一種金剛石熱沉GaN基異側電極LED制作方法與流程
本發明屬于LED散熱技術領域，具體涉及一種金剛石熱沉GaN基異側電極LED制作方法。
背景技術：
GaN基LED作為第四代照明光源，具有高效、使用壽命長、節能、環保等優點，成為國內外重點發展的戰略性新興產業。然而隨著照明功率不斷地提高，LED產生的熱量將急劇升高，如果這些熱量沒有及時散發出去，LED內部因發熱產生的高溫將嚴重影響LED的壽命和照明性能，因此，散熱成為LED照明技術領域一個亟待解決的關鍵性課題。
傳統的解決LED散熱的方法是采用倒裝焊技術給同側電極LED外加鋁或者銅散熱基板，利用散熱基板來導熱，一方面由于倒裝焊技術工藝比較復雜；另一方面由于鋁(237W/m·K)和銅(400W/m·K)有限的熱導率，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率，IIa型天然單晶金剛石的室溫熱導率高達2000W/m·K，采用金剛石作熱沉可以有效地解決LED的散熱問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，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基異側電極LED，利用金剛石的高熱導率來解決GaN基LED大功率照明散熱問題。
本發明采用以下技術方案：
一種金剛石熱沉GaN基異側電極LED制作方法，包括以下步驟：
S1：在藍寶石襯底上MOCVD生長GaN基LED外延材料；
S2：ICP刻蝕步驟S1所述藍寶石襯底GaN基LED外延材料，進行器件隔離；
S3：對步驟S2所述藍寶石襯底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行金屬鍵合；
S6：采用激光剝離技術對步驟S5所述藍寶石襯底進行剝離；
S7：對步驟S6所述藍寶石襯底進行磁控濺射n型接觸金屬。
進一步的，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分鐘對所述藍寶石襯底進行清洗；
S12：將所述藍寶石襯底在900～1000℃的H2氣氛下進行烘烤；
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技術在藍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。
進一步的，所述外延材料制備完成后，進行隔離槽刻蝕，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側墻。
進一步的，所述步驟S3具體為：刻蝕、拋光所述藍寶石襯底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寶石襯底GaN基LED外延材料各2～3分鐘，氮氣吹干，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。
進一步的，所述步驟S5具體為：鍵合時間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樣品，加熱所述藍寶石/GaN基LED外延材料/Si三層結構去除所述藍寶石襯底。
進一步的，加熱所述藍寶石襯底到Ga的熔點29℃以上。
進一步的，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。
與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
本發明一種金剛石熱沉GaN基異側電極LED制作方法方法采用高熱導率的金剛石做熱沉，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，有效避免了傳統的高溫鍵合對LED性能的影響；藍寶石襯底激光剝離過程中，工藝簡單。
進一步的，所述藍寶石襯底激光剝離過程中，不需要臨時支撐材料，工藝簡單。
進一步的，電極位于LED的異側，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。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
圖1為實施例1藍寶石襯底GaN基LED外延材料剖面圖；
圖2為實施例1隔離槽ICP干法刻示意圖；
圖3為實施例1隔離槽剖面圖；
圖4為實施例1PECVD SiO2鈍化層示意圖；
圖5為實施例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為實施例2金剛石熱沉表面電子束蒸發鍵合金屬示意圖；
圖7為實施例2藍寶石襯底GaN基LED外延材料與金剛石熱沉金屬鍵合示意圖；
圖8為實施例3激光剝離藍寶石襯底；
圖9為實施例3磁控濺射n型電極金屬示意圖。
其中：1.藍寶石襯底；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。
【具體實施方式】
一種金剛石熱沉GaN基異側電極LED制作方法，包括以下步驟：
S1：在藍寶石襯底1上MOCVD生長GaN基LED外延材料；
請參閱圖1所示，所述藍寶石襯底GaN基LED外延材料具體為，藍寶石襯底(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，藍寶石襯底上外延生長GaN基LED外延材料后進行隔離槽刻蝕，包括以下步驟：
S11：藍寶石襯底清洗，丙酮、去離子水超聲各2～3分鐘。
S12：將藍寶石襯底在900～1000℃的H2氣氛下進行烘烤，除去表面吸附雜質。
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技術在藍寶石襯底上低溫生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。
S17：PECVD淀積SiO2，厚度1.5μm。
S2：ICP刻蝕步驟S1所述藍寶石襯底GaN基LED外延材料，進行器件隔離；
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側墻，防止側墻漏電流(如圖4所示)。
S3：對步驟S2所述藍寶石襯底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，氮氣吹干，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)，鍵合時間30min，鍵合溫度250～300℃，施加壓力300N。
S6：采用激光剝離技術對步驟S5所述藍寶石襯底進行剝離；
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。實施例3主要用來完成藍寶石襯底的剝離，包括以下步驟：
(1)用一束波長248～480nm,脈沖寬度38ns KrF脈沖激光從藍寶石一面掃描整個樣品；激光脈沖的能量密度可以由一個焦距40cm的石英透鏡來調節(圖8)。
(2)加熱所述藍寶石/GaN基LED外延材料/Si三層結構(加熱襯底到Ga的熔點29℃以上)去除藍寶石襯底(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。
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