一种退火剥离倒装ＳｉＣ衬底ＧａＮ基ＬＥＤ的制作方法技术

本发明专利技术提出了一种退火剥离倒装ＳｉＣ衬底ＧａＮ基ＬＥＤ的制作方法，包括以下步骤：（１）在原始ＳｉＣ衬底表面刻蚀出纵横交错的沟道，露出一个个小方柱，这就是制作的原始ＳｉＣ图形衬底；（２）在做好的原始ＳｉＣ图形衬底上按常规方法生长常规结构的外延片，包括衬底、ＡｌＮ缓冲层、Ｎ型ＧａＮ层、ＭＱＷ层和Ｐ型ＧａＮ层；（３）在生长的外延片上表面Ｐ型ＧａＮ层上镀一层反光金属，将反光金属层键合在一个新的ＳｉＣ或者Ｓｉ衬底上；（４）将键合后的外延片放入到高温退火炉中，通过退火使外延片上的原始衬底脱落。本发明专利技术利用ＳｉＣ衬底与ＧａＮ的热膨胀系数不同，使用高温退火将原衬底剥离的方法，成功的实现了ＳｉＣ衬底的倒装和剥离，使出光率达到了９０％以上，解决了出光效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图形衬底退火剥离的SiC倒装LED的剥离方法，属于光电子技术 领域。
技术介绍
大功率LED由于芯片的功率密度很高，器件的设计者和制造者必须在结构和材料 等方面对器件的热系统进行优化设计。目前GaN基外延衬底材料有两大类一类是以日本 日亚化学为代表的蓝宝石；一类是美国CREE公司为代表的SiC衬底。传统的蓝宝石衬底 GaN芯片结构，电极刚好位于芯片的出光面。在这种结构中，小部分P-GaN层和"发光"层 被刻蚀，以便与下面的n-GaN层形成电接触。光从最上面的p_GaN层取出。p_GaN层有限 的电导率要求在P-GaN层表面再沉淀一层电流扩散的金属层。这个电流扩散层由Ni和Au 组成，会吸收部分光，从而降低芯片的出光效率。为了减少发射光的吸收，电流扩展层的厚 度应减少到几百纳米。厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在P-GaN层表面均勻和可靠 地扩散大电流的能力。因此这种P型接触结构制约了 LED芯片的工作功率。同时这种结构 pn结的热量通过蓝宝石衬底导出去，导热路径较长，由于蓝宝石的热导系数较金属低(为 35ff/mK)，因此，这种结构的LED芯片热阻会较大。此外，这种结构的ρ电极和引线也会挡住 部分光线，所以，这种正装LED芯片的器件功率、出光效率和热性能均不是最优的。1998年Lumileds公司封装出世界上第一个大功率LED(1W LUXOEN器件)，使LED 器件从以前的指示灯应用变成可以替代传统照明的新型固体光源，引发了人类历史上继白 炽灯专利技术以来的又一场照明革命。IW LUXOEN器件使LED的功率从几十毫瓦一跃超过1000 毫瓦，单个器件的光通量也从不到1个Im飞跃达到十几个lm。为了克服正装芯片的这些不足，Lumileds公司专利技术了倒装芯片(Flipchip)结构。 在这种结构中，光从蓝宝石衬底取出，不必从电流扩散层取出。由于不从电流扩散层出光， 这样不透光的电流扩散层可以加厚，增加Flipchip的电流密度。同时这种结构还可以将pn 结的热量直接通过金属凸点导给热导系数高的硅衬底(为145W/mK)，散热效果更优；而且 在pn结与ρ电极之间增加了一个反光层，又消除了电极和引线的挡光，因此这种结构具有 电、光、热等方面较优的特性。以GaN为代表的三族氮化物(AlN、GaN、InN、AlGaInN)由于具有优良的光电特性， 因而在蓝光、绿光、紫外发光二极管(LED)及高频、高温大功率电子器件中得到广泛应用。 