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硅衬底LED芯片主要制造工艺解析

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来源: 作者: 2018-10-29 10:22:52

硅衬底LED芯片主要制造工艺解析

导读:

蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因,对后期器件加工和应用带来很多不便,SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处,而价格相对便宜的Si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势。

1993年世界上第一只GaN基蓝色LED问世以来,LED制造技术的发展令人瞩目。目前国际上商品化的GaN基LED均是在蓝宝石衬底或SiC衬底上制造的。但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因,对后期器件加工和应用带来很多不便,SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处,而价格相对便宜的Si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势,因此Si衬底GaN基LED制造技术受到业界的普遍关注。  目前日本日亚公司垄断了蓝宝石衬底上GaN基LED专利技术,美国CREE公司垄断了SiC衬底上GaN基LED专利技术。因此,研发其他衬底上的GaN基LED生产技术成为国际上的一个热点。南昌大学与厦门华联电子有限公司合作承担了国家863计划项目基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术,经过近三年的研制开发,目前已通过科技部项目验收。  1、Si衬底LED芯片制造  1.1 技术路线  在Si衬底上生长GaN,制作LED蓝光芯片。  工艺流程:在Si衬底上生长AlN缓冲层生长n型GaN生长InGaN/GaN多量子阱发光层生长p型AIGaN层生长p型GaN层键合带Ag反光层并形成p型欧姆接触电极剥离衬底并去除缓冲层制作n型掺si层的欧姆接触电极合金钝化划片测试包装。  1.2 主要制造工艺  采用Thomas Swan CCS低压MOCVD系统在50 mm si(111)衬底上生长GaN基MQW结构。使用三甲基镓(TMGa)为Ga源、三甲基铝(TMAI)为Al源、三甲基铟(TMIn)为In源、氨气(NH3)为N源、硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别用作n型和p型掺杂剂。首先在Si(111)衬底上外延生长AlN缓冲层,然后依次生长n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、p型AlGaN层、p型GaN层,接着在p面制作Ag反射镜并形成p型欧姆接触,然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上,再用Si腐蚀液把Si衬底腐蚀去除并暴露n型GaN层,使用碱腐蚀液对n型面粗化后再形成n型欧姆接触,这样就完成了垂直结构LED芯片的制作。结构图见图1。图1 Si衬底GaN基LED芯片结构图  从结构图中看出,Si衬底芯片为倒装薄膜结构,从下至上依次为背面Au电极、Si基板、粘接金属、金属反射镜(p欧姆电极)、GaN外延层、粗化表面和Au电极。这种结构芯片电流垂直分布,衬底热导率高,可靠性高;发光层背面为金属反射镜,表面有粗化结构,取光效率高。

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