本發(fā)明屬于LED散熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石熱沉GaN基異側(cè)電極LED制作方法。

背景技術(shù)：

GaN基LED作為第四代照明光源，具有高效、使用壽命長、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為國內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。然而隨著照明功率不斷地提高，LED產(chǎn)生的熱量將急劇升高，如果這些熱量沒有及時(shí)散發(fā)出去，LED內(nèi)部因發(fā)熱產(chǎn)生的高溫將嚴(yán)重影響LED的壽命和照明性能，因此，散熱成為LED照明技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵性課題。

傳統(tǒng)的解決LED散熱的方法是采用倒裝焊技術(shù)給同側(cè)電極LED外加鋁或者銅散熱基板，利用散熱基板來導(dǎo)熱，一方面由于倒裝焊技術(shù)工藝比較復(fù)雜；另一方面由于鋁(237W/m·K)和銅(400W/m·K)有限的熱導(dǎo)率，很難滿足大功率LED照明的散熱需求。金剛石具有極高的的熱導(dǎo)率，IIa型天然單晶金剛石的室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá)2000W/m·K，采用金剛石作熱沉可以有效地解決LED的散熱問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種金剛石熱沉襯底GaN基LED制作方法，其目的在于形成以金剛石襯底做熱沉的GaN基異側(cè)電極LED，利用金剛石的高熱導(dǎo)率來解決GaN基LED大功率照明散熱問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種金剛石熱沉GaN基異側(cè)電極LED制作方法，包括以下步驟：

S1：在藍(lán)寶石襯底上MOCVD生長GaN基LED外延材料；

S2：ICP刻蝕步驟S1所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料，進(jìn)行器件隔離；

S3：對步驟S2所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料表面磁控濺射p型接觸金屬、反射金屬和鍵合金屬；

S4：對金剛石熱沉襯底表面磁控濺射鍵合金屬；

S5：將步驟S3所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料和步驟S4所述金剛石熱沉襯底進(jìn)行金屬鍵合；

S6：采用激光剝離技術(shù)對步驟S5所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行剝離；

S7：對步驟S6所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行磁控濺射n型接觸金屬。

進(jìn)一步的，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：分別用丙酮和去離子水各超聲2～3分鐘對所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗；

S12：將所述藍(lán)寶石襯底在900～1000℃的H₂氣氛下進(jìn)行烘烤；

S13：以三甲基鎵和氨氣分別作為Ga源和N源，N₂和H₂作為載氣，在530～580℃下采用MOCVD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上低溫生長50nm的GaN成核層；

S14：以SiH₄為n型摻雜劑，三甲基鎵TMGa和氨氣NH₃為Ga源和N源MOCVD生長n-GaN層，摻雜濃度2×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3；

S15：以三甲基鎵TMGa，三甲基銦TMIn和氨氣NH₃分別作為Ga源、In源和N源，N₂和H₂作為載氣MOCVD交替生長GaN/InGaN多量子阱；

S16：以CP₂Mg為p型摻雜劑，三甲基鎵TMGa和氨氣NH₃為Ga源和N源MOCVD生長p-GaN層，摻雜濃度5×10¹⁶～2×10¹⁷cm^-3，850℃退火；

S17：最后PECVD淀積SiO₂，厚度1.5μm。

進(jìn)一步的，所述外延材料制備完成后，進(jìn)行隔離槽刻蝕，包括以下步驟：

S21：SiO₂光刻、刻蝕，形成隔離刻蝕掩膜圖樣，單元大小為1mm×1mm；

S22：隔離槽ICP干法刻蝕，刻蝕氣體采用He:Cl₂:BCl₃＝10:45:15sccm的混合氣體；

S23：PECVD淀積SiO₂側(cè)墻。

進(jìn)一步的，所述步驟S3具體為：刻蝕、拋光所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料p-GaN表面；

分別用三氯化碳、四氯乙烯、丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料各2～3分鐘，氮?dú)獯蹈?，再在p-GaN表面依次磁控濺射Ni/Au/Al/Ag，厚度依次為50nm/120nm/0.3μm/1μm，850～900℃退火15min。

進(jìn)一步的，所述步驟S4具體為：先對所述金剛石熱沉襯底表面進(jìn)行拋光、平整化處理；

再用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗所述金剛石，拋光面磁控濺射Au鍵合金屬，厚度2μm。

