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磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺

阅读：247发布：2021-06-12

专利汇可以提供磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及光电子器件的加工方法技术领域，是一种制备蓝色和红色发光二极管 (LED) 基础材料磷化镓(GaP)晶片的加工工艺。该加工工艺由无蜡粘片、塑性域磨削、研磨、抛光、净化等几个步骤组成，附图 1是磷化镓晶片加工工艺流程图；磷化镓晶片是通过水吸附在承片盘上；本发明涉及磷化镓晶片加工过程中使用的专用研磨液、抛光液和清洗液，所述的专用研磨液由：氧化铬微粉、橄榄油、煤油构成；专用抛光液则由重铬酸氨、聚氧乙烯酰胺以及去离子水构成；专用清洗液由：硫酸 (H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、去离子水(H2O)等构成；当上述加工工艺和专用的研磨液、抛光液和清洗液配合使用时，可以获得无损伤层的、晶格完整的、磷化镓晶体表面，表面粗糙度达到0.5纳米以下，满足制备发光二极管所需的磷化镓晶片表面质量要求，该工艺不仅提高磷化镓晶片的质量，而且大大缩短制备周期，从而节约生产成本，提高生产率。，下面是磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺，其特征在于它由无蜡粘盘、塑性域磨削、微米级研磨、纳米级化学机械抛光、晶片净化等几个关键步骤组成。
2.磷化镓晶片无蜡粘盘是通过承片盘、保持架、衬垫、水将晶片吸附在承片盘上。
3.磷化镓晶片塑性域精密磨削的工艺条件是：在高刚性卧式精密磨床上，用粒度W7青铜结合剂浓度75％的金刚石砂轮，磨削用量为：砂轮的线速度vs＝ 1000m/min、进给量f＝0.8μm/r。
4.磷化镓晶片微米级研磨的工艺条件是：在平面研磨机上，采用锡铅合金研磨盘(锡和铅的质量比是7∶3)，研磨压力为200Pa。
微米级研磨液组成是：粒度为W0.5的氧化铬微粉，橄榄油，煤油。它们的质量比是：氧化铬微粉∶橄榄油∶煤油＝1∶50∶150。
5.磷化镓晶片纳米级抛光液组成是：重铬酸氨，聚氧乙烯酰胺，去离子水。它们的质量比是：重铬酸氨∶聚氧乙烯酰胺∶去离子水＝50∶1∶300。
磷化镓晶片抛光的工艺条件是：温度：25℃±2℃，抛光盘转速：70转/分，载料盘转数：30转/分，抛光时间t＝60min，抛光压力P＝80Pa，抛光液流量：10 ml/min，抛光液不可以循环。
6.磷化镓晶片净化工艺和清洗剂的配方是：
抛光后的磷化镓晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分钟；用去离子水流洗 2分钟；在80℃～90℃的专用清洗液(该清洗液各组份H2SO4、H2O2、H2O的体积比是1∶6∶50)中，兆声波清洗10分钟；用去离子水流洗5分钟；用去离子水流洗5分钟。

说明书全文

技术领域

本发明涉及光电子和光学领域使用的磷化镓晶片的超光滑表面加工工艺。

背景技术

磷化镓(GaP)晶体是现代工业重要的基础材料，目前已经广泛应用于光电子、微电子、激光等领域。现在使用的磷化镓晶片普遍存在如下问题：1、磷化镓晶片的加工工艺复杂，要经过多道研磨抛光工序；2、抛光面粗糙度较大， Ra达5纳米；翘曲较大，达20微米；3、磷化镓晶片表层存在加工应变层。
质量不好的磷化镓晶片，做出的红光和绿光二极管(LED)发光性能差。