由于缺乏晶格匹配的衬底，三族氮化物都是异质外延在其他材料上，常用的衬底有蓝宝石、 SiC(碳化硅)、Si (硅)、砷化镓、氧化锌等，常用的外延方法有金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)、分子束外延(MBE)和氢化物气相外延(HVPE)等。SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，目前还没有第三种衬底用于 GaN基LED的商业化生产。SiC衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见 光等，由于SiC衬底优异的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaN LED器件的散 热问题，故在半导体照明
占重要地位。但不足方面也很突出，如价格太高，晶体质量难以达到蓝宝石和Si那么好、机械加工性能比较差，另外，SiC衬底吸收380纳米以下的 紫外光，不适合用来研发380纳米以下的紫外LED。并且SiC衬底LED的正面出光效率非常 低。而SiC(碳化硅)是宽带隙半导体材料，与Si相比，它在应用中具有诸多优势。由 于具有较宽的带隙，SiC器件的工作温度可高达600°C，而Si器件的最高工作温度局限在 175°C。SiC器件的高温工作能力降低了对系统热预算的要求。此外，SiC器件还具有较高 的热导率、高击穿电场强度、高饱和漂移速率、高热稳定性和化学惰性，其击穿电场强度比 同类Si器件要高。在基于SiC或Si为衬底生产LED的过程中，由于SiC本身与GaN之间的晶格适配 相对较大，化学性质相差太大，导致他们之间不浸润，没法直接生长，目前比较流行的就是 在SiC和GaN之间插入一层晶格常数在他们之间的AlN作为缓冲层，再在上面生长GaN，会 有效的减小晶格适配带来的应力，以防外延片生长过程中出现裂纹。基于SiC或Si衬底 的LED结构自下至上包括SiC或Si衬底、AlN缓冲层、N型GaN层、MQW (多量子阱)和P型 GaN层。目前以SiC衬底生长GaN基的LED，都遇到了各种各样的问题，如可靠性不高、功 率偏低等。但是还有一个最致命的问题是，SiC衬底生长的LED，正面出光效率不到50%， SiC衬底本身就吸收光。所以以SiC作为衬底的LED光功率一直很低，但是通过倒装以后， 由于表面镀上了反光金属，让其全部从背面出光，这样子几乎让出光率达到了 90 %，解决了 出光效率低的问题。中国专利文献CN1700449公开了一种《一种湿法腐蚀蓝宝石图形衬底的方法》，采 用常规技术在蓝宝石上蒸镀二氧化硅掩膜层；利用光刻技术光刻条形二氧化硅掩膜图形； 用硫酸、或硫酸与磷酸的混合液作为腐蚀液湿法腐蚀该衬底；最后再用稀的氢氟酸溶液腐 蚀二氧化硅掩膜层，即可得到蓝宝石图形衬底。该方法采用直接形成图形的衬底生长外延 层，避免了采用二氧化硅层条纹衬底生长时对生长层的污染；与干法刻蚀相比湿法刻蚀有 利于保护衬底免受损伤和污染，降低成本。但是只是利用了湿法腐蚀蓝宝石衬底而得到蓝 宝石图形衬底，然后生长LED，这种方法现在已经非常普遍。中国专利文献CN101442010公开了一种《图形衬底上生长碳化硅厚膜的方法》， 该方法通过采用光刻技术在硅衬底上获得图形，掩模版图形为平行长条状或正方形台面或 它们的组合图形；然后在该图形化的硅衬底上采用化学气相沉积方法生长碳化硅厚膜。该 专利技术生长的碳化硅膜在垂直台面方向纵向生长的同时在窗口区域进行横向合并生长，可以 降低碳化硅外延层缺陷，提高外延碳化硅晶体质量。该方法着重介绍了采用光刻技术在硅 衬底上获得图形，只是很片面的介绍了图形衬底制作，和蓝宝石衬底的制作，而没有采用倒 装，更没有介绍SIC作为衬底生长LED。到目前，GaAs衬底和Al2O3(蓝宝石)衬底生长的LED使用倒装结构已经属于常 规操作，剥离原衬底有很成熟的技术，GaAs衬底倒装后，原衬底只用最简单的腐蚀就可以去 掉，A1203(蓝宝石)衬底可以使用激光剥离；但是SiC衬底却没有任何办法剥离下来，导致 SiC衬底的LED没法采用倒装结构。
