CN102709405A - 一种发光二极管金属基板的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管金属基板的制作方法，涉及光电技术领域中的衬底转移技术。本发明的方法步骤为：在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN半导体层、量子阱有源层和P型GaN半导体层；

在P型GaN半导体层上蒸镀金属镜子反射层；

在器件需要电镀转移衬底的一面预镀上数层金属作为种子层；

在沟槽上涂覆光刻胶；

对种子层的金属表面进行氧化，利用电镀的方法得到金属基板；

沿光刻胶的位置进行切割，得到所需的芯粒。本发明使得金属基板与GaN外延层的结合强度高，便于机械切割，具有工艺简单、成本低廉、原料易得的特点。

Description

一种发光二极管金属基板的制作方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域中的衬底转移技术，特别是大功率垂直结构GaN基发光二极管中金属基板的制作方法。

背景技术

半导体照明光源的诞生被誉为照明领域的又一次革命，正吸引越来越多的人对其展开持续的研究和开发。要使发光二极管LED从现在普遍应用的信号灯、背投等特种照明真正进入前景极为广阔的普通照明市场，就要大力发展白光LED。所以不仅要提高GaN基LED器件的发光效率，还要制备能承受高电流密度、大功率结构的LED。目前，因为垂直结构LED可以最大限度地避免器件内电流拥挤现象，所以垂直结构是最有希望实现这一目标的工艺方向。目前垂直结构LED制备过程中必不可缺的一步是实现衬底的转移，即将GaN基外延层从蓝宝石衬底上转移至新的衬底之上，新的衬底不仅要有足够的支撑硬度，与GaN外延层有足够的连接强度，还要有良好的导热性，以便将LED发光过程中产生的热量良好的导出，满足大功率器件的要求。综合上述要求，金属衬底是一种理想的选择。

现有技术中，GaN外延层转移至金属衬底主要有两种手段：键合和电镀。金属键合的方法受金属与GaN热膨胀系数差别较大的原因而难以获得进展，在这个背景下，电镀方法获得了极大的关注。电镀方法虽具有许多优点，但也有其固有的缺点，尤其是电镀获得的衬底，其与GaN外延层的结合强度较弱，而且机械切割时金属屑容易沾附砂轮或切刀、激光切割由于金属本身良好的导热性而导致芯粒热损伤使得金属衬底难以进行裂片而导致后续工艺困难。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种发光二极管金属基板的制作方法。它使得金属基板与GaN外延层的结合强度高，便于机械切割，具有工艺简单、成本低廉、原料易得的特点。

为了达到上述发明目的，发明的技术方案以如下方式实现：

一种发光二极管金属基板的制作方法，其步骤为：

采用金属有机物化学气相沉积方法在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN半导体层、量子阱有源层和P型GaN半导体层；

在P型GaN半导体层上蒸镀金属镜子反射层，并在氮气的环境下退火使金属镜子反射层与P型GaN半导体层之间形成欧姆接触；

通过磁控溅射的方法在器件需要电镀转移衬底的一面预镀上数层金属作为种子层；利用光刻技术和湿化学腐蚀法对种子层上将来需要裂片的部位形成沟槽；

通过高分辨光刻技术在沟槽上涂覆光刻胶；

对种子层的金属表面进行氧化，去除氧化层和杂质，利用电镀的方法得到金属基板；

用机械切割的方法沿光刻胶的位置进行切割，得到所需的芯粒。

在上述制作方法中，所述种子层的数层金属是由Ni、Al、Cr、Ta、Au、Ag、Cu、Sn、Ti中的一种或多种元素的合金构成。

在上述制作方法中，所述光刻胶的厚度从100至300微米。

在上述制作方法中，所述对种子层的金属表面进行氧化是利用延长光刻胶的后烘时间实现的，所述去除氧化层和杂质采用浸酸的方法。

在上述制作方法中，所述电镀的方法是通过挂镀的方法并辅以机械搅拌和循环过滤手段得到镀层厚度在100至300微米的金属基板，金属基板是由 Ni、Cu、Au、Fe、Co、Mo中的一种或多种任意组合的合金构成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1） 本发明方法制作的金属基板与GaN外延层连接强度高，具备足够的支撑硬度，能够保证后续工艺的顺利进行。

2） 本发明工艺方法简单可靠、原料廉价易得，尤其是可以有效解决金属基板难以进行机械切割的缺点，使得本方法可以满足大规模工业生产的要求。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1至图5为本发明制作方法步骤示意图。

具体实施方式

本发明的方法步骤如下：

参看图1，采用金属有机物化学气相沉积方法在蓝宝石衬底101上依次生长N型GaN基半导体层102、量子阱有源区103和P型GaN基半导体层104；

参看图2，在P型GaN基半导体层104上蒸镀金属层反射105，厚度为1000-10000Å；在氮气气氛下高温退火10-30min，使金属反射层105与P型GaN基半导体层104之间形成欧姆接触，并增强二者之间的结合力；

参看图3，在金属反射层105及P型GaN基半导体层104之上溅射上一层或几层金属作为种子层106；利用光刻技术和湿化学腐蚀法对种子层106上将来需要裂片的部位形成沟槽；

参看图4，通过高分辨光刻技术在沟槽上涂覆光刻胶107；

参看图5，对种子层106的金属表面进行氧化，去除氧化层和杂质，利用电镀方法中的挂镀方式，辅以机械搅拌和循环过滤等手段得到金属基板108；

用机械切割的方法沿光刻胶107的位置进行切割，最终获得垂直结构的LED器件。

Claims (5)

1.一种发光二极管金属基板的制作方法，其步骤为：

采用金属有机物化学气相沉积方法在蓝宝石衬底（101）上依次生长N型GaN半导体层（102）、量子阱有源层（103）和P型GaN半导体层（104）；

在P型GaN半导体层（104）上蒸镀金属反射层（105），并在氮气的环境下退火使金属反射层（105）与P型GaN半导体层（104）之间形成欧姆接触；

通过磁控溅射的方法在器件需要电镀转移衬底的一面预镀上一层或者多层金属作为种子层（106）；利用光刻技术和湿化学腐蚀法对种子层（106）上将来需要裂片的部位形成沟槽；

通过高分辨光刻技术在沟槽上涂覆光刻胶（107）；

对种子层（106）的金属表面进行氧化，去除氧化层和杂质，利用电镀的方法得到金属基板（108）；

用机械切割的方法沿光刻胶（107）的位置进行切割，得到所需的芯粒。

2.根据权利要求1所述的金属基板的制作方法，其特征在于，所述种子层（106）的金属是由Ni、Al、Cr、Ta、Au、Ag、Cu、Sn、Ti中的一种或多种元素的合金构成。

3.根据权利要求1或2所述的金属基板的制作方法，其特征在于，所述光刻胶（107）的厚度为100至300微米。

4.根据权利要求3所述的金属基板的制作方法，其特征在于，所述对种子层（106）的金属表面进行氧化是利用延长光刻胶（107）的后烘时间实现的，所述去除氧化层和杂质采用浸酸的方法。

5.根据权利要求4所述的金属基板的制作方法，其特征在于，所述电镀的方法是通过挂镀的方法并辅以机械搅拌和循环过滤手段得到镀层厚度为100至300微米的金属基板（108），金属基板（108）是由 Ni、Cu、Au、Fe、Co、Mo中的一种或多种任意组合的合金构成。

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