進(jìn)一步的，所述金剛石熱沉襯底為多晶金剛石，厚度0.3mm，表面鍵合金屬依次為Au；藍(lán)寶石襯底GaN基LED，外延材料p-GaN層表面金屬依次為Ni/Au/Al/Ag，其中Ni/Au作p型電極，Al作底面反射鏡，Ag為鍵合金屬。

進(jìn)一步的，所述步驟S5具體為：鍵合時(shí)間30min，鍵合溫度250～300℃，施加壓力300N，鍵合所述金剛石熱沉襯底與所述寶石襯底GaN基LED外延材料。

進(jìn)一步的，所述步驟S6具體為：用一束波長248～480nm，脈沖寬度38ns的脈沖激光從所寶石的一面掃描整個(gè)樣品，加熱所述藍(lán)寶石/GaN基LED外延材料/Si三層結(jié)構(gòu)去除所述藍(lán)寶石襯底。

進(jìn)一步的，加熱所述藍(lán)寶石襯底到Ga的熔點(diǎn)29℃以上。

進(jìn)一步的，所述步驟S7具體為：

S71：用KOH：乙二醇＝5:3溶液移除GaN緩沖層，漏出n-GaN層；

S72：所述n-GaN層表面PECVD淀積SiO₂，厚度1.5μm；

S73：對所述SiO₂光刻、刻蝕，形成n型電極圖樣；

S74：依次磁控濺射Cr/Au型電極金屬，厚度依次為50nm/300nm，保持550℃退火30min；

S75：最后劃片封裝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明一種金剛石熱沉GaN基異側(cè)電極LED制作方法方法采用高熱導(dǎo)率的金剛石做熱沉，LED陽極金屬與金剛石金屬鍵合接觸，散熱優(yōu)勢明顯；所述LED陽極金屬與金剛石低溫下金屬鍵合，有效避免了傳統(tǒng)的高溫鍵合對LED性能的影響；藍(lán)寶石襯底激光剝離過程中，工藝簡單。

進(jìn)一步的，所述藍(lán)寶石襯底激光剝離過程中，不需要臨時(shí)支撐材料，工藝簡單。

進(jìn)一步的，電極位于LED的異側(cè)，LED正面電極遮光少，底面金屬電極上有反射金屬，具有反光作用，LED正面出光效率高。

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

圖1為實(shí)施例1藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料剖面圖；

圖2為實(shí)施例1隔離槽ICP干法刻示意圖；

圖3為實(shí)施例1隔離槽剖面圖；

圖4為實(shí)施例1PECVD SiO2鈍化層示意圖；

圖5為實(shí)施例2磁控濺射P型電極金屬、反射金屬層、鍵合金屬示意圖；

圖6為實(shí)施例2金剛石熱沉表面電子束蒸發(fā)鍵合金屬示意圖；

圖7為實(shí)施例2藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料與金剛石熱沉金屬鍵合示意圖；

圖8為實(shí)施例3激光剝離藍(lán)寶石襯底；

圖9為實(shí)施例3磁控濺射n型電極金屬示意圖。

其中：1.藍(lán)寶石襯底；2.本征GaN緩沖層；3.n-GaN層；4.GaN/InGaN多量子阱；5.p-GaN層；6.SiO₂鈍化層；7.P型電極；8.反射金屬層；9.鍵合金屬；10.金剛石襯底；11.n型電極。

【具體實(shí)施方式】

一種金剛石熱沉GaN基異側(cè)電極LED制作方法，包括以下步驟：

S1：在藍(lán)寶石襯底1上MOCVD生長GaN基LED外延材料；

請參閱圖1所示，所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料具體為，藍(lán)寶石襯底(0001)單面拋光，厚度500μm，本征GaN緩沖層2的厚度50nm,n-GaN層3的厚度2μm，十對GaN/InGaN多量子阱4，p-GaN層5的厚度0.2μm，藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN基LED外延材料后進(jìn)行隔離槽刻蝕，包括以下步驟：

S11：藍(lán)寶石襯底清洗，丙酮、去離子水超聲各2～3分鐘。

S12：將藍(lán)寶石襯底在900～1000℃的H₂氣氛下進(jìn)行烘烤，除去表面吸附雜質(zhì)。

S13：以三甲基鎵(TMGa)和氨氣(NH₃)分別作為Ga源和N源，N₂和H₂作為載氣，530～580℃下采用MOCVD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上低溫生50nmGaN緩沖層。