技术实现思路
本专利技术针对现有基于SiC或Si为衬底生产LED存在的可靠性不高、功率偏低、正4面出光效率不到50%、SiC衬底的LED没法采用倒装结构等问题，提供一种能够提高发光强 度的退火剥离倒装SiC衬底GaN基LED的制作方法。本专利技术的退火剥离倒装SiC衬底GaN基LED的制作方法，包括以下步骤(1)制作原始SiC图形衬底在原始SiC衬底上蒸镀一层厚度为1500A-3000A的SiO2作为掩膜，在SiO2掩膜上 涂上光刻胶，在光刻胶上覆上预先刻制的图形掩膜版，将被图形掩膜版保护以外的地方曝 光，利用光刻机刻出所需要的掩膜图形；然后放入质量浓度0.5%-5%的氢氧化钠溶液中 10秒-60秒显影，经过光刻曝光的地方显影时光刻胶会脱掉，露出掩膜图形以外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种退火剥离倒装ＳｉＣ衬底ＧａＮ基ＬＥＤ的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）制作原始ＳｉＣ图形衬底在原始ＳｉＣ衬底上蒸镀一层厚度为１５００＊－３０００＊的ＳｉＯ↓［２］作为掩膜，在ＳｉＯ↓［２］掩膜上涂上光刻胶，在光刻胶上覆上预先刻制的图形掩膜版，将被图形掩膜版保护以外的地方曝光，利用光刻机刻出所需要的掩膜图形；然后放入质量浓度０．５％－５％的氢氧化钠溶液中１０秒－６０秒显影，经过光刻曝光的地方显影时光刻胶会脱掉，露出掩膜图形以外的纵横交错分布的ＳｉＯ↓［２］掩膜，用ＨＦ酸腐蚀掉露出的ＳｉＯ↓［２］掩膜，使这些地方暴露出ＳｉＣ衬底；然后用丙酮腐蚀掉掩膜图形上面的光刻胶，露出下面的ＳｉＯ↓［２］掩膜，利用掩膜图形下面露出的ＳｉＯ↓［２］掩膜，通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，在暴露出ＳｉＣ衬底的地方刻出２ｕｍ－４ｕｍ深的凹面，这样就在原始ＳｉＣ衬底表面刻蚀出纵横交错的沟道；刻蚀完毕后，放入ＨＦ酸１分钟－３分钟腐蚀掉掩膜图形下面露出的ＳｉＯ↓［２］掩膜，这时候衬底上就露出一个个小方柱，这就是制作的原始ＳｉＣ图形衬底；（２）生长外延片在做好的原始ＳｉＣ图形衬底上按常规方法生长常规结构的外延片，常规结构的外延片自下至上包括衬底、ＡｌＮ缓冲层、Ｎ型ＧａＮ层、多量子阱层和Ｐ型ＧａＮ层；（３）制作倒装外延片在生长的外延片上表面Ｐ型ＧａＮ层上镀一层反光金属Ａｌ或Ａｕ或Ａｇ，利用衬底键合机将Ａｌ、Ａｕ或Ａｇ反光金属层键合在一个新的ＳｉＣ或者Ｓｉ衬底上；（４）去掉原始衬底将键合后的外延片放入到高温退火炉中，在５分钟－３０分钟内使温度升到５００℃－８００℃，然后保温５分钟－１５分钟，取出后立即放入水温１５℃－３０℃度的水浴槽中０．５分钟－２分钟，然后拿出立即放入另外一个水温为０℃－１５℃的水浴槽中２分钟－５分钟，此时外延片上的原始衬底已经脱落。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德华，朱学亮，杨鑫沼，曲爽，李树强，王成新，徐现刚，
申请(专利权)人：山东华光光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]