[發明專利]一種SiC襯底GaN基LED的濕法腐蝕剝離方法

有效

• 申請號: 201010111937.8
• 申請日: 2010-02-23
• 公開（公告）號: CN101794849A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 吳德華;朱學亮;李樹強;王成新;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種SiC襯底GaN基LED的濕法腐蝕剝離的剝離方法，屬于光電子技術領域。

背景技術

1998年Lumileds公司封裝出世界上第一個大功率LED(1W?LUXOEN器件)，使LED器件從以前的指示燈應用變成可以替代傳統照明的新型固體光源，引發了人類歷史上繼白熾燈發明以來的又一場照明革命。1WLUXOEN器件使LED的功率從幾十毫瓦一躍超過1000毫瓦，單個器件的光通量也從不到1個lm飛躍達到十幾個lm。

大功率LED由于芯片的功率密度很高，器件的設計者和制造者必須在結構和材料等方面對器件的熱系統進行優化設計。目前GaN基外延襯底材料有兩大類：一類是以日本日亞化學為代表的藍寶石；一類是美國CREE公司為代表的SiC襯底。傳統的藍寶石襯底GaN芯片結構，電極剛好位于芯片的出光面。在這種結構中，小部分p-GaN層和″發光″層被刻蝕，以便與下面的n-GaN層形成電接觸。光從最上面的p-GaN層取出。p-GaN層有限的電導率要求在p-GaN層表面再沉淀一層電流擴散的金屬層。這個電流擴散層由Ni和Au組成，會吸收部分光，從而降低芯片的出光效率。為了減少發射光的吸收，電流擴展層的厚度應減少到幾百納米。厚度的減少反過來又限制了電流擴散層在p-GaN層表面均勻和可靠地擴散大電流的能力。因此這種p型接觸結構制約了LED芯片的工作功率。同時這種結構pn結的熱量通過藍寶石襯底導出去，導熱路徑較長，由于藍寶石的熱導系數較金屬低(為35W/mK)，因此，這種結構的LED芯片熱阻會較大。此外，這種結構的p電極和引線也會擋住部分光線，所以，這種正裝LED芯片的器件功率、出光效率和熱性能均不可能是最優的。

為了克服正裝芯片的這些不足，Lumileds公司發明了倒裝芯片(Flipchip)結構。在這種結構中，光從藍寶石襯底取出，不必從電流擴散層取出。由于不從電流擴散層出光，這樣不透光的電流擴散層可以加厚，增加Flipchip的電流密度。同時這種結構還可以將pn結的熱量直接通過金屬凸點導給熱導系數高的硅襯底(為145W/mK)，散熱效果更優；而且在pn結與p電極之間增加了一個反光層，又消除了電極和引線的擋光，因此這種結構具有電、光、熱等方面較優的特性。

以GaN為代表的三族氮化物(AlN、GaN、InN、AlGaInN)由于具有優良的光電特性，因而在藍光、綠光、紫外發光二極管(LED)及高頻、高溫大功率電子器件中得到廣泛應用。由于缺乏晶格匹配的襯底，三族氮化物都是異質外延在其他材料上，常用的襯底有藍寶石、SiC(碳化硅)、Si(硅)、砷化鎵、氧化鋅等，常用的外延方法有金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)和氫化物氣相外延(HVPE)等。

而SiC(碳化硅)是寬帶隙半導體材料，與Si相比，它在應用中具有諸多優勢。由于具有較寬的帶隙，SiC器件的工作溫度可高達600℃，而Si器件的最高工作溫度局限在175℃。SiC器件的高溫工作能力降低了對系統熱預算的要求。此外，SiC器件還具有較高的熱導率、高擊穿電場強度、高飽和漂移速率、高熱穩定性和化學惰性，其擊穿電場強度比同類Si器件要高。

SiC作為襯底材料應用的廣泛程度僅次于藍寶石，目前還沒有第三種襯底用于GaN基LED的商業化生產。SiC襯底有化學穩定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見光等，由于SiC襯底優異的導電性能和導熱性能，可以較好地解決功率型GaN?LED器件的散熱問題，故在半導體照明技術領域占重要地位。但不足方面也很突出，如價格太高，晶體質量難以達到藍寶石和Si那么好、機械加工性能比較差，另外，SiC襯底吸收380納米以下的紫外光，不適合用來研發380納米以下的紫外LED。并且SiC襯底LED的正面出光效率非常低。

在基于SiC或Si為襯底生產LED的過程中，由于SiC本身與GaN之間的晶格適配相對較大，化學性質相差太大，導致他們之間不浸潤，沒法直接生長，目前比較流行的就是在SiC和GaN之間插入一層晶格常數在他們之間的AlN作為緩沖層，再在上面生長GaN，會有效的減小晶格適配帶來的應力，以防外延片生長過程中出現裂紋?；赟iC或Si襯底的LED結構自下至上包括SiC或Si襯底、AlN緩沖層、N型GaN層、MQW(多量子阱)和P型GaN層。目前以SiC襯底生長GaN基的LED，都遇到了各種各樣的問題，如：可靠性不高、功率偏低等。