S14：接著以SiH₄為n型摻雜劑，三甲基鎵TMGa和氨氣NH₃作Ga源和N源MOCVD生長n-GaN層，摻雜濃度2×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3。

S15：以三甲基鎵TMGa，三甲基銦(TMIn)和氨氣NH₃分別作為Ga源、In源和N源，N₂和H₂作為載氣MOCVD交替生長GaN/InGaN多量子阱。

S16：以CP₂Mg為p型摻雜劑，三甲基鎵TMGa和氨氣NH₃作Ga源和N源MOCVD生長p-GaN層，摻雜濃度5×10¹⁶～2×10¹⁷cm^-3，850℃退火激活雜質(zhì)。

S17：PECVD淀積SiO₂，厚度1.5μm。

S2：ICP刻蝕步驟S1所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料，進(jìn)行器件隔離；

S21：SiO₂光刻SiO₂鈍化層6、刻蝕，形成隔離刻蝕掩膜圖樣，單元大小1mm×1mm(如圖2所示)。

S22：隔離槽ICP干法刻蝕(如圖3所示)，刻蝕氣體采用He:Cl₂:BCl₃＝10:45:15sccm的混合氣體。

S23：PECVD淀積SiO₂側(cè)墻，防止側(cè)墻漏電流(如圖4所示)。

S3：對步驟S2所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料表面磁控濺射p型接觸金屬、反射金屬和鍵合金屬；

請參閱圖5、圖6和圖7所示，金剛石為多晶金剛石，厚度0.3mm，金剛石襯底10的表面鍵合金屬依次為Au；藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料p-GaN層表面金屬依次為Ni/Au/Al/Ag，其中Ni/Au做p型電極7，Al做底面金屬層8，Ag做鍵合金屬9，包括以下步驟：

刻蝕、拋光所述暴露的寶石襯底GaN基LED外延材料p-GaN表面，拋光到納米級(jí)表面粗糙度。

請參閱圖5所示，三氯化碳、四氯乙烯、丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗寶石襯底GaN基LED外延材料，各2～3分鐘，氮?dú)獯蹈?，p-GaN表面，依次磁控濺射Ni/Au/Al/Ag，厚度依次為(50nm/120nm)/0.3μm/1μm,850～900℃退火15min。

S4：對金剛石熱沉襯底表面磁控濺射鍵合金屬；

金剛石熱沉襯底表面拋光、平整化處理，拋光到納米級(jí)表面粗糙度。

請參閱圖6所示，丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗金剛石，拋光面磁控濺射Au鍵合金屬，厚度2μm。

S5：將步驟S3所述藍(lán)寶石襯底GaN基LED外延材料和步驟S4所述金剛石熱沉襯底進(jìn)行金屬鍵合；

金屬鍵合工藝鍵合所述金剛石熱沉襯底與所述寶石襯底GaN基LED外延材料(圖7)，鍵合時(shí)間30min，鍵合溫度250～300℃，施加壓力300N。

S6：采用激光剝離技術(shù)對步驟S5所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行剝離；

請參閱圖8和圖9所示，掃描激光采用波長為248～480nm的KrF脈沖激光，脈沖寬度為38ns；n-GaN表面金屬依次為Cr/Au。實(shí)施例3主要用來完成藍(lán)寶石襯底的剝離，包括以下步驟：

(1)用一束波長248～480nm,脈沖寬度38ns KrF脈沖激光從藍(lán)寶石一面掃描整個(gè)樣品；激光脈沖的能量密度可以由一個(gè)焦距40cm的石英透鏡來調(diào)節(jié)(圖8)。

(2)加熱所述藍(lán)寶石/GaN基LED外延材料/Si三層結(jié)構(gòu)(加熱襯底到Ga的熔點(diǎn)29℃以上)去除藍(lán)寶石襯底(圖8)。

S7：磁控濺射n型接觸金屬；

用KOH：乙二醇＝5:3溶液移除GaN緩沖層，漏出n-GaN層。

所述n-GaN層表面PECVD淀積SiO₂，厚度1.5μm。

所述SiO₂光刻、刻蝕，形成n型電極11圖樣(圖9)。

請參閱圖9所示，依次磁控濺射Cr/Au型電極金屬，厚度依次為50nm/300nm,550℃退火，30min。

劃片封裝。