CN108365058A - 一种led衬底转移方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED衬底转移方法及其应用，该LED衬底转移方法包含：在LED结构的P‑GaN层的P面进行键合金属层生长，该键合金属层通过若干对Au层和Sn层叠对生长，且Au层和Sn层至少两对叠对；在转移衬底Si表面生长粘合Au层；将所述的键合金属层和所述的粘合Au层进行金属键合，完成衬底转移。本发明的衬底转移方法解决了现有技术由于键合层的厚度较厚，键合速度面时间长，且金属Sn易被氧化，而造成的影响键合效果差和产率低的问题，能够增加键合速度，提高键合产率。
Description
技术领域
本发明涉及一种衬底转移方法，具体涉及一种LED衬底转移方法及其应用。
背景技术
发光二极管（LED, Light Emitting Diode）是半导体二极管的一种，把电能转化成光能。LED的内部结构上分P区和N区，P区和N区相交界形成PN结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性。
GaN基垂直结构LED是半导体器件研究热点，GaN基垂直结构LED具有散热好，承载大电流，发光强度高，耗电量小和寿命长等优点，其在通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明中被广泛应用。
在GaN基垂直结构LED 制备工艺中，一般先需要制造Si基或金属衬底，在Si基或金属衬底上生长外延层GaN，制造GaN基外延片。基于结构的需求，工艺中存在衬底转移技术，即GaN薄膜需要从蓝宝石基转转换为Si基或金属衬底，这部分工艺中需要使用到衬底转移键合技术。
但是，目前的技术通过蓝宝石面金，转移衬底面Sn，进行金锡键合的产能效率偏度。
发明内容
本发明的目的是提供了一种LED衬底转移方法及其应用，解决了现有技术由于键合层的厚度较厚，键合速度面时间长，且金属Sn易被氧化，而造成的影响键合效果差和产率低的问题，能够增加键合速度，提高键合产率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种LED衬底转移方法，该方法包含：在LED结构的P-GaN层的P面进行键合金属层生长，该键合金属层通过若干对Au层和Sn层叠对生长，且Au层和Sn层至少两对叠对；在转移衬底Si表面生长粘合Au层；将所述的键合金属层和所述的粘合Au层进行金属键合，完成衬底转移。
所述每对中Au和Sn的分子质量比为（80±5）:（20±5）。
所述的粘合Au层厚度不低于1000A。
所述的键合金属层和所述的粘合Au层在压力为3000~8000mBar，温度为270~310℃的条件下，进行金属键合。
所述的金属键合的时间为25~30min。
所述的键合金属层的表层为Au层。
所述的键合金属层的Au层的厚度为327nm±5%，Sn层的厚度为2970 nm±5%。
本发明还提供了一种垂直LED芯片结构的制备方法，该方法包含：在蓝宝石衬底上依次生长UID-GaN层、N-GaN层、MWQ层以及P-GaN层；采用如所述的LED衬底转移方法进行衬底转移；将所述的蓝宝石衬底剥离；去除所述的UID-GaN层；在所述的N-GaN层表面上去除位于切割道区域的GaN；对所述的N-GaN层表面进行粗化；制作N电极。
所述的蓝宝石衬底剥离采用激光剥离工艺；所述的UID-GaN层采用ICP刻蚀工艺去除。
在所述的N-GaN层表面上形成台阶结构的部分设置SiO2掩膜层，去除部分位于切割道区域的GaN；去除所述的SiO2掩膜层，采用去除保留于切割道区域的GaN，并同时形成台阶结构。
所述的N-GaN层表面粗化采用湿法腐蚀工艺。
本发明还提供了一种垂直LED芯片结构，该芯片结构采用如所述的垂直LED芯片结构的制备方法获得。
本发明的LED衬底转移方法及其应用，解决了现有技术由于键合层的厚度较厚，键合速度面时间长，且金属Sn易被氧化，而造成的影响键合效果差和产率低的问题，具有以下优点：
本发明通过将Au层和Sn层叠对生长，生长若干对Au/Sn层，相邻金属层之间相互渗透，增加共晶的复合效率，在键合时键合速度快，键合产率高，并且多层叠对的金属的扩散均匀性比两种单层金属厚膜之间的扩散均匀性要好，共晶效果好；
本发明的Au层和Sn层的厚度均较薄，对叠对厚度要求降低，金属用量减少，成本降低，同时保证了结构不会变形；
本发明进一步地控制Au和Sn的比例，并控制粘合Au层的厚度，键合温度低，避免了器件的损害，键合效果好，产率翻倍。
