在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，包括下列步驟：在SiC襯底上生長LED外延片；制備出P面具有反射金屬膜的外延片，與新的襯底鍵合，形成倒裝結(jié)構(gòu)的LED外延片；采用機(jī)械研磨工藝將SiC襯底減??；在SiC襯底表面形成一層厚導(dǎo)光層，由此得到具有導(dǎo)光層的SiC襯底的GaN基LED。本發(fā)明簡單可靠、易于實(shí)現(xiàn)，可顯著提高SiC襯底LED器件的發(fā)光效率。
【專利說明】在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的 GaN基LED的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氮化鎵（GaN)基發(fā)光二極管（LED)由于具有優(yōu)良的光電性能，因而得到廣泛應(yīng)用。 GaN材料由于缺乏晶格完全匹配的襯底，基本上都是異質(zhì)外延在其他材料上，常見的襯底有 藍(lán)寶石、碳化硅（SiC)、硅（Si)等。
[0003] 對于GaN基的LED，SiC襯底的導(dǎo)熱性能要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上，散熱優(yōu)勢 明顯，且藍(lán)寶石與GaN的晶格失配度高達(dá)17%，而SiC的晶格失配度僅有4%左右，這使得 SiC襯底生長的GaN材料質(zhì)量相較于藍(lán)寶石襯底更有優(yōu)勢。
[0004] 但是SiC的折射率為2. 66, GaN的折射率為2. 3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于封裝樹脂的折射率 1. 53,存在較小的全反射臨界角，SiC與樹脂界面只有35度的出射角，大于臨界角的光線會 被重新反射回來，很大一部分光無法提取出來，如圖1所示，通過模擬計(jì)算，采用SiC襯底的 GaN基LED的出光率只有43%。
[0005] 為增加出光率，常用的方法是通過研磨掉SiC襯底并輔助ICP刻蝕法去掉SiC襯 底，或者通過在襯底和外延材料間插入犧牲層，采用濕法腐蝕掉SiC襯底，制備垂直結(jié)構(gòu)的 LED。由于干法刻蝕對外延層有損傷，且不好控制，濕法腐蝕時(shí)間過長，不利于大規(guī)模生產(chǎn)， 因此如何提高SiC襯底的GaN基LED的發(fā)光效率成為開發(fā)此類發(fā)光器件的一大難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了 一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED 的制造方法，能大幅度提高SiC襯底的GaN基LED的出光效率。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基 LED的制造方法，包括下列步驟：
[0008] 將GaN基LED的SiC襯底減?。?br> [0009] 在所述SiC襯底表面形成一層導(dǎo)光層，由此得到具有導(dǎo)光層的SiC襯底的GaN基 LED。
[0010] 其中，通過機(jī)械研磨工藝將SiC襯底減薄。
[0011] 其中，所述Sic襯底減薄后的厚度在1?200微米之間。
[0012] 其中，所述導(dǎo)光層的材料選自 Zn0、Al203、AlN、SiN、GaN、Ga0、Si02。
[0013] 其中，所述導(dǎo)光層用粘結(jié)劑粘合到SiC襯底上。
[0014] 其中，所述的粘結(jié)劑為S0G氧化物，折射率為1. 5?2. 5,透光率大于85%。
[0015] 其中，所述導(dǎo)光層通過HVPE、MOCVD、PECVD或LPCVD工藝生長在SiC襯底上。
[0016] 其中，在所述的將SiC襯底減薄的步驟之前，還包括下列步驟：
[0017] 在所述SiC襯底上生長LED外延片；
[0018] 利用ICP刻蝕臺面、PN電極金屬沉積、氧化硅絕緣層制備工藝，制備出P面具有反 射金屬膜的外延層，利用鍵合機(jī)將外延層與新的襯底鍵合，形成倒裝結(jié)構(gòu)的LED外延片。
[0019] 其中，所述在SiC襯底上生長的LED外延片自下而上依次包括：襯底、A1N緩沖層、 N型GaN層、多量子阱層、P型GaN層。
[0020] 其中，所述新的襯底為Si、SiC或金屬襯底。
[0021] 通過上述的技術(shù)方案可以明了，本發(fā)明的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED 的制造方法簡單可靠，無需干法刻蝕，不會造成GaN損傷，也無需濕法腐蝕，利用機(jī)械研磨 后加導(dǎo)光層即可，易大規(guī)模生產(chǎn)，可大幅度提高LED的出光效率。本發(fā)明通過在SiC襯底表 面形成一厚層中間折射率的導(dǎo)光層，從而增加了導(dǎo)光板上側(cè)壁的出光量。如圖2所示，采用 200微米厚度的ZnO導(dǎo)光層，GaN基LED的出光率可以提高到68%，相較于無導(dǎo)光層結(jié)構(gòu)的 GaN基LED，出光率提高了一半以上，大大提高了器件的發(fā)光效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為SiC襯底GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片的出光模擬圖；
[0023] 圖2為SiC襯底GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片在SiC襯底上形成200微米厚度的ZnO 導(dǎo)光層后的出光模擬圖；
[0024] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法 的流程圖；
