[发明专利]一种制作氮化镓基垂直结构LED金属衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属衬底的垂直结构LED器件的制作工艺，具体涉及GaN基垂直结构LED电镀金属衬底的制作方法。

背景技术

以GaN以及InGaN，AlGaN为主的III/V氮化物是近年来备受关注的半导体材料，其1.9-6.2eV连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等等特性，使其成为激光器、发光二极管等等光电子器件的最优选材料。

然而，由于GaN本身生长技术的限制，现今的大面积GaN材料大多生长在蓝宝石衬底上。虽然蓝宝石衬底上生长的GaN质量很高，应用也最广，可是由于蓝宝石的不导电，导致蓝宝石衬底的LED器件只能制作成P、N电极在同一平面内的侧向结构，这样的结构致使器件内电流拥挤现象严重，并且由于蓝宝石的差的导热特性，极大地限制了此结构LED的应用，尤其是在高功率领域。

近年来，随着激光剥离技术的发展，人们逐渐发明了将蓝宝石衬底去除，进而将GaN转移到高导热、高导电的金属或Si衬底上来制作垂直结构LED器件的方法。其中，将GaN薄膜转移到金属或Si衬底上有两种主要的手段：键合方法或者是电镀的方法。现今键合方法较为普遍，但大多键合衬底为Si衬底，由于金属与GaN相差较大的热膨胀系数而使得金属键合的发展一直处于停滞状态。电镀方法作为将GaN薄膜转移到高导热，高导电金属衬底上的主要方法得到了较多的发展。

然而，电镀方法仍然有很多的瓶颈困难需要克服，其中最主要的一个就是：由于激光剥离后，自由的GaN薄膜将释放出来本身由于在生长过程残存的热应力而产生一个翘曲度，而电镀的金属由于金属本身的性质，也会产生一个翘曲度，当两者不相匹配时，很容易造成电镀的金属衬底和GaN薄膜的分离，从而导致器件制作失败。所以，调节电镀金属的应力情况，就显得尤为重要。电镀中常用的调节应力的方法是通过调节电流、电镀溶液浓度等方法来调节电镀金属应力情况，然而这样调节是要以牺牲电镀金属的致密度等关键特性的前提下来实现的，对于垂直结构LED器件来说，对支撑衬底的自支撑能力，以及金属质量等要求较高，所以上述方法并不能直接作为垂直结构LED器件制作中的电镀工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在GaN基垂直结构LED上电镀金属衬底的方法，达到控制电镀金属内应力，实现电镀金属衬底翘曲度和GaN薄膜翘曲度相匹配的目的。

研究发现，不同的金属，其本征的内应力是不同的(在相同的电镀条件下进行比较)，这样，就为调节金属衬底应力情况提供了自由度。于是，本发明将电镀中常用的电流调节应力方法和金属本身材料应力特性不同的特点结合起来，应用多层金属交替来调节应力，以达到衬底和GaN薄膜应力匹配的目的。

具体的，本发明的技术方案如下：

一种制作GaN基垂直结构LED金属衬底的方法，采用两种或两种以上金属进行交替电镀，得到多层金属组成的金属衬底，所述金属中至少有一种张应力金属和一种压应力金属相搭配。

所述张应力金属例如Cu、Co、Pd等，压应力金属例如Ni、W等。采用哪几种金属进行搭配，每种金属电镀时的电流强度，每层金属的厚度等工艺条件视具体情况而定，可搭配的金属例如Cu和Ni，电镀电流例如0.1A～20A，每层金属的厚度例如1～100微米。本发明在具体实施时，通常是在GaN器件需电镀转移衬底的那一面，进行如下步骤：

(1)首先将样品放入第一金属电镀池，应用第一电流标准，电镀第一种金属至一定厚度，例如，用1A的电流标准，首先电镀金属Cu，至大约10微米厚；

(2)将样品放入第二金属电镀池，应用第二电流标准，电镀第二种金属至一定厚度，例如，用2A电流标准，电镀金属Ni，至大约20微米厚；

(3)将样品放回第一金属电镀池，或者放入第三金属电镀池，应用第三电流标准，电镀第一或第三种金属至一定厚度，例如，用3A电流标准，电镀金属Cu或其他金属，至大约30微米厚度。

如此往复，直至金属电镀至所需衬底厚度。

从本发明的基本原则出发，本领域的技术人员应当可以根据具体要求，选择出多种合适的金属进行搭配，交替电镀，并通过调节各金属层电镀的电流和厚度，就能达到控制电镀金属内应力，实现电镀金属衬底翘曲度和GaN薄膜翘曲度相匹配的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：第一，改善了电镀金属的致密度，多种金属合金更有助于调节垂直结构LED器件与衬底支撑度；第二：增强了电镀金属与GaN薄膜连接强度，改善了垂直结构LED器件的老化特性。

附图说明

图1是利用本发明的方法电镀Cu/Ni金属衬底的GaN基垂直结构LED器件照片。