網格狀分立的發光二極體外延片及其製造方法
2023-10-11 14:07:34
專利名稱：網格狀分立的發光二極體外延片及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種網格狀分立的發光二極體外延片及其製造方法，尤其是網格狀分 立的氮化鎵基發光二極體外延片結構及其製造方法。
背景技術：
發光二極體(LED)製造過程中一個核心的技術是半導體材料的外延生長。它決定 了晶片各項光電參數的一致性和穩定性。目前，依託四元AlGalnP體系的紅黃光LED 晶片通常採用金屬有機物氣相外延(M0CVD)的方法製備(參考/Z.5""卵^ra等"夷 房發剪專,y6"e加'co/7t/"ctor Jj>/ t e/w'"i/^ t/eWce,專聘號為5", 7M, SSP)，其夕卜 延片的尺寸工業水平己經達到3英寸。而AlGalnN體系的藍綠光LED晶片外延目前還 是處於2英寸水平(參考,.ife/7a6e等乂夷房發窮專^/#"/ 0^/ for鵬加/act"ri/^ a ga_Z_/_z' "J'tr\z'ofe gro"; co邵ou/7t/ s棚j'co/7c/""ar， 號礙6, 5加。通常釆用的 襯底是藍寶石和碳化矽。藍綠光LED外延採用更大尺寸的襯底挑戰主要在於如何解決 材料生長的均勻性問題。材料生長的均勻性分三個層面來理解， 一是每個片子上的參 數均勻性；二是每個生長爐次中片與片之間的均勻性；三是不同爐次間的均勻性。這 裡主要關心的是單一外延片上的均勻性。它的影響因素主要有兩方面， 一是生長過程 中襯底加熱的均勻性；二是表面源氣體氣流的均勻性。襯底加熱的均勻很大程度上受 外延生長過程中外延片的應力狀態影響。在採用M0CVD生長層狀的InGaN/GaN多層芯 片結構的過程中，外延片一般會因為處於應力狀態而發生翹曲。應力來源主要有兩種 一是外延過程層與層之間溫度變化引入的熱膨脹係數失配應力；另一種是外延材料在 生長過程中晶體結構的漸變導致的應力。如圖l所示在傳統外延片製作過程中出現的 一種情況，由於外延襯底12是通過與加熱基座11接觸導熱的，所以應力導致的圓片 翹曲現象會使得外延襯底12的加熱溫度不均勻。而且採用越大尺寸的外延襯底12， 襯外延底12內外圈溫差會越大，生長的外延層13材料均勻性也就越差。這容易導致 圓片總有部分區域的晶片參數規格不符合要求，因此大大限制了大尺寸外延襯底12
的良品率。此外，外延片處於較大的應力狀態會在後續晶片製程中影響產品的成品率。 主要體現在外延襯底12減薄時，外延片應力容易使減薄後的外延襯底12出現破裂問 題，對成品率和後續測試分揀工程的效率影響很大。因此，外延生長低應力材料的方 法是LED製造的一項關鍵技術。
發明內容
本發明旨在解決上述外延襯底與外延層之間應力導致的問題，提供一種可以消除 外延層應力的GaN基LED材料外延方法，採用該方法可以形成網格狀分立的發光二極 管外延片，以此提升晶片材料的均勻性和良品率，從而為進一步擴大外延襯底尺寸提 供解決方案。
本發明的GaN基LED材料外延方法的關鍵是採用網格狀區塊隔離的襯底，通過 MOCVD方法製備塊狀分立的LED外延層。由於外延層是區塊狀的，其與襯底間的應力 得到顯著降低。因此，材料生長時襯底的加熱均勻性得到改善，這將明顯提升發光半 導體材料的均勻性。所述網格狀分立的GaN基LED外延片結構包含 一外延襯底；一 網格狀掩模層，設置在所述外延襯底上； 一外延層，設置在所述外延襯底上的所述網 格狀掩模層之間。
比較好的是，所述外延層為氮化鎵層。
比較好的是，所述掩膜層的厚度範圍在5乂12 5乂104埃。
比較好的是，所述網格狀掩模層的網格包括正方形、長方形、菱形和正六邊形。
比較好的是，所述的網格狀掩膜層的材料包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬鎢。
本發明提供的網格狀分立的發光二極體外延片的製造方法，包括步驟一，在外 延襯底上沉積一掩膜層；步驟二，在所述掩膜層上製作一呈網格狀光刻膠層；步驟三， 去除所述網格狀光刻膠層的網格間的掩模層；步驟四，去除所述網格狀光刻層，留下 掩膜層；步驟五，在暴露出的所述外延襯底上沉積一外延層。 比較好的是，所述外延層為氮化鎵層。 比較好的是，所述掩膜層的厚度範圍在5X10S 5X104埃。
比較好的是，所述網格狀掩模層的網格包括正方形、長方形、菱形和正六邊形。 比較好的是，所述的網格狀掩膜層的材料包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬鎢。
本發明以此可以提升外延晶片的光電參數均勻性，為實現更大尺寸的圓片外延提 供基礎。
下面，參照附圖，對於熟悉本技術領域的人員而言，從對本發明的詳細描述中， 本發明的上述和其他目的、特徵和優點將顯而易見。
圖1所示的是由於薄膜應力導致的圓片翹曲問題，翹曲的圓片由於與加熱基板之 間存在空隙，會導致圓片加熱不均勻；
圖2a是本發明的網格狀分立GaN基LED外延片的表面示意圖2b是圖2a中局部放大圖2c是圖2a剖面示意圖3a 3e給出本發明的網格狀分立GaN基LED外延片的製作流程圖。
具體實施例方式
圖2a 2c給出本發明的帶網格狀掩膜層外延片的結構示意圖，該外延片包含外延 襯底21及布置在該襯底21上的網格狀掩膜層22。該網格的幾何形狀根據晶片顆粒 外形可以設計成正方形、長方形、菱形、正六邊形等等。網格的幾何尺寸與設計的芯 片大小一致，在250-1500微米範圍內。網格狀掩膜層22的厚度範圍在5X1(^ 5X 104埃。網格狀掩膜層22所覆蓋的區域就是晶片的劃片槽位置。
