[发明专利]在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，更具体地，涉及一种在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)由于具有优良的光电性能，因而得到广泛应用。GaN材料由于缺乏晶格完全匹配的衬底，基本上都是异质外延在其他材料上，常见的衬底有蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)等。

对于GaN基的LED，SiC衬底的导热性能要比蓝宝石衬底高出10倍以上，散热优势明显，且蓝宝石与GaN的晶格失配度高达17％，而SiC的晶格失配度仅有4％左右，这使得SiC衬底生长的GaN材料质量相较于蓝宝石衬底更有优势。

但是SiC的折射率为2.66，GaN的折射率为2.3，远远大于封装树脂的折射率1.53，存在较小的全反射临界角，SiC与树脂界面只有35度的出射角，大于临界角的光线会被重新反射回来，很大一部分光无法提取出来，如图1所示，通过模拟计算，采用SiC衬底的GaN基LED的出光率只有43％。

为增加出光率，常用的方法是通过研磨掉SiC衬底并辅助ICP刻蚀法去掉SiC衬底，或者通过在衬底和外延材料间插入牺牲层，采用湿法腐蚀掉SiC衬底，制备垂直结构的LED。由于干法刻蚀对外延层有损伤，且不好控制，湿法腐蚀时间过长，不利于大规模生产，因此如何提高SiC衬底的GaN基LED的发光效率成为开发此类发光器件的一大难点。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法，能大幅度提高SiC衬底的GaN基LED的出光效率。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法，包括下列步骤：

将GaN基LED的SiC衬底减薄；

在所述SiC衬底表面形成一层导光层，由此得到具有导光层的SiC衬底的GaN基LED。

其中，通过机械研磨工艺将SiC衬底减薄。

其中，所述SiC衬底减薄后的厚度在1～200微米之间。

其中，所述导光层的材料选自ZnO、Al₂O₃、AlN、SiN、GaN、GaO、SiO₂。

其中，所述导光层用粘结剂粘合到SiC衬底上。

其中，所述的粘结剂为SOG氧化物，折射率为1.5～2.5，透光率大于85％。

其中，所述导光层通过HVPE、MOCVD、PECVD或LPCVD工艺生长在SiC衬底上。

其中，在所述的将SiC衬底减薄的步骤之前，还包括下列步骤：

在所述SiC衬底上生长LED外延片；

利用ICP刻蚀台面、PN电极金属沉积、氧化硅绝缘层制备工艺，制备出P面具有反射金属膜的外延层，利用键合机将外延层与新的衬底键合，形成倒装结构的LED外延片。

其中，所述在SiC衬底上生长的LED外延片自下而上依次包括：衬底、AlN缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。

其中，所述新的衬底为Si、SiC或金属衬底。

通过上述的技术方案可以明了，本发明的在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法简单可靠，无需干法刻蚀，不会造成GaN损伤，也无需湿法腐蚀，利用机械研磨后加导光层即可，易大规模生产，可大幅度提高LED的出光效率。本发明通过在SiC衬底表面形成一厚层中间折射率的导光层，从而增加了导光板上侧壁的出光量。如图2所示，采用200微米厚度的ZnO导光层，GaN基LED的出光率可以提高到68％，相较于无导光层结构的GaN基LED，出光率提高了一半以上，大大提高了器件的发光效率。

附图说明

图1为SiC衬底GaN基倒装结构LED芯片的出光模拟图；

图2为SiC衬底GaN基倒装结构LED芯片在SiC衬底上形成200微米厚度的ZnO导光层后的出光模拟图；

图3为根据本发明实施例的在SiC衬底上形成有导光层的GaN基LED的制造方法的流程图；

图4为根据本发明实施例1的通过在衬底表面涂覆一层粘结剂，将导光层粘合到SiC衬底表而上的GaN基倒装结构LED芯片的截而示意图；

图5为根据本发明实施例2的通过HVPE在SiC衬底表面上直接生长导光层的GaN基倒装结构LED芯片的截面示意图。

【符号说明】

11  SiC衬底，     12  AlN缓冲层和N型GaN层，