[发明专利]大功率LED用蓝宝石基片超精密加工技术

说明书

所属技术领域

本发明涉及光电子领域的大功率发光二极管(LED)用蓝宝石基片超精密加工技术。

背景技术

蓝宝石(α-Al₂O₃)晶体已经广泛应用于光电子、微电子、光学、激光、超导等领域。在整个大功率LED产业中，核心是GaN外延片的生长，因GaN体材料很难制备，必须在蓝宝石衬底基片上外延生长氮化镓薄膜，蓝宝石衬底基片的质量直接影响其上GaN薄膜生长质量，如果蓝宝石衬底基片的质量稍差，会使制造出来的发光二极管发光性能低劣，甚至做不出发光二极管来。蓝宝石衬底基片的质量由蓝宝石超精密加工技术来实现。

发明内容

为了克服现有蓝宝石加工质量问题，本发明提出一种新的蓝宝石超精密加工技术，该技术能够简化蓝宝石基片的工序、提高蓝宝石基片的加工质量。

本发明所采用的技术方案是：在蓝宝石晶体切片后，采用浅损伤层的蓝宝石基片塑性域磨削技术进行基片磨削，用混合酸溶液对蓝宝石基片进行平整化处理，用纳米级抛光液进行化学机械抛光，从而提高质量，节省加工时间，降低加工成本。

蓝宝石基片超精密加工技术流程如附图1所示。

下面结合附图1的加工技术流程对本发明进一步说明如下：

1、通过X射线衍射仪进行蓝宝石晶体定向。

2、用线切割机对蓝宝石晶体切片。

3、在蓝宝石基片粘盘中，使用的粘接蜡的组成是：医用切片石蜡、松香、醋酸乙烯型热熔胶。

4、实现蓝宝石基片塑性域磨削的条件是：高刚性超精密磨床、ELID(在线电解修整砂轮)精密磨削、粒度W7青铜结合剂金刚石砂轮、砂轮的线速度v_s＝1000m/min、进给量f＝1μm/r。将蓝宝石衬底的厚度由450～500微米减薄至400微米左右、粗糙度为10.0微米左右。

5、蓝宝石基片平整化的工艺参数是：将蓝宝石基片放在平整化去应力腐蚀液(该腐蚀液各组份硫酸、磷酸、硝酸的重量比是7∶2∶1)，加热到250℃±5℃，恒温腐蚀15分钟。

该方法不仅消除表层的加工应力、消除机械加工损伤层，而且能获得较好的表面平整度。

6、在蓝宝石基片抛光工艺中，采用全局平面化超光滑无损伤精密化学机械抛光技术，蓝宝石基片纳米级抛光液的组成：溶胶型SiO₂，聚氧乙烯酰胺，橄榄油，醇胺，去离子水。

在压力为100Pa，温度为25℃±2℃的条件下，利用精抛机和纳米抛光液对蓝宝石衬底进行抛光，使蓝宝石衬底的表面粗糙度达到0.2纳米以下、无应力、无翘曲变形。

工艺参数为：

抛光液中SiO₂微粒直径为：20nm

抛光盘转速：70转/分

载料盘转数：30转/分

抛光时间t＝120min

抛光压力P＝100Pa

抛光液的pH＝10.5

抛光温度：25℃±5℃

抛光液流量：15ml/min，抛光液不可以循环

发明效果

本发明的有益效果是：可以制备大功率LED用蓝宝石基片，消除表层的加工应力、消除机械加工损伤层，获得表面晶格完整、平整度＜5微米、抛光面粗糙度(RMS)＜0.2纳米的超光滑表面，该工艺缩短蓝宝石基片的加工时间，降低生产成本。