[发明专利]基于平面键合及暂时性基底转移技术的薄膜GaN LED制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜GaN发光二极管的制备方法，特别是涉及一种基于平面键合及暂时性基底转移技术的薄膜GaN LED制备方法。

背景技术

目前大多数的GaN基外延主要是生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性能差，普通的GaN基发光器件采用横向结构，即两个电极在器件的同一侧，电流在N-GaN层中横向流动不等的距离，存在电流堵塞，产生热量；另外，蓝宝石衬底的导热性能低，因此限制了GaN基器件的发光功率及效率。将蓝宝石衬底去除将发光器件做成垂直结构可以有效解决散热、出光以及抗静电等问题，目前，较受推崇的当属采用准分子激光剥离蓝宝石衬底(LLO，Laser Lift-off)的方法。但成品率低却一直是制约激光剥离蓝宝石衬底技术制造薄膜GaN LED产业化的瓶颈。在激光剥离蓝宝石衬底之前，首先必须将GaN外延膜接合到具有高导热导电性能的支撑基底上；为减少激光剥离过程外延的破裂，普遍的做法是在接合到支撑基底前先按一定的间隔去除GaN基外延层；由于分离的单元器件之间存在空隙不利于与支撑基底的接合，因此常常采用以各种材料对空隙进行填充。即在激光剥离前通常采用先分离单元器件后填充空隙再接合到支撑基底上的制造方法，其结果是：一方面由于接合界面表面不够平整导致GaN单元发光器件与支撑基底接合不够紧密，激光剥离过程GaN外延膜容易脱离支撑基底；另一方面填充后通常仍存在细微空隙，空隙中存在的空气由于强烈的激光能而膨胀，在器件中容易产生裂缝；特别是在大面积激光剥离蓝宝石衬底的情形，激光剥离后的器件成品率非常低。

发明内容

为解决上述GaN外延膜表面不平整导致与支撑部件结合力差的问题及存在空隙导致裂缝产生的问题，以提高大面积激光剥离去除蓝宝石衬底的成品率，本发明旨在提出一种基于平面键合及暂时性基底转移技术的薄膜GaN LED制备方法。

本发明的解决上述问题采用的技术方案为一种基于平面键合及暂时性基底转移技术的薄膜GaN LED制备方法，其制备步骤如下：

1)在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料是由n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层构成的GaN基外延膜；

2)在p型GaN基半导体层上顺序沉积p金属及反射金属膜、多层金属膜；在多层金属膜上沉积共晶焊料层；

3)采用共晶键合方式将GaN基外延膜接合到永久性支撑基底上；

4)对永久性支撑基底及与之接合的GaN基外延膜进行周期性切割处理，分离单元器件；在各单元器件的永久性支撑基底底部沉积欧姆接触金属；

5)通过感光性树脂将各单元器件连接到暂时性支撑基底上；

6)采用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除；

7)在n型GaN基半导体层上沉积n金属层；

8)将上述连接到暂时性支撑基底上的单元器件粘贴到翻晶膜上；

9)采用紫外光照射感光性树脂，去除暂时性支撑基底。

本发明中：GaN基蓝光LED发光材料是通过金属有机气相化学沉淀法形成；反射金属膜材料选自Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd和Rh组成族群中的物质所形成的合金；共晶焊料层选自AuSn、Sn、AuGe或AuSi；永久性支撑基底材料选自GaAs、Ge或Si；共晶键合温度是200～500℃，共晶键合压力是1000～20000N；暂时性支撑基底选自玻璃或石英；感光性树脂选自感光性聚酰亚胺树脂、感光性苯并环丁烯树脂或感光性环氧树脂；采用248nm KrF准分子激光，激光能量密度400～1200mJ/cm²。

本发明的有益效果是：采用先平面键合到支撑基底上再分离单元器件的方式，即先实现GaN LED与支撑基底的无间隙接合，再实现各单元GaN LED器件之间的绝对分离，最大程度地降低了激光剥离过程裂缝的产生及裂缝的延伸，保证了大面积激光剥离蓝宝石衬底的高成品率，其间借暂时性基底以进行薄膜GaN LED的制造。

附图说明

图1a至图1j是本发明薄膜GaN LED制造准备过程的截面示意图。附图中部件说明如下：

100：蓝宝石衬底；     110：GaN基外延膜；   120：p金属及反射金属膜；

130：多层金属膜；     140：共晶焊料层；    150：n金属层；

200：永久性支撑基底； 210：基底接触金属；  300：暂时性支撑基底

310：感光性树脂；     400：翻晶膜

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。