaOH繼續(xù)蝕刻氧化剝離層21中的氧化鋁。
[0042]步驟七、如圖3所示，使用托片平臺(tái)92帶旋轉(zhuǎn)功能的腐蝕裝置腐蝕氧化剝離層21:腐蝕槽9在槽內(nèi)的中心位置具有旋轉(zhuǎn)軸91，旋轉(zhuǎn)軸91的頂部有一托片平臺(tái)92，把硅基板12的背部粘黏至托片平臺(tái)92上。腐蝕槽9中倒入強(qiáng)堿溶液，強(qiáng)堿容易對(duì)氧化鋁的蝕刻作用下，在外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3周圍形成一圈氧化剝離層21的微小凹陷。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸91的旋轉(zhuǎn)速率，由于娃基板8固定在托片平臺(tái)92上,旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使得外延襯底I相對(duì)于外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3獲得一個(gè)向上的離心力F，促進(jìn)更多的高濃度的強(qiáng)堿溶液流進(jìn)凹陷處接觸及蝕刻氧化剝離層21中的氧化鋁。
[0043]由于剛開始氧化剝離層21與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3的接觸面積較大，結(jié)合力較大。初始速率可以設(shè)置較快，初始設(shè)定值為轉(zhuǎn)120轉(zhuǎn)/分鐘。但隨著腐蝕深度的增加，氧化剝離層21的面積逐漸縮小，氧化剝離層21與外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3的結(jié)合力逐漸變小。為了防止由于外延襯底I的向上的離心力F大于外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3與氧化剝離層21的結(jié)合力，而導(dǎo)致外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3被撕裂。旋轉(zhuǎn)速率需要逐漸降低。在氧化剝離層21被腐蝕至面積不足原來的六分之一時(shí)，旋轉(zhuǎn)速率降低至6轉(zhuǎn)/分鐘，腐蝕直至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)3與外延襯底I剝離，得到可重復(fù)利用的外延襯底I。
[0044]以下步驟為通過重復(fù)利用外延襯底1，同時(shí)制作發(fā)光二極管:
步驟八、去除外延襯底1、硅基板8背面保護(hù)膠。
[0045]步驟九、采用濕法腐蝕分別去除與第一型電流擴(kuò)展層31相鄰的外延保護(hù)層4。
[0046]步驟十、在第一型電流擴(kuò)展層31上表面做第一電極10，在硅基板8的下表面制作第二電極U，切割分裂成芯粒，得到如圖4所示的發(fā)光二極管。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:包括以下步驟: 一、在外延襯底表面由下至上依次形成緩沖層、襯底保護(hù)層、外延剝離層、外延保護(hù)層及外延發(fā)光結(jié)構(gòu)； 二、對(duì)外延剝離層進(jìn)行氧化，形成氧化剝離層； 三，在外延發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二型電流擴(kuò)展層上蒸鍍金屬反射層；將金屬反射層與基板鍵合； 四、將基板粘黏在腐蝕裝置的托片平臺(tái)上，托片平臺(tái)帶旋轉(zhuǎn)功能，采用強(qiáng)堿溶液在托盤旋轉(zhuǎn)的條件下腐蝕氧化剝離層，直至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離，得到可重復(fù)利用的外延襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置范圍6轉(zhuǎn)/分-120轉(zhuǎn)/分。
3.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)速在初始設(shè)定范圍70-120轉(zhuǎn)/分，腐蝕過程托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度逐漸降低，至腐蝕后期托片平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的設(shè)定范圍20-6轉(zhuǎn)/分。
4.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:步驟三之后還包括:在基板、外延襯底背面形成保護(hù)膠；腐蝕氧化剝離層至外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與外延襯底剝離后，去除基板、外延襯底的背面保護(hù)膠。
5.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:步驟四之后還包括:采用濕法腐蝕去除外延保護(hù)層；在第一型電流擴(kuò)展層上表面設(shè)置第一電極，在基板的下表面設(shè)置第二電極，切割分裂成芯粒，得到發(fā)光二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:氧化剝離層的構(gòu)成材料包括AlAs與氧化鋁的混合物及其化合物；且氧化剝離層的厚度范圍30-100nm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:外延保護(hù)層包括第一外延保護(hù)層及第二外延保護(hù)層；第一外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括(AlxGa1Ja5Ina5P, O < x ( I ;第二外延保護(hù)層的構(gòu)成材料包括AlyGa1^Asj O < y < 0.5。
8.如權(quán)利要求1所述的一種襯底可重復(fù)利用的大功率發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于:襯底保護(hù)層的構(gòu)成材料包括(AlxGah)a5Ina5P, O彡x彡0.5。
【文檔編號(hào)】H01L33/20GK104332542SQ201410551495
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】林志偉, 陳凱軒, 張永, 卓祥景, 姜偉, 楊凱, 蔡建九, 白繼鋒, 劉碧霞 申請(qǐng)人:廈門乾照光電股份有限公司