專利名稱：色心藍(lán)寶石襯底的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，主要用作GaN基藍(lán)光半導(dǎo)體的生長。
背景技術(shù)：
由于超高亮度GaN/藍(lán)寶石LED的在室內(nèi)外的彩色顯示、交通信號指示，LED背景光源以及白色照明光源等廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。在生產(chǎn)過程中，GaN/藍(lán)寶石LED芯片切割問題成為阻礙其生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低的重要因素之一。由于GaN/藍(lán)寶石比一般的GaAs、GaP等化合物半導(dǎo)體材料堅硬得多，采用砂輪刀具切割的磨損量極大，切入量也很小。一般采用金剛石刀具對GaN/藍(lán)寶石LED芯片進(jìn)行切割，切割一般分為劃片和裂片兩步首先用裝有金剛石刀具的設(shè)備按照芯片圖形尺寸進(jìn)行劃片，然后再用另一臺設(shè)備精確對準(zhǔn)劃片刀痕，能過一個能夠產(chǎn)生剪切應(yīng)力的專用裝置，在刀痕處將芯片裂開。在劃片與裂片之前還必須對GaN/藍(lán)寶石電極片的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行研磨減薄和拋光，減薄的最終厚度一般為80-100μm。當(dāng)從藍(lán)寶石背面對準(zhǔn)劃片時，拋光質(zhì)量對劃片刀具的磨損和使用壽命有很大影響(參見1國際光電顯示技術(shù)，2003年，第1期，64頁)。GaN/藍(lán)寶石LED切割的發(fā)展方向是激光切割，采用激光劃片技術(shù)可以提高劃痕的質(zhì)量和成品率，有利于提高和大規(guī)模生產(chǎn)。目前切割深度為20μm，寬度為10-15μm，據(jù)報道目前所采用的激光器有準(zhǔn)分子激光器和三倍頻的Nd:YVO4固體激光器355nm激光(美國專利，專利號USA6580054)但采用激光劃片技術(shù)也存在問題(1)由于藍(lán)寶石為透明介質(zhì)，其對激光的吸收很小，不利于提高激光劃片的效率；(2)采用激光切割產(chǎn)生的熱效應(yīng)有可能對GaN/藍(lán)寶石LED芯片光電性能產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種色心藍(lán)寶石襯底的制備方法。
本發(fā)明是利用藍(lán)寶石晶體在中子束或其它射線的輻照過程中產(chǎn)生色心，使藍(lán)寶石襯底在紫外波段的吸收增加(參見Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research B第91卷，第258頁)，從而提高藍(lán)寶石在激光劃片過程中的劃痕質(zhì)量及激光劃片效率。
本發(fā)明的色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，包括下列步驟<1>對已切割并拋光的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行中子輻照，輻照劑量為1015-1020neutron/cm2；<2>采用金屬有機(jī)物氣相沉積法(MOCVD法)，在已輻照后的藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN層；<3>采用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光對輻照后的GaN/藍(lán)寶石LED芯片進(jìn)行劃片；<4>采用裂片機(jī)進(jìn)行裂片，然后進(jìn)行芯片探針測試及芯片分類。
上述的輻照過程可采用其它輻照源，如質(zhì)子流、Gamma射線、X射線或其它高強(qiáng)度紫外光源。但應(yīng)適當(dāng)增大輻照劑量。以上所述的生長方法也可用分子束外延法或其它外延膜生長技術(shù)來替代。此外劃片所用的激光器也可采用倍頻后波長達(dá)到200nm-300nm的固體激光器來替代。
本發(fā)明與其它藍(lán)寶石襯底制備方法相比，有如下優(yōu)點(1)由于藍(lán)寶石晶體為無色透明介質(zhì)，在248nm處有較高的透過率，不利于對激光劃片的進(jìn)行，通過輻照使藍(lán)寶石襯底劃片處產(chǎn)生較高濃度的F類色心，增大對激光的吸收，提高了劃片效率；(2)由于輻照產(chǎn)生的色心主要集中在藍(lán)寶石襯底的表層，襯底表層對劃片激光的吸收要遠(yuǎn)大于GaN外延層，因此激光的熱量也集中于襯底表層，對GaN層的光電性能產(chǎn)生影響也較??；(3)輻照時可以多個樣品同時進(jìn)行輻照，在大批量生產(chǎn)時，可以提高生產(chǎn)效率。


圖1是藍(lán)寶石在中子輻照前后的吸收光譜。
具體實施例方式
本發(fā)明的最佳實施例是對已拋光的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行中子輻照，輻照劑量為1016neutron/cm2；采用金屬有機(jī)物氣相沉積法(MOCVD)在輻照后的藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN層；采用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光對輻照后的GaN/藍(lán)寶石LED芯片進(jìn)行劃片；采用裂片機(jī)進(jìn)行裂片，然后進(jìn)行芯片探針測試及芯片分類。上述發(fā)明內(nèi)容中所述的輻照劑量的變化范圍及各種替換的方法，經(jīng)實驗證明都是可行的，在此不贅述。
權(quán)利要求
1.一種色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于它采用輻照方式使藍(lán)寶石襯底產(chǎn)生色心，然后再用紫外波段激光進(jìn)行劃片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于它包括下列步驟①對已拋光的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行中子輻照，輻照劑量為1015-1020neutron/cm2；②采用金屬有機(jī)物氣相沉積法，在輻照后的藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN層；③采用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光對輻照后的GaN/藍(lán)寶石LED芯片進(jìn)行劃片；④采用裂片機(jī)進(jìn)行裂片，然后進(jìn)行芯片探針測試及芯片分類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于所述的輻照過程中所采用的輻照源也可是質(zhì)子流、Gamma射線、X射線或其它高強(qiáng)度紫外光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于所述的生長方法也可用分子束外延法、鹵化物氣相外延法、原子層外延法、熱壁外延法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于所述的劃片激光也可采用其它固體激光器的倍頻激光。
全文摘要
一種色心藍(lán)寶石襯底的制備方法，包括下列步驟對已切割并拋光的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行中子輻照，輻照劑量約為10
文檔編號H01L21/08GK1540718SQ20031010822
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者蔣成勇, 徐軍, 周圣明, 楊衛(wèi)橋, 周國清, 王銀珍, 彭觀良, 鄒軍, 劉士良, 張俊計, 鄧佩珍 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所