CN102709406A - 一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法 - Google Patents

一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法 Download PDF

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郭德博
刘刚
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Nantong Tongfang Semiconductor Co.,Ltd.
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Abstract

一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法，涉及制备大功率垂直结构GaN基发光二极管中衬底转移技术领域。本发明包括如下步骤：
Figure 2011100750930100004DEST_PATH_IMAGE002
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；
Figure 2011100750930100004DEST_PATH_IMAGE004
在P型GaN半导体层上蒸镀金属镜子反射层；
Figure 2011100750930100004DEST_PATH_IMAGE006
在金属镜子反射层及P型GaN半导体层之上溅射上金属作为种子层；
Figure 2011100750930100004DEST_PATH_IMAGE008
在种子层上方涂覆厚光刻胶；进行一次电镀形成与光刻胶厚度接近的一次电镀层；对器件上表面进行研磨和抛光；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
在器件上表面进行二次电镀形成二次电镀层；沿光刻胶的位置切割，得到垂直结构的LED芯粒。本发明原料易得、成本低廉、制备工艺简单，能够实现规模化生产。

Description

一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法
技术领域
本发明涉及制备大功率垂直结构GaN基发光二极管中衬底转移技术领域，特别是具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法。
背景技术
以GaN为代表的Ⅲ/Ⅴ族化合物是近年来备受关注的半导体材料，由于它们拥有各种优良的光电、物理、化学特性，所以被广泛的应用于激光器、LED等光电子器件。目前受GaN本身生长技术的限制，应用于LED中的GaN材料绝大部分都是以气相沉积的方式生长在蓝宝石衬底上。虽然这种生长方式可以获得质量较好的GaN单晶外延层，但是也有其不可避免的缺陷，其中最突出的就是由于蓝宝石本身不导电、导热能力差使得在这种衬底上无法制备大功率LED。
激光剥离技术的日趋成熟为人们带来了新的工艺方向，那就是衬底转移，即将GaN外延层从原来的蓝宝石上转移到一种新的具备良好的导电和导热性能的衬底之上，从而可以制备垂直结构的LED器件，拓宽了工艺路线，使得大功率LED的制作成为了可能。由于金属具有高的导电、导热性，所以金属材料是这种新衬底的最佳选择。
现有技术中，将GaN外延层转移至金属衬底上主要有两种方式：键合和电镀，键合金属衬底的方法受金属与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和发展。但是利用电镀的方式来获得新的金属衬底也仍然有许多困难需要克服，其中金属衬底的切割和分裂就是一个难题，这一点对铜衬底来说尤为突出。由于铜质地较为柔软，因此在机械切割时产生的铜屑极易粘附在砂轮或切刀上，使其钝化而无法工作，而铜本身良好的导热性能又会使激光切割对器件本身造成热损伤。这个难以分割的缺点对LED器件制作的后续工艺来说是一个极大的困扰，因此急需得到解决。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法。它原料易得、成本低廉、制备工艺简单，能够实现规模化生产。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法，它包括如下步骤：
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；
Figure 2011100750930100002DEST_PATH_IMAGE006
在金属镜子反射层及P型GaN半导体层之上溅射上金属作为种子层；
Figure 2011100750930100002DEST_PATH_IMAGE008
在种子层上方，通过高分辨光刻技术在将来需要进行裂片的部位涂覆厚光刻胶；
进行一次电镀形成与光刻胶厚度接近的一次电镀层；
Figure 2011100750930100002DEST_PATH_IMAGE012
对器件上表面进行研磨和抛光，将一次电镀层和光刻胶研磨至统一的高度；
在器件上表面进行二次电镀形成二次电镀层；
在裂片过程中，用机械切割的方法沿光刻胶的位置切割，得到垂直结构的LED芯粒。
在上述制备方法中，所述种子层为单层的金属铜或者由数层金属组成。
在上述制备方法中，所述研磨和抛光后的器件表面进行处理和铜表面活化去除研磨过程中所产生的表面杂质。
在上述制备方法中，所述二次电镀层的厚度在100至200微米范围内。
本发明采用了上述方法，与现有的技术相比，具有的有益效果为：第一，所得到的铜衬底可以很容易的被裂解，解决了铜衬底难以
进行分割、后续工艺困难的缺点，为大规模工业生产创造了条件；
第二，采用本技术可以极大地降低涂覆光刻厚胶时对于厚度均匀性的要求，降低了工艺难度，提高了可执行性；
第三，在中间的研磨过程中可以释放和调整部分电镀铜时产生的内应力，改善了铜衬底的翘曲变形现象。
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7为本发明的制备方法步骤图。
具体实施方式
本发明的制备方法步骤如下：
Figure 6283DEST_PATH_IMAGE002
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半导体层102、量子阱有源层103和P型GaN半导体层104；
Figure 110374DEST_PATH_IMAGE004
参看图2，在P型GaN半导体层104上蒸镀金属镜子反射层105，厚度为1000-10000Å，并在氮气的环境下退火10-30min使金属镜子反射层105与P型GaN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，在金属镜子反射层105及P型GaN半导体层104之上溅射上一层或者几层金属作为种子层106；
Figure 827794DEST_PATH_IMAGE008
参看图4，在种子层106上方，通过高分辨光刻技术在将来需要进行裂片的部位涂覆厚光刻胶107；
Figure 908489DEST_PATH_IMAGE010
参看图5，进行一次电镀形成与光刻胶107厚度接近的一次电镀层108；
Figure 660545DEST_PATH_IMAGE012
参看图6，对器件上表面进行研磨和抛光去除研磨过程中所产生的表面杂质，将一次电镀层108和光刻胶107研磨至统一的高度；
Figure 483007DEST_PATH_IMAGE014
参看图7，在器件上表面进行二次电镀形成厚度100至200微米范围内的二次电镀层109；
Figure 936991DEST_PATH_IMAGE016
在裂片过程中，用机械切割的方法沿光刻胶107的位置切割，得到垂直结构的LED芯粒。

Claims (4)

1.一种具备可裂解性铜衬底发光二极管的制备方法，它包括如下步骤：
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE002
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）上蒸镀金属镜子反射层（105），并在氮气的环境下退火使金属镜子反射层（105）与P型GaN半导体层（104）之间形成欧姆接触；
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE004
在金属镜子反射层（105）及P型GaN半导体层（104）之上溅射上金属作为种子层（106）；
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE006
在种子层（106）上方，通过高分辨光刻技术在将来需要进行裂
片的部位涂覆厚光刻胶（107）；
进行一次电镀形成与光刻胶（107）厚度接近的一次电镀层（108）；
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE010
对器件上表面进行研磨和抛光，将一次电镀层（108）和光刻胶（107）研磨至统一的高度；
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE012
在器件上表面进行二次电镀形成二次电镀层（109）；
Figure 2011100750930100001DEST_PATH_IMAGE014
在裂片过程中，用机械切割的方法沿光刻胶（107）的位置切割，得到垂直结构的LED芯粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述种子层（106）为单层的金属铜或者由数层金属组成。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述研磨和抛光后的器件表面进行处理和铜表面活化去除研磨过程中所产生的表面杂质。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二次电镀层（109）的厚度在100至200微米范围内。
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