圖2c給出本發明網格狀GaN基LED外延片的剖面結構示意圖，該LED包括外延襯 底21，該外延襯底21可以是藍寶石、碳化矽、矽或氧化鋅等等；網格狀掩膜層22， 該掩膜層22的材料可以是二氧化矽(Si02)、氮化矽(Si3N4)、氮氧化矽(SiN0)、 金屬鎢(W)等等。掩膜層22的幾何形狀根據晶片顆粒外形可以設計成正方形、長方 形、菱形、正六邊形等等。尺寸大小由晶片決定，在250-1500微米範圍內，厚度範 圍在5乂102 5乂104埃。網格狀掩模層22覆蓋的區域就是晶片的劃片槽位置。網格 狀分立的塊狀GaN基LED外延層23。
本發明的網格狀GaN基LED外延片製作過程如圖3所示，其中包括l)帶網格狀 掩膜的外延襯底製作；2)網格狀分立的塊狀LED外延層製作。
帶網格狀掩膜的襯底製作步驟具體描述如下
1)參見圖3a，在外延襯底31上通過等離子增強化學氣相沉積方法、低壓化學氣
相沉積方法沉積或者物理濺射的方法沉積一掩膜層32，厚度控制在5X102 5X104 埃範圍內；
2) 隨後在掩膜層32上通過光刻技術製作光刻膠掩膜圖形33，如圖3b所示；
3) 通過溼法腐蝕(氫氟酸等)或幹法刻蝕(Cl2， BC13)的方法將部分掩膜材料 32去除，如圖3c所示；
4) 使用有機溶劑(如丙酮)去除光刻膠掩膜圖形33，留下掩膜層32，如圖3d 所示；
5) 網格狀分立的塊狀LED外延層製作是通過金屬有機物化學氣相沉積的方法在 暴露出的襯底31上沉積多層結構的GaN基LED 34。由於掩膜層32可以阻礙GaN晶 體在其上生長，因此最終獲得LED外延層34呈網格狀分立結構，如圖3e所示。
至此，本發明的網格狀分立的LED外延片製作過程完成。該方法可以實現更大尺 寸圓片外延時獲得均勻性高的晶片材料，為更高效的外延材料過程提供了基礎。同時 由於外延圓片的應力得到有效控制，可以有效地提高晶片加工的良品率。
通過上述例子本發明的實施形態得到描述，但是它只是說明性的。事實上，在 不違背本發明原理的情況下，還可以對其進行各種形式的修改。此外，本發明所覆蓋 的內容由所附權利要求書限定性。
權利要求
1、網格狀分立的發光二極體外延片，所述外延片包括一外延襯底；一網格狀掩模層，設置在所述外延襯底上；一外延層，設置在所述外延襯底上的所述網格狀掩模層之間。
2、 根據權利要求l所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述外延層為氮化鎵層。
3、 根據權利要求2所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述掩膜層的厚度範圍在5乂102 5乂104埃。
4、 根據權利要求2或3所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述網格狀掩模層的網格包括正方形、長方形、菱形和正六邊形。
5、 根據權利要求4所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述的網格狀掩膜層的材料包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬鎢。
6、 網格狀分立的發光二極體外延片的製造方法，包括 步驟一，在外延襯底上沉積一掩膜層；步驟二，在所述掩膜層上製作一呈網格狀光刻膠層； 步驟三，去除所述網格狀光刻膠層的網格間的掩模層； 步驟四，去除所述網格狀光刻層，留下掩膜層； 步驟五，在暴露出的所述外延襯底上沉積一外延層。
7、 根據權利要求6所述的網格狀分立的發光二極體外延片的製造方法，其特徵在於，所述外延層為氮化鎵層。
8、 根據權利要求7所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述掩膜層的厚度範圍在5乂102 5乂104埃。
9、 根據權利要求7或8所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於, 所述網格狀掩模層的網格包括正方形、長方形、菱形和正六邊形。
10、 根據權利要求9所述的網格狀分立的發光二極體外延片，其特徵在於， 所述的網格狀掩膜層的材料包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬鉤。
全文摘要
本發明揭示了網格狀分立的發光二極體外延片，所述外延片包括一外延襯底；一網格狀掩模層，設置在所述外延襯底上；一外延層，設置在所述外延襯底上的所述網格狀掩模層之間。本發明還公開了網格狀分立的發光二極體外延片的製造方法，包括在外延襯底上沉積一掩膜層；在所述掩膜層上製作一呈網格狀光刻膠層；去除所述網格狀光刻膠層的網格間的掩模層；去除所述網格狀光刻層，留下掩膜層；在暴露出的所述外延襯底上沉積一外延層。該網格狀分立的發光二極體外延片可以有效消除由於外延層薄膜與襯底間應力導致的圓片翹曲。從而有利於生長均勻性更高的發光二極體材料(為實現更大尺寸的圓片外延提供基礎)，同時還可以提升晶片加工的良品率。
文檔編號H01L33/00GK101192635SQ20061011871
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月24日 優先權日2006年11月24日
發明者葉 蘭, 榕 劉, 江忠永 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司