附图说明
图1为现有技术的衬底转移结构示意图。
图2为本发明的衬底转移结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种LED衬底转移方法，如图2所示，为本发明的衬底转移结构示意图，该方法包含：在LED结构的P-GaN层10的P面进行键合金属层20生长，该键合金属层20通过若干对Au层21和Sn层22叠对生长，即先生长（蒸镀或涂覆）一层Au，再生长一层Sn，重复数次，Au层21和Sn层22至少两对叠对；在转移衬底Si 1表面生长粘合Au层2；将键合金属层20和粘合Au层2进行金属键合，完成衬底转移。
本发明的键合金属层20中的Au层21和Sn层22不需要单独键合，在键合金属层20和粘合Au层2进行金属键合时，已经叠对生长在一起的Au层21和Sn层22之间会相互渗透并一起键合，其扩散均匀性好，并降低了键合的难度，提高了键合的效率和产率。此外，多层叠对的金属的扩散均匀性比两种单层金属厚膜之间的扩散均匀性要好，共晶效果好。
所述每对中Au和Sn的分子质量比为（80±5）:（20±5）。金属的键合均需要在高温下进行，键合的难度大，必然使键合时间久，这将对整个结构造成一定的损害，本发明通过对键合金属层20中Au层21和Sn层22的质量比的控制，使得键合难度降低，可在最低的键合温度下实现键合，利于器件保护。
粘合Au层2厚度不低于1000A。考虑到存在金属薄膜层（上述Au层21和Sn层22）蒸镀厚度均匀性的问题，在转移衬底Si 1表面设有粘合Au层，避免键合金属层的不均匀性。
键合金属层20和粘合Au层2在压力为3000~8000mBar，温度为270~310℃的条件下，进行金属键合。
键合金属层的表层为Au层。
金属键合的时间为25~30min。
键合金属层的Au层的厚度为327nm±5%，Sn层的厚度为2970 nm±5%。为了避免结构的形变，将厚度控制在上述范围，能够保持结构不变形。
如图1所示，为现有技术的衬底转移结构示意图，目前主要采用Au和Sn进行键合，转移衬底，但是进行金锡键合的产能效率偏度。本发明通过将Au层21和Sn层22叠对生长，生长若干对Au/Sn层，每层的厚度均较薄，控制金属的质量比，在进行衬底转移键合时，键合速度快，且避免了现有技术由于键合层的厚度较厚，键合速度时间长，且金属Sn易被氧化，而造成的影响键合效果差和产率低的问题，能够提高键合速率，使键合产率翻倍。
一种垂直LED芯片结构的制备方法，该方法包含：在蓝宝石衬底30上依次生长UID-GaN层40、N-GaN层50、MWQ层60以及P-GaN层10；采用如上述LED衬底转移方法进行衬底转移；将蓝宝石衬底30剥离；去除UID-GaN层40；在N-GaN层50表面上去除位于切割道区域的GaN；对N-GaN层50表面进行粗化；制作N电极。
蓝宝石衬底30剥离采用激光剥离工艺；UID-GaN层40采用ICP刻蚀工艺去除。
在N-GaN层50表面上形成台阶结构的部分设置SiO2掩膜层，去除部分位于切割道区域的GaN；去除SiO2掩膜层，采用去除保留于切割道区域的GaN，并同时形成台阶结构。
N-GaN层50表面粗化采用湿法腐蚀工艺。
一种垂直LED芯片结构，该芯片结构采用如上述垂直LED芯片结构的制备方法获得。
实施例1
一种LED衬底转方法，该方法包含：
（1）在LED结构的P-GaN层10的P面进行键合金属层20生长，该键合金属层20通过若干Au层21和Sn层22叠对生长，即通过电子枪金属蒸镀机台蒸镀，先生长一层Au，其厚度为327nm±5%，再生长一层Sn，其厚度为2970nm±5%，重复数次，Au/Sn叠对至少两对，最后再生长一层Au，每对Au/Sn的分子质量比为（80±5）:（20±5）；
（2）在转移衬底Si 1表面生长粘合Au层2，Au层1的厚度不低于1000A；
（3）将键合金属层20和粘合Au层2在压力为3000~8000mBar，温度为270~310℃的条件下，进行金属键合，时间为25~30min，完成衬底转移。
采用实施例1的衬底转移方法，能够高效率地生产得到垂直LED芯片结构。通过在垂直结构类型产品中，研究键合金属及键合方法，由单一金属变更为金属叠对结构，增加共晶的复合效率，提升产能，同时叠对厚度要求降低，金属用量减少，成本降低。
实施例2
一种垂直LED芯片结构的制备方法，该方法包含：
（1）在蓝宝石衬底30上依次生长UID-GaN层40、N-GaN层50、MWQ（多量子阱）层60以及P-GaN层10；
（2）采用实施例1的LED衬底转方法进行衬底转移；