发明内容

为了克服现有磷化镓加工工艺复杂和加工质量不高等问题，本发明提出一种新的磷化镓加工技术，该工艺能够简化磷化镓晶片的工序、提高磷化镓晶片的加工质量。
本发明所采用的技术方案是：在磷化镓晶体切片后，采用浅损伤层的磷化镓晶片塑性域磨削技术进行晶片磨削，用微米级研磨液进行镜面研磨，用磷化镓专用抛光液进行化学机械抛光，从而简化加工工序，提高质量，节省加工时间，降低加工成本。
磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺制备流程如附图1所示。
下面结合附图1的工艺制备流程对本发明进一步说明如下：
1、在磷化镓晶片粘盘中，使用的无蜡粘盘技术。
2、采用锡铅合金研磨盘，用氧化铬微粉、橄榄油、煤油配制的磷化镓微米级研磨液，研磨10分钟，将磷化镓衬底由450微米的厚度减薄至350微米、粗糙度为0.5微米左右，厚度均匀性在1.0微米以内，获得镜面研磨效果。
3、在磷化镓晶片抛光工艺中，采用全局平面化超光滑无损伤精密化学机械抛光技术，磷化镓晶片纳米级抛光液的组成：重铬酸氨((NH4)2Cr2O7)，聚氧乙烯酰胺，去离子水。它们的质量比是：重铬酸氨∶聚氧乙烯酰胺∶去离子水＝ 50∶1∶300。
4、精密抛光机的工作原理如附图2所示，磷化镓晶片2吸附在承片盘1上，抛光布3粘接在抛光盘4上，抛光盘4通过电动机驱动旋转，承片盘1通过晶片与抛光盘之间的摩擦力驱动旋转，抛光压力通过气缸施加在承片盘1上。抛光液通过管子5流到抛光盘上，抛光液通过调节阀控制流量。
5、在精密抛光机上利用纳米抛光液对磷化镓进行抛光，使磷化镓的表面粗糙度达到0.5纳米以下、平整度小于5微米。
6、在磷化镓晶片的清洗工艺中，抛光后的磷化镓晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分钟；用去离子水流洗2分钟；在80℃～90℃的专用清洗液(该清洗液各组份H2SO4、H2O2、H2O的体积比是1∶6∶50)中，兆声波清洗10分钟；用去离子水流洗5分钟。
7、结合附图3对无蜡粘盘技术进一步说明如下：磷化镓晶片2通过水吸附在承片盘1上，承片盘1上粘接保持架10和衬垫6，磷化镓晶片2被吸附在保持架10内。
8、附图4是磷化镓晶片精密抛光部分结构图。

附图说明

1、图1是磷化镓晶片纳米级超光滑加工工艺流程图，说明磷化镓晶片的制备流程；
2、图2是磷化镓晶片精密抛光原理图，说明磷化镓晶片抛光过程中的运动原理。磷化镓晶片2吸附在承片盘1上，抛光布3粘接在抛光盘4上，抛光盘4通过电动机驱动旋转，承片盘1通过晶片与抛光盘之间的摩擦力驱动旋转，抛光压力通过气缸施加在承片盘1上。
3、图3是磷化镓晶片无蜡粘盘的结构图，磷化镓晶片2通过水吸附在承片盘1上，承片盘1上粘接保持架10和衬垫6，磷化镓晶片2被吸附在保持架10 内。
4、图4是磷化镓晶片精密抛光部分结构图，抛光布3粘在抛光盘4上，通过压板7和螺栓8将抛光盘4和抛光轴9连接，电机驱动抛光轴9旋转，带动抛光盘4旋转，承片盘1在摩擦力作用下旋转，实现对磷化镓晶片的抛光。
5、图5是承片盘1的结构图，承片盘由T10A工具钢制造，热处理后的硬度是HRC58～65。
6、图6是抛光盘4的结构图，承片盘由20CrMnTi 合金钢制造。
7、图7是抛光轴9的结构图，直径100的轴阶与抛光盘的孔有配合。
8、图8是磷化镓晶片2的结构图，尺寸和厚度根据晶片的要求确定。
9、图9是保持架10的结构图，保持架由环氧板制造。

具体实施方式

1、首先将磷化镓晶棒滚圆，然后切片；
2、把磷化镓晶片吸附到承片盘中；
3、在高刚性的磨床上，用低进给量，对磷化镓晶片进行塑性域镜面磨削；
4、在精密平面研磨机上，采用锡铅合金研磨盘，用氧化铬微粉、橄榄油、煤油配制的磷化镓微米级研磨液，研磨10分钟，获得镜面研磨效果；
5、在精密平面研磨机上，采用由重铬酸氨、聚氧乙烯酰胺、去离子水等组成的磷化镓晶片纳米级抛光液，进行全局平面化化学机械抛光，获得磷化镓晶片纳米级表面粗糙度。
磷化镓晶片抛工艺参数是：
抛光盘转速：70转/分
承片盘转速：30转/分
抛光时间：t＝60分钟
抛光压力：P＝80Pa
抛光温度：25℃±5℃
抛光液流量：5毫升/分，抛光液不可以循环；
6、对抛光后的磷化镓晶片进行清洗，首先把晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分钟；然后用去离子水流洗2分钟；再放在80℃～90℃的专用清洗液(该清洗液各组份H2SO4、H2O2、H2O的体积比是1∶6∶50)中，兆声波清洗10分钟；最后用去离子水流洗5分钟；
7、检测磷化镓晶片的几何尺寸和表面洁净度，以制备发光二极管对磷化镓晶片的要求。
发明效果
本发明的有益效果是：可以简化磷化镓晶片的制造工艺，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)＜0.5纳米的超光滑表面，该工艺缩短磷化镓晶片的加工时间，降低生产成本。

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