复合衬底结构制造技术

本实用新型专利技术涉及复合衬底结构，该复合衬底结构包括由下至上依次设置的第一衬底层、不透明夹层以及第二衬底层；所述不透明夹层与第一衬底层和第二衬底层结合为一体，且所述第一衬底层和第二衬底层的热膨胀系数相同；当所述第一衬底层被置于一加热元件上时，所述不透明夹层用于吸收该加热元件发出的热辐射，利用吸收的热量加热第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面，所述不透明夹层对所述第二衬底内侧面的加热能够使得所述第二衬底层的外侧面的温度满足外延材料的生长温度。本实用新型专利技术可消除或减轻蓝宝石等衬底在高温条件下的翘曲问题，节约衬底材料以及简化芯片制造过程中衬底的减薄操作，降低LED芯片的制造成本，提高LED芯片良品率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光电
的一种LED外延芯片，尤其涉及一种具有复合结构的LED芯片外延衬底。
技术介绍
在制作GaN基LED芯片时，主要是将InGaN、GaN等材料和器件的外延层结构生长在蓝宝石、SiC、Si等衬底上。蓝宝石有许多优点，例如首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、 成本低、晶体质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。但使用蓝宝石作为GaN基LED外延衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配、无法制作垂直结构的器件、难以进行减薄和切割等操作等。尤为突出的问题是，蓝宝石衬底的传热性差，其在高温加热时会因上下表面张力不同， 或在上表面沉积不同薄膜后产生内部的应力积聚而发生翘曲(参阅图1)，若采用厚度较小的蓝宝石衬底，则翘曲的程度尤甚，进而导致外延生长的InGaN、GaN层等由于生长时沿着外延片径向温度分布不均勻而影响光电参数，比如发光波长、亮度或电压等的不均勻，造成良品率低下。为克服此问题，业界发展了多种技术方案，例如，其中一种试行方案是通过对衬底加热设备的结构进行改进，以实现对蓝宝石衬底整体进行均勻加热，但这种方案往往会导致设备的结构变得非常复杂，制造成本大幅提高，且对蓝宝石衬底的加热改善有限，蓝宝石衬底仍然具有翘曲问题；另一种常见方案则是采用厚度较大的衬底，如厚度在430 μ m左右及以上的2英寸蓝宝石晶片或600 μ m左右及以上的4英寸蓝宝石晶片等作为衬底，以尽量使衬底在外延生长过程中保持平整，但这样做需要在外延层形成后对衬底进行额外的减薄，从而不仅会生产成本增加，而且还会增大衬底的减薄操作的难度和工作量，进而亦会大幅增加LED芯片的制造成本，且导致芯片的良率大幅降低。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是提出了一种复合衬底结构，其可有效消除或减轻蓝宝石晶片等衬底在高温条件下进行外延生长时的翘曲问题，并可节约衬底材料以及简化 LED芯片制作过程中衬底的减薄操作，大幅降低LED外延片的制造成本，从而克服现有技术中的诸多不足。为了解决上述技术问题，本技术提供一种复合衬底结构，包括由下至上依次设置的第一衬底层、不透明夹层以及第二衬底层；所述不透明夹层与第一衬底层和第二衬底层结合为一体，且所述第一衬底层和第二衬底层的热膨胀系数相同；当所述第一衬底层被置于一加热元件上时，所述不透明夹层用于吸收该加热元件发出的热辐射，利用吸收的热量加热第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面，所述不透明夹层对所述第二衬底内侧面的加热能够使得所述第二衬底层的外侧面的温度满足外延材料的生长温度。可选地，所述第一衬底层、不透明夹层和第二衬底层依次或同时结合为一体。可选地，所述不透明夹层的材质为硅、石墨或者两者的组合。可选地，所述第一衬底层和第二衬底层的材质为蓝宝石材料、ZnO材料、SiC中的一种或其中的组合。可选地，所述外延材料的材质为GaN。可选地，所述第一衬底层或/和第二衬底层的直径范围为2英寸，厚度范围为 20 190 μ m ；或所述第一衬底层或/和第二衬底层的衬底直径为4英寸，厚度范围为20 260 μ m ；或所述第一衬底层或/和第二衬底层的衬底直径为6英寸，厚度范围为20 460 μ m0可选地，所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为70 460 μ m ；或，所述复合衬底结构直径为4英寸，厚度范围为110 660 μ m ；或，所述复合衬底结构的直径为6英寸，厚度范围为190 1010 μ m。