[0025] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的通過在襯底表面涂覆一層粘結(jié)劑，將導(dǎo)光層粘合到 SiC襯底表而上的GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片的截而示意圖；
[0026] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的通過HVPE在SiC襯底表面上直接生長導(dǎo)光層的GaN 基倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片的截面示意圖。
[0027]【符號說明】
[0028] 11 SiC襯底， 12 A1N緩沖層和N型GaN層，
[0029] 13多量子阱層，14 P型GaN層，
[0030] 15 P 電極， 16 N 電極，
[0031] 17鍵合金屬， 18側(cè)壁保護(hù)介質(zhì)膜，
[0032] 19轉(zhuǎn)移襯底， 20粘結(jié)劑，
[0033] 21導(dǎo)光層。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 在本發(fā)明的示例性實(shí)施例1中，提供了一種利用粘結(jié)劑在GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED的 SiC襯底上形成導(dǎo)光層的方法。
[0037] 參見圖3、圖4,本實(shí)施例中在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法， 包括下列步驟：
[0038] 步驟A，在SiC襯底上按照常規(guī)方法生長LED外延片；例如，常規(guī)結(jié)構(gòu)的外延片包 括SiC襯底11、A1N緩沖層和N型GaN層12、多量子阱層13、P型GaN層14。
[0039] 步驟B，利用ICP刻蝕臺面、PN電極金屬沉積、氧化硅絕緣層制備等工藝，制備出 P面具有反射金屬膜的外延片，利用鍵合機(jī)將外延片與新的襯底鍵合，形成倒裝結(jié)構(gòu)的LED 外延片。器件管芯例如主要包括：P電極15、N電極16、鍵合金屬17、側(cè)壁保護(hù)介質(zhì)膜18、轉(zhuǎn) 移襯底19。
[0040] 步驟C，采用傳統(tǒng)的機(jī)械研磨工藝將SiC襯底減薄，研磨能較快大批量的去掉多余 襯底。相應(yīng)的減薄后厚度越薄越好，但減薄過薄對工藝要求會較高，典型的SiC襯底減薄后 厚度在1?200微米。
[0041] 步驟D，在SiC襯底表面形成一層厚導(dǎo)光層，形成導(dǎo)光層的方法為在SiC襯底表面 涂覆一層粘結(jié)劑20,粘結(jié)劑例如為S0G等氧化物，其折射率為1. 5?2. 5,透光率大于85%， 然后將導(dǎo)光層21粘合到SiC襯底表面，導(dǎo)光層例如可以為選自ZnO、A120 3、AIN、SiN、GaN、 Ga0、Si02等具有較高折射率與透光率的基板，導(dǎo)光層的厚度在50?1000微米之間，這樣就 得到了具有導(dǎo)光層的SiC襯底的GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED。
[0042] 本實(shí)施例中，具體的SiC襯底倒裝結(jié)構(gòu)LED的外延生長和器件形成工藝還是依照 傳統(tǒng)工藝進(jìn)行。利用高折射率、高透光率的粘結(jié)劑將導(dǎo)光層（片）直接粘貼到SiC襯底表 面，導(dǎo)光層（片）可以用拉晶、切割等成熟工藝制備，工藝簡單。由于增加了導(dǎo)光層的設(shè)計(jì)， 導(dǎo)光層的折射率又介于SiC襯底材料和娃膠材料之間，為從SiC襯底層射入導(dǎo)光層的光線 提供了四周側(cè)壁的出光通道，在一定范圍內(nèi)，隨著導(dǎo)光層厚度的增加，倒裝結(jié)構(gòu)LED管芯的 出光效率也隨著增加。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 在本發(fā)明的示例性實(shí)施例2中，提供了一種通過氫化物氣相外延法（HVPE)、金屬 有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀法（M0CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉淀法（PECVD)、低壓力化學(xué) 氣相沉淀法（LPCVD)等在GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED的SiC襯底上直接生長導(dǎo)光層的方法。
[0045] 參見圖3、圖5,本實(shí)施例的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法， 包括以下步驟：
[0046] 步驟A，在SiC襯底上按照常規(guī)方法生長LED外延片；例如，常規(guī)結(jié)構(gòu)的外延片包 括SiC襯底11、A1N緩沖層和N型GaN層12、多量子阱層13、P型GaN層14。
[0047] 步驟B，利用ICP刻蝕臺面、PN電極金屬沉積、氧化硅絕緣層制備等工藝，制備出 P面具有反射金屬膜的外延片，利用鍵合機(jī)將外延片與新的襯底鍵合，形成倒裝結(jié)構(gòu)的LED 外延片。器件管芯例如主要包括：P電極15、N電極16、鍵合金屬17、側(cè)壁保護(hù)介質(zhì)膜18、轉(zhuǎn) 移襯底19。
[0048] 步驟C，采用傳統(tǒng)的機(jī)械研磨工藝將SiC襯底減薄，研磨能較快大批量的去掉多余 襯底。相應(yīng)的減薄后厚度越薄越好，但減薄過薄對工藝要求會較高，典型的SiC襯底減薄后 厚度在1?200微米。
