[发明专利]一种退火剥离倒装SiC衬底GaN基LED的制作方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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层表面均匀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35W/mK)，因此，这种结构的LED芯片热阻会较大。此外，这种结构的p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发明以来的又一场照明革命。1W 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lm飞跃达到十几个lm。

为了克服正装芯片的这些不足，Lumileds公司发明了倒装芯片(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p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，故在半导体照明技术领域占重要地位。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℃，而Si器件的最高工作温度局限在175℃。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。