[发明专利]一种金刚石热沉GaN基LED的制作方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及LED散热技术领域，具体涉及一种金刚石热沉GaN基LED的制作方法。

【背景技术】

GaN基LED作为第四代照明光源，具有高效、使用寿命长、节能、环保等优点，成为国内外重点发展的战略性新兴产业。然而随着照明功率不断地提高，LED产生的热量将急剧升高，如果这些热量没有及时散发出去，LED内部因发热产生的高温将严重影响LED的寿命和照明性能，因此，散热成为LED照明技术领域一个亟待解决的关键性课题。

传统的解决LED散热的方法是采用倒装焊技术给LED外加铝或者铜散热基板，利用散热基板来导热，一方面由于倒装焊技术工艺比较复杂；另一方面由于铝(237W/m·K)和铜(400W/m·K)有限的热导率，很难满足大功率LED照明的散热需求。金刚石具有极高的热导率，IIa型天然单晶金刚石的室温热导率高达2000W/m·K，采用金刚石作热沉可以有效地解决LED的散热问题。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本发明目的在于提出一种金刚石热沉GaN基LED的制作方法，形成以金刚石衬底做热沉的GaN基LED，利用金刚石的高热导率来解决GaN基LED大功率照明散热问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金刚石热沉GaN基LED的制作方法，包括以下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上MOCVD生长GaN基LED外延材料；

(2)取一块Si(111)的晶片作为Si临时支撑材料，用粘合剂将所述Si临时支撑材料粘到所述GaN基LED外延材料上，形成蓝宝石/GaN基LED外延材料/Si的三层结构；

(3)用脉冲激光从蓝宝石一面扫描整个样品；加热所述蓝宝石/GaN基LED外延材料/Si三层结构去除蓝宝石衬底，得到GaN基LED外延材料/Si两层结构；

(4)刻蚀、抛光暴露的GaN基LED外延材料，抛光到纳米级表面粗糙度，为晶片键合做准备；同时取一块金刚石热沉片进行抛光；

(5)在所述暴露的GaN基LED外延材料和金刚石热沉片表面淀积一薄层键合粘合剂，将两部分紧密接触进行低温键合、固化得到金刚石/GaN基LED外延材料/Si三层结构；

(6)去除所述金刚石/GaN基LED外延材料/Si三层结构中的Si临时支撑材料(6)，得到金刚石/GaN基LED外延材料两层结构；

(7)ICP刻蚀金刚石/GaN基LED外延材料两层结构，进行器件隔离；

(8)制作器件电极。

进一步，所述步骤(1)具体如下：

(1.1)清洗蓝宝石衬底，用丙酮、去离子水各超声清洗2分钟；

(1.2)将蓝宝石衬底在1000℃的H₂气氛下进行烘烤，除去表面吸附杂质；

(1.3)以三甲基镓(TMGa)和氨气(NH₃)分别作为Ga源和N源，N₂和H₂作为载气，530℃下采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上低温生长50nm本征GaN缓冲层；

(1.4)接着以SiH₄为n型掺杂剂，三甲基镓(TMGa)和氨气(NH₃)作Ga源和N源MOCVD生长n-GaN层，掺杂浓度1×10¹⁸cm^-3；

(1.5)以三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)和氨气(NH₃)分别作为Ga源、In源和N源，N₂和H₂作为载气MOCVD交替生长GaN/InGaN多量子阱；

(1.6)以CP₂Mg为p型掺杂剂，三甲基镓(TMGa)和氨气(NH₃)作Ga源和N源MOCVD生长p-GaN层，掺杂浓度2×10¹⁷cm^-3，850℃退火激活杂质。

进一步，所述蓝宝石衬底厚度为500μm，本征GaN缓冲层厚度为50nm,n-GaN层厚度为2μm，10对GaN/InGaN量子阱，p-GaN层5厚度为0.2μm。

进一步，所述步骤中用波长248nm，脉冲宽度38ns的脉冲激光从蓝宝石一面扫描整个样品；加热衬底到Ga的熔点29℃以上去除蓝宝石衬底，得到所述GaN基LED外延材料/Si两层结构。

进一步，所述步骤(5)具体如下：

(5.1)用KOH：乙二醇按5:3配置的溶液去除本征GaN缓冲层，漏出n-GaN层；