（3）采用激光剥离工艺将蓝宝石衬底30剥离；
（4）采用ICP刻蚀工艺去除UID-GaN层40，ICP刻蚀过程中采用的刻蚀气体包括Cl2和/或BCl3；
（5）在N-GaN层50表面上形成台阶结构的部分设置SiO2掩膜层，采用ICP刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的GaN；
（6）去除SiO2掩膜层，采用湿法刻蚀工艺（采用热酸溶液刻蚀）去除保留于切割道区域的GaN，并同时形成台阶结构；
（7）采用湿法腐蚀工艺对N-GaN层50表面进行粗化，使N-GaN层50表面形成金字塔形粗化微结构；
（8）在表面粗化后的N-GaN层50表面制作N电极，得到垂直LED芯片结构。
实施例3
一种垂直LED芯片结构，该结构采用实施例2的制备方法获得，该结构包含：键合衬底层，依次层叠于键合衬底层之上的P电极、P-GaN层10、MWQ层60、及N-GaN层50，以及位于N-GaN层50表面的N电极。
其中，P-GaN层10、MWQ层60和N-GaN层50形成台阶结构，该台阶结构的侧壁与键合衬底之间的夹角为50°～70°。
其中，N-GaN层50表面形成有金字塔形粗化微结构。
其中，键合衬底层为通过键合金属层20和转移衬底Si 1表面的粘合Au层2键合获得，键合金属层20通过若干Au层21和Sn层22叠对得到，且每对Au/Sn的分子质量比为80:20，转移衬底Si 1表面的粘合Au层2的厚度不低于1000A。
综上所述，本发明的LED衬底转移方法及其应用，该衬底转移方法能够增加共晶的复合效率，提升产能，同时叠对厚度要求降低，金属用量减少，成本降低。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种LED衬底转移方法，其特征在于，该方法包含：
在LED结构的P-GaN层的P面进行键合金属层生长，该键合金属层通过若干对Au层和Sn层叠对生长，且Au层和Sn层至少两对叠对；
在转移衬底Si表面生长粘合Au层；
将所述的键合金属层和所述的粘合Au层进行金属键合，完成衬底转移。
2.根据权利要求1所述的LED衬底转移方法，其特征在于，所述每对中Au和Sn的分子质量比为（80±5）:（20±5）。
3.根据权利要求2所述的LED衬底转移方法，其特征在于，所述的粘合Au层厚度不低于1000A。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的LED衬底转移方法，其特征在于，所述的键合金属层和所述的粘合Au层在压力为3000~8000mBar，温度为270~310℃的条件下，进行金属键合。
5.根据权利要求4所述的LED衬底转移方法，其特征在于，所述的金属键合的时间为25~30min；所述的键合金属层的表层为Au层。
6.根据权利要求4所述的LED衬底转移方法，其特征在于，所述的键合金属层的Au层的厚度为327nm±5%，Sn层的厚度为2970 nm±5%。
7.一种垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于，该方法包含：
在蓝宝石衬底上依次生长UID-GaN层、N-GaN层、MWQ层以及P-GaN层；
采用如权利要求1-6中任意一项所述的LED衬底转移方法进行衬底转移；
将所述的蓝宝石衬底剥离；
去除所述的UID-GaN层；
在所述的N-GaN层表面上去除位于切割道区域的GaN；
对所述的N-GaN层表面进行粗化；
制作N电极。
8.根据权利要求7所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述的蓝宝石衬底剥离采用激光剥离工艺；所述的UID-GaN层采用ICP刻蚀工艺去除。
9.根据权利要求7所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于，在所述的N-GaN层表面上形成台阶结构的部分设置SiO2掩膜层，去除部分位于切割道区域的GaN；去除所述的SiO2掩膜层，采用去除保留于切割道区域的GaN，并同时形成台阶结构；
所述的N-GaN层表面粗化采用湿法腐蚀工艺。
10.一种垂直LED芯片结构，其特征在于，该芯片结构采用如权利要求7-9中任意一项所述的垂直LED芯片结构的制备方法获得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180803 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |