《一種剝離發光二極體襯底的方法》是廈門市三安光電科技有限公司於2011年1月21日申請的發明專利，該專利的申請號為2011100240961，公布號為CN102117869A，公布日為2011年7月6日，發明人是林素慧、許聖賢、彭康偉、鄭建森、吳志強、林科闖。
《一種剝離發光二極體襯底的方法》通過對GaN外延層側面進行腐蝕，形成孔洞型結構，配合外延生長的非填滿型圖形化藍寶石襯底，使GaN外延層與藍寶石襯底分離。該發明可以有效地降低GaN基外延生長中的位錯密度，提高晶格質量，且能快速剝離藍寶石襯底，具有成本低、不會造成GaN薄膜內傷、改善光電器件的性能、提高發光效率的優點。
2014年11月6日，《一種剝離發光二極體襯底的方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種剝離發光二極體襯底的方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種剝離發光二極體襯底的方法
- 公布號：CN102117869A
- 公布日：2011年7月6日
- 申請號：2011100240961
- 申請日：2011年1月21日
- 申請人：廈門市三安光電科技有限公司
- 地址：福建省廈門市呂嶺路1721-1725號
- 發明人：林素慧、許聖賢、彭康偉、鄭建森、吳志強、林科闖
- 分類號：H01L33/00(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
發光二極體（英文為LightEmittingDiode，簡稱LED）是利用半導體的P-N結電致發光原理製成的一種半導體發光器件。LED具有無污染、亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化等優點。自20世紀90年代氮化鎵（GaN）基LED開發成功以來，隨著研究的不斷進展，其發光亮度也不斷提高，套用領域也越來越廣，用GaN基LED半導體燈替代照明光源將成為勢不可擋的趨勢。然而半導體照明要進入千家萬戶，還有許多問題需要解決，其中最核心的就是生產成本和發光效率。
半導體發光二極體的幾何結構包括兩類：橫向結構和垂直結構。以藍寶石為生長襯底的橫向結構的大功率氮化鎵基半導體發光二極體的主要問題包括散熱效率低，電流擁塞，電流密度低和生產成本高。為解決橫向結構的大功率氮化鎵基半導體發光二極體的散熱問題，倒裝焊技術被提出。但倒裝焊技術工藝複雜，生產成本高，以SiC晶片為原始生長襯底的傳統的垂直結構的氮化鎵基半導體發光二極體的兩個電極分別在生長襯底的兩側，具備優良的散熱效率，電流分布均勻，電流擁塞改善，電流密度增大，充分利用發光層的材料等優點。以藍寶石為原始生長襯底的傳統的垂直結構的氮化鎵基半導體發光二極體的兩個電極分別在支持襯底的兩側，該發光二極體具備散熱效率高，電流分布均勻，電流擁塞改善，電流密度增大充分利用發光層的材料，光取出效率提高等優點。藍寶石是電絕緣材料，因此需要剝離生長襯底。日本的Nichia公司和德國的Osram公司分別推出了雷射剝離藍寶石襯底，製備垂直結構的LED晶片技術，通過這項技術有效解決了散熱和出光問題，在N面上可以製備微結構，提高光提取效率，同時可以重複利用藍寶石。採用雷射剝離技術和鍵合技術相結合可以將GaN基LED外延層轉移到其它高電導率的襯底上（如Si、Cu和Al等材料），從而消除藍寶襯底對GaN基LED帶來的不利影響，但是該技術存在如下問題：（1）雷射剝離後容易造成氮化鎵內裂，而導致漏電問題；（2）採用雷射剝離藍寶石襯底的工藝過程中產生的溫度非常高，而且晶圓鍵合層距離藍寶石襯底和GaN的界面僅幾微米，因此鍵合層將受到影響（如重新熔化）；（3）雷射剝離技術與舊製程不兼容，機台設備昂貴。
發明內容
專利目的
《一種剝離發光二極體襯底的方法》旨在提供一種剝離發光二極體襯底的方法。該發明可以有效地降低GaN基外延生長中的位錯密度，提高晶格質量，且能快速剝離藍寶石襯底，具有成本低、不會造成GaN薄膜內傷、改善光電器件的性能、提高發光效率的優點。
技術方案
《一種剝離發光二極體襯底的方法》包含下列步驟：
1）提供一藍寶石襯底；
2）在襯底表面上形成呈周期性分布的圖形化結構；
3）在圖形化藍寶石襯底上鍍一阻擋層，採用研磨工藝使第一阻擋層表面與圖形化藍寶石襯底凸起表面齊平；
4）在圖形化藍寶石襯底上生長GaN外延層，GaN外延層與圖形化藍寶石襯底間存有孔洞結構，其中GaN外延層由N-GaN層、量子阱層、P-GaN層組成；
5）通過濕蝕刻，對GaN外延層側面進行腐蝕，分離GaN外延層與藍寶石襯底。
優選地，該發明還包含下列步驟：在藍寶石襯底上鍍一過渡層；通過光罩、蝕刻，形成周期性分布的圖形化過渡層；去除過渡層，在襯底表面上形成呈周期性分布的圖形化結構。
該發明中的阻擋層選自SiO2、SiNX、TiO2或前述的任意組合之一；圖形化藍寶石襯底的形狀為矩形或多邊形；過渡層選自SiO2、SiNX、TiO2或前述的任意組合之一；研磨工藝可以選用化學研磨、機械研磨或化學機械研磨；濕蝕刻採用的蝕刻液選自HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2或前述的任意組合之一。
該發明通過在圖形化的襯底上填充一阻擋層，形成填充式的圖形化襯底，然後再在該襯底生長GaN外延層，由於填充有阻擋層的襯底表面無法生長GaN外延層，GaN外延層與圖形化藍寶石襯底間存有孔洞結構。通過濕蝕刻，對GaN外延層側面進行腐蝕，並可達到一併去除第二阻擋層的目的，形成孔洞型結構，配合外延生長的非填滿型圖形化藍寶石襯底，使GaN外延層與藍寶石襯底分離。
有益效果
《一種剝離發光二極體襯底的方法》不但能有效地降低GaN基外延生長中的位錯密度，改善晶格質量，且不會造成GaN薄膜內傷，可提升光電器件的性能，有效提高發光效率。
附圖說明
圖1～圖8是《一種剝離發光二極體襯底的方法》一種剝離發光二極體襯底的方法的工藝流程剖視圖。
圖中：1.藍寶石襯底；2.過渡層；3.阻擋層；4.外延層孔洞結構；5.N型GaN層；6.量子阱層；7.P型GaN層；8.保護層；9、10.蝕刻孔洞結構。
權利要求
1.《一種剝離發光二極體襯底的方法》包含下列步驟：提供一藍寶石襯底；在襯底表面上形成呈周期性分布的圖形化結構；在圖形化藍寶石襯底上鍍一阻擋層，採用研磨工藝使第一阻擋層表面與圖形化藍寶石襯底凸起表面齊平；在圖形化藍寶石襯底上生長GaN外延層，GaN外延層與圖形化藍寶石襯底間存有孔洞結構，其中GaN外延層由N-GaN層、量子阱層、P-GaN層組成；通過濕蝕刻，對GaN外延層側面進行腐蝕，分離GaN外延層與藍寶石襯底。
2.根據權利要求1中所述的製作高亮度氮化鎵基發光二極體中剝離襯底的方法，還包含下列步驟：在藍寶石襯底上形成一過渡層；通過光罩、蝕刻，形成周期性分布的圖形化過渡層；去除過渡層，在襯底表面上形成呈周期性分布的圖形化結構。
3.根據權利要求2中所述的剝離發光二極體襯底的方法，其特徵在於所述過渡層選自SiO2、SiNX、TiO2或前述的任意組合之一。
4.根據權利要求1中所述的剝離發光二極體襯底的方法，其特徵在於圖形化藍寶石襯底的形狀為矩形或多邊形。
5.根據權利要求1中所述的剝離發光二極體襯底的方法，其特徵在於所述阻擋層選自SiO2、SiNX、TiO2或前述的任意組合之一。
6.根據權利要求1中所述的剝離發光二極體襯底的方法，其特徵在於研磨工藝可以選用化學研磨或機械研磨或化學機械研磨。
7.根據權利要求1中所述的剝離發光二極體襯底的方法，其特徵在於濕蝕刻採用的蝕刻液選自HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2或前述的任意組合之一。
實施方式
如圖1所示，在藍寶石襯底1上鍍SiO2過渡層2。
如圖2所示，通過光罩、蝕刻，得呈周期性分布的矩形狀圖形化SiO2過渡層2。
如圖3所示，去除第一阻擋層，形成圖形化藍寶石襯底1。
如圖4所示，在藍寶石襯底上鍍SiO2阻擋層3並採用化學機械研磨工藝使SiO2阻擋層3表面與圖形化藍寶石襯底1凸起表面齊平。
如圖5所示，在圖形化藍寶石襯底1上生長GaN外延層，使藍寶石襯底形成非填滿型圖形化藍寶石襯底，即GaN外延層與圖形化藍寶石襯底間存有孔洞結構4，其中GaN外延層由N-GaN層5、量子阱層6、P-GaN層7組成。
如圖6所示，在P-GaN層7上鍍SiNX保護層8並採用鑽石刀切割出所定義尺寸的芯粒。
如圖7和圖8所示，通過濕蝕刻，對GaN外延層側面進行腐蝕，形成孔洞型結構9和10，配合外延生長的非填滿型圖形化藍寶石襯底，使GaN外延層與藍寶石襯底分離；濕蝕刻採用的蝕刻液由HF、NH4F、CH3COOH、H2SO4、H2O2組成。
榮譽表彰
2014年11月6日，《一種剝離發光二極體襯底的方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