[0049] 步驟D，在SiC襯底表面形成一層厚導(dǎo)光層21，形成導(dǎo)光層的方法例如為通過 HVPE、MOCVD、PECVD、LPCVD等工藝在GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED的SiC襯底上直接生長導(dǎo)光層，導(dǎo) 光層例如可以為選自ZnO、A1 203、AIN、SiN、GaN、GaO、Si02等具有較高折射率與透光率的基 板，導(dǎo)光層的厚度在50?1000微米之間，這樣就得到了具有導(dǎo)光層的SiC襯底的GaN基倒 裝結(jié)構(gòu)LED。
[0050] 本實(shí)施例中，具體的SiC襯底倒裝結(jié)構(gòu)LED的外延生長和器件形成工藝還是依照 傳統(tǒng)工藝進(jìn)行。通過HVPE、MOCVD、PECVD、LPCVD等工藝在GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED的SiC襯底 上直接生長導(dǎo)光層。由于增加了導(dǎo)光層的設(shè)計(jì)，導(dǎo)光層的折射率又介于SiC襯底材料和娃 膠材料之間，為從SiC襯底層射入導(dǎo)光層的光線提供了四周側(cè)壁的出光通道，在一定范圍 內(nèi)，隨著導(dǎo)光層厚度的增加，倒裝結(jié)構(gòu)LED管芯的出光效率也隨著增加。
[0051] 本發(fā)明通過在SiC襯底表面形成一層中間折射率的厚導(dǎo)光層，從而增加了導(dǎo)光板 上側(cè)壁的出光量，如圖2所示，采用200微米厚度的ZnO導(dǎo)光層，GaN基LED的出光率可以 提高到68%，相較于無導(dǎo)光層結(jié)構(gòu)的GaN基LED，出光率提高了一半以上，大大提高了器件 的發(fā)光效率。至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明兩實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法來增加倒 裝結(jié)構(gòu)LED的出光效率的原理及效果有了清楚的認(rèn)識。
[0052] 此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、 形狀或方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地熟知地替換，例如：
[0053] (1)導(dǎo)光層例如可以為選自ZnO、A1203、AIN、SiN、GaN、GaO、Si0 2等具有較高折射 率且透光率較好的材料；
[0054] (2)導(dǎo)光層可以通過HVPE、M0CVD、PECVD、LPCVD等工藝直接在SiC襯底上生長形 成。
[0055] (3)工藝步驟、外延材料層數(shù)、外延材料組分，都遵循最普通的LED器件結(jié)構(gòu)和工 藝要求，可以調(diào)換順序及增減。
[0056] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方 法，該方法簡單可靠、易于實(shí)現(xiàn)，利用該方法可提高SiC襯底的GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED的發(fā)光 效率。
[0057] 以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，包括下列步驟： 將GaN基LED的SiC襯底減?。? 在所述SiC襯底表面形成一層導(dǎo)光層，由此得到具有導(dǎo)光層的SiC襯底的GaN基LED。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 通過機(jī)械研磨工藝將SiC襯底減薄。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述SiC襯底減薄后的厚度在1?200微米之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述導(dǎo)光層的材料選自 ZnO、A1203、AIN、SiN、GaN、GaO、Si02。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述導(dǎo)光層用粘結(jié)劑粘合到SiC襯底上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述的粘結(jié)劑為S0G氧化物，折射率為1. 5?2. 5,透光率大于85%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述導(dǎo)光層通過HVPE、MOCVD、PECVD或LPCVD工藝生長在SiC襯底上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 在所述的將SiC襯底減薄的步驟之前，還包括下列步驟： 在SiC襯底上生長LED外延片； 利用ICP刻蝕臺面、PN電極金屬沉積、氧化硅絕緣層制備工藝，制備出P面具有反射金 屬膜的外延層，利用鍵合機(jī)將外延層與新的襯底鍵合，形成倒裝結(jié)構(gòu)的LED外延片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述在SiC襯底上生長的LED外延片自下而上依次包括：襯底、A1N緩沖層、N型GaN層、多 量子阱層、P型GaN層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的在SiC襯底上形成有導(dǎo)光層的GaN基LED的制造方法，其中 所述新的襯底為Si、SiC或金屬襯底。
【文檔編號】H01L33/00GK104143593SQ201410337635
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】孔慶峰, 馬平, 紀(jì)攀峰, 盧鵬志, 楊華, 劉志強(qiáng), 伊?xí)匝? 王軍喜, 王國宏, 曾一平, 李晉閩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所