[發明專利]復合基板、制造方法及基于該復合基板的LED垂直芯片結構

有效

• 申請號: 201310156462.8
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103249248A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 張景文;布恩輝;孟鸝;李奉南;宋繼東;候洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H05K1/03
• 分類號: H05K1/03;H05K3/00;H01L33/54;H01L33/64
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種復合基板，尤其是一種用于LED垂直芯片制造的復合基板及其制造方法以及基于該復合基板的LED垂直芯片結構。

背景技術

LED，是利用注入有源區的載流子自發輻射復合而發出光子，具有環保節能、使用壽命長、色域豐富等優點。因此，LED在照明、顯示屏、交通信號燈、景觀照明和LCD背光源等領域，有廣闊的應用前景。

LED只能將約20％左右的輸入功率轉化為光能，而其余80％轉化成了熱能。隨著功率的增大，散熱問題變得越來越突出。散熱不良會引起LED效率和性能下降，壽命降低。傳統的LED由于采用藍寶石做為襯底，而藍寶石導電導熱性能差，只能做成同側電極結構。這種結構的LED，由于散熱不良，并且有電流擁堵效應，限制了其在大功率LED中的應用。垂直芯片技術，相比傳統結構LED，具有發光面積大，導熱性能好，電流擁堵效應改善等優點，代表著未來LED芯片結構的發展趨勢。垂直芯片制備是將藍寶石襯底生長芯片p-GaN層鍵合在基板(CuW、Mo、SiC、Si)上，再激光剝離掉藍寶石襯底。LED垂直芯片鍵合基板的導熱性能，很大程度上影響著LED垂直芯片的散熱能力。因此，尋找更高導熱性能的基板，對于提高LED垂直芯片的散熱能力具有重大意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種復合基板、制造方法及基于該復合基板的LED垂直芯片結構，本發明將石墨烯轉移至基板，制備出基板+石墨烯復合基板具有更高的導熱能力。使本發明能夠有效提高基板的導熱能力。更高導熱系數的基板，能夠提高LED垂直芯片的散熱性能。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

本發明首先提出一種復合基板，其由基板和石墨烯按照由下至上的順序組成。

上述基板為CuW、Mo、SiC或Si基板。

上述基板厚度為100～400μm。

上述石墨烯的層數為1～10層。

本發明還提出一種LED垂直芯片制造的復合基板的制造方法，該方法用CVD法在銅箔上生長石墨烯，然后通過PDMS介質轉移至基板。

進一步，以上方法具體包括以下步驟：

(1)采用CVD法在銅箔上生長石墨烯：

1)將銅襯底放入熱壁爐中，通入H₂，加熱至1000℃，H₂流量為2sccm，爐內壓強40mTorr；

2)使銅襯底穩定在1000℃，通入CH₄，流量35sccm，爐內壓強500mTorr；

3)通入CH₄20分鐘后，爐子冷卻至室溫，冷卻速率100℃/min；

(2)旋涂PDMS：

將制作好的PDMS片的光滑面粘貼在石墨烯的表面，靜置除氣泡；

(3)用FeCl₃腐蝕掉銅基底：

將帶有PDMS的生長石墨烯的Cu基體放入FeCl₃溶液中；

(4)將石墨烯粘貼至基板上：

腐蝕完成后，帶有石墨烯的PDMS會漂浮在液面上，用水清洗PDMS片后，將其粘貼在基板上，靜置除氣泡后再揭下PDMS。

另外，本發明還提出一種上述復合基板的LED垂直芯片結構，該LED垂直芯片結構將LED芯片鍵合在所述復合基板的石墨烯層上。

所述LED芯片自下到上依次設有襯底、石墨烯層、ZnO納米墻/GaN、n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱及p-GaN。

本發明具有以下有益效果：

本發明所涉及的復合基板可用于LED垂直芯片制備中的鍵合基板，將藍寶石襯底生長的LED芯片鍵合在石墨烯層上。基于本發明復合基板的LED，不僅具有垂直結構LED的固有優點，并且相比現有基板制得的LED，具有更好的散熱性能。

本發明采用具有優良導電導熱及機械性能的基板，采用石墨烯導電，使其具有現存材料中最高的導熱系數(～5000w/mK)。并且為了提高基板的導熱系數，本發明在制備過程中，將石墨烯轉移至基板，制備出基板+石墨烯復合基板具有更高的導熱能力。

進一步的，以本發明基板選用的Mo為例，室溫下，用激光導熱儀測得Mo附著單層石墨烯導熱系數249W/m·K(Mo導熱系數為138W/m·K)，附著多層(2～10層)石墨烯導熱系數220W/m·K。證實了石墨烯的引入，可以提高基板的導熱能力。更高導熱系數的基板，可以提高LED垂直芯片的散熱性能。

附圖說明

圖1是石墨烯轉移至基板流程圖。