可选地，所述不透明夹层的材质为石墨；所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为80 450 μ m，所述第一衬底层或 /和第二衬底层的厚度范围为30 180 μ m ；所述复合衬底结构的直径为4英寸，厚度范围为120 650 μ m,所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30 250 μ m ；或所述复合衬底结构的直径为6英寸，所述第一衬底层或/和第二衬底的厚度范围为30 450 μ m。可选地，所述不透明夹层的材质为硅；所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为80 450 μ m，所述第一衬底层或 /和第二衬底层的厚度范围为30 180 μ m ；所述复合衬底结构的直径为4英寸，厚度范围为120 650 μ m,所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30 250 μ m ；或所述复合衬底结构的直径为6英寸，所述第一衬底层或/和第二衬底的厚度范围为30 450 μ m ；在所述外延材料形成后，所述不透明夹层和第二衬底层利用选择性腐蚀溶液与所述第一衬底层分离。相应地，本技术还提供所述。与现有技术相比，本技术具有以下优点通过提供包括第一衬底层、不透明夹层和第二衬底层的复合衬底结构，当所述第一衬底层放置于加热元件上时，所述不透明夹层能够吸收所述加热元件产生的高温热辐射，并且利用该不透明夹层对所述第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面进行加热， 从而可实现对所述第二衬底层的各部位进行较为均勻地加热；并且由于所述第一衬底层和第二衬底层热膨胀系数相同，第一衬底层靠近夹层的内侧面上由于受热产生的热应力与所述第二衬底靠近夹层的内侧面上由于受热产生的热应力强度相同，但方向相反，可以相互抵消，从而减轻或消除由于热应力引起的翘曲变形，使得整个衬底结构保持平整状态；进一步地，在本技术的可选实施例中，所述不透明夹层的材质为石墨，与采用硅作为不透明夹层相比，石墨吸收来自加热元件的热辐射的效率比硅高，从而进一步提高了加热效率；进一步地，在本技术的可选实施例中，所述不透明夹层的材质为硅，可以通过选择性腐蚀方法将硅去除，从而实现将第二衬底层和所述第一衬底层分离，而无须对衬底进行常规的减薄工艺。附图说明图1是现有技术中蓝宝石衬底在高温条件下的结构示意图；图2是本技术一较佳实施例的结构示意图。具体实施方式现有的采用蓝宝石等材料作为外延材料的衬底时，由于热应力容易产生翘曲变形，而且现有技术无论是改进外延设备还是采用厚度较大的外延衬底，均无法有效解决衬底翘曲变形的问题。经过创造性劳动，专利技术人提出采用复合衬底结构，该复合衬底结构包括位于两个独立的衬底层之间的不透明夹层，其中一个衬底层用于形成LED外延层，所述不透明夹层可接收来自加热元件的高温热辐射，从而在加热衬底层以供生长外延材料的过程中，可通过加热元件以热辐射方式首先加热所述不透明夹层，并再由该不透明夹层同时对两片独立衬底层进行加热，如此，与现有主要利用加热元件与衬底层采用热传导的方式进行加热的技术相比，本技术可实现对衬底层的各部位进行较为均勻的加热，另一方面，因两片独立的衬底层在受热时而产生的热应力可在其与不透明夹层的结合处相互抵消，从而减轻或消除了衬底层在受热时产生的翘曲，使衬底层保持平整状态。具体而言，所述复合衬底结构包括由下至上依次设置的第一衬底层、不透明夹层以及第二衬底层；所述不透明夹层与第一衬底层和第二衬底层结合为一体，且所述第一衬底层和第二衬底层的热膨胀系数相同；当所述第一衬底层被置于一加热元件上时，所述不透明夹层用于吸收该加热元件发出的热辐射，利用吸收的热量加热第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面，所述不透明夹层对所述第二衬底内侧面的加热能够使得所述第二衬底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合衬底结构，其特征在于，包括由下至上依次设置的第一衬底层、不透明夹层以及第二衬底层；所述不透明夹层与第一衬底层和第二衬底层结合为一体，且所述第一衬底层和第二衬底层的热膨胀系数相同；当所述第一衬底层被置于一加热元件上时，所述不透明夹层用于吸收该加热元件发出的热辐射，利用吸收的热量加热第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面，所述不透明夹层对所述第二衬底内侧面的加热能够使得所述第二衬底层的外侧面的温度满足外延材料的生长温度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁秉文，
申请(专利权)人：光达光电设备科技嘉兴有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33