專利名稱：一種制作氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)led金屬襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬襯底的垂直結(jié)構(gòu)LED器件的制作工藝，具體涉及GaN基垂直結(jié)構(gòu) LED電鍍金屬襯底的制作方法。
背景技術(shù)：
以GaN以及InGaN， AlGaN為主的III/V氮化物是近年來備受關(guān)注的半導(dǎo)體材料， 其1.9-6. 2eV連續(xù)可變的直接帶隙，優(yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，高飽和電子遷移率等等特 性，使其成為激光器、發(fā)光二極管等等光電子器件的最優(yōu)選材料。 然而，由于GaN本身生長技術(shù)的限制，現(xiàn)今的大面積GaN材料大多生長在藍寶石襯 底上。雖然藍寶石襯底上生長的GaN質(zhì)量很高，應(yīng)用也最廣，可是由于藍寶石的不導(dǎo)電，導(dǎo) 致藍寶石襯底的LED器件只能制作成P、 N電極在同一平面內(nèi)的側(cè)向結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)致使 器件內(nèi)電流擁擠現(xiàn)象嚴重，并且由于藍寶石的差的導(dǎo)熱特性，極大地限制了此結(jié)構(gòu)LED的 應(yīng)用，尤其是在高功率領(lǐng)域。 近年來，隨著激光剝離技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)明了將藍寶石襯底去除，進而將 GaN轉(zhuǎn)移到高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電的金屬或Si襯底上來制作垂直結(jié)構(gòu)LED器件的方法。其中，將 GaN薄膜轉(zhuǎn)移到金屬或Si襯底上有兩種主要的手段鍵合方法或者是電鍍的方法。現(xiàn)今鍵 合方法較為普遍，但大多鍵合襯底為Si襯底，由于金屬與GaN相差較大的熱膨脹系數(shù)而使 得金屬鍵合的發(fā)展一直處于停滯狀態(tài)。電鍍方法作為將GaN薄膜轉(zhuǎn)移到高導(dǎo)熱，高導(dǎo)電金 屬襯底上的主要方法得到了較多的發(fā)展。 然而，電鍍方法仍然有很多的瓶頸困難需要克服，其中最主要的一個就是由于激 光剝離后，自由的GaN薄膜將釋放出來本身由于在生長過程殘存的熱應(yīng)力而產(chǎn)生一個翹曲 度，而電鍍的金屬由于金屬本身的性質(zhì)，也會產(chǎn)生一個翹曲度，當(dāng)兩者不相匹配時，很容易 造成電鍍的金屬襯底和GaN薄膜的分離，從而導(dǎo)致器件制作失敗。所以，調(diào)節(jié)電鍍金屬的應(yīng) 力情況，就顯得尤為重要。電鍍中常用的調(diào)節(jié)應(yīng)力的方法是通過調(diào)節(jié)電流、電鍍?nèi)芤簼舛鹊?方法來調(diào)節(jié)電鍍金屬應(yīng)力情況，然而這樣調(diào)節(jié)是要以犧牲電鍍金屬的致密度等關(guān)鍵特性的 前提下來實現(xiàn)的，對于垂直結(jié)構(gòu)LED器件來說，對支撐襯底的自支撐能力，以及金屬質(zhì)量等 要求較高，所以上述方法并不能直接作為垂直結(jié)構(gòu)LED器件制作中的電鍍工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED上電鍍金屬襯底的方法，達到
控制電鍍金屬內(nèi)應(yīng)力，實現(xiàn)電鍍金屬襯底翹曲度和GaN薄膜翹曲度相匹配的目的。 研究發(fā)現(xiàn)，不同的金屬，其本征的內(nèi)應(yīng)力是不同的(在相同的電鍍條件下進行比
較)，這樣，就為調(diào)節(jié)金屬襯底應(yīng)力情況提供了自由度。于是，本發(fā)明將電鍍中常用的電流
調(diào)節(jié)應(yīng)力方法和金屬本身材料應(yīng)力特性不同的特點結(jié)合起來，應(yīng)用多層金屬交替來調(diào)節(jié)應(yīng)
力，以達到襯底和GaN薄膜應(yīng)力匹配的目的。 具體的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
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—種制作GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED金屬襯底的方法，采用兩種或兩種以上金屬進行交 替電鍍，得到多層金屬組成的金屬襯底，所述金屬中至少有一種張應(yīng)力金屬和一種壓應(yīng)力 金屬相搭配。 所述張應(yīng)力金屬例如Cu、Co、Pd等，壓應(yīng)力金屬例如Ni、W等。采用哪幾種金屬進 行搭配，每種金屬電鍍時的電流強度，每層金屬的厚度等工藝條件視具體情況而定，可搭配 的金屬例如Cu和Ni，電鍍電流例如0. 1A 20A，每層金屬的厚度例如1 100微米。本發(fā) 明在具體實施時，通常是在GaN器件需電鍍轉(zhuǎn)移襯底的那一面，進行如下步驟
(1)首先將樣品放入第一金屬電鍍池，應(yīng)用第一電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍第一種金屬至一定 厚度，例如，用1A的電流標(biāo)準(zhǔn)，首先電鍍金屬Cu，至大約10微米厚； (2)將樣品放入第二金屬電鍍池，應(yīng)用第二電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍第二種金屬至一定厚 度，例如，用2A電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍金屬Ni，至大約20微米厚； (3)將樣品放回第一金屬電鍍池，或者放入第三金屬電鍍池，應(yīng)用第三電流標(biāo)準(zhǔn)， 電鍍第一或第三種金屬至一定厚度，例如，用3A電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍金屬Cu或其他金屬，至大約 30微米厚度。 如此往復(fù)，直至金屬電鍍至所需襯底厚度。 從本發(fā)明的基本原則出發(fā)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以根據(jù)具體要求，選擇出多
種合適的金屬進行搭配，交替電鍍，并通過調(diào)節(jié)各金屬層電鍍的電流和厚度，就能達到控制
電鍍金屬內(nèi)應(yīng)力，實現(xiàn)電鍍金屬襯底翹曲度和GaN薄膜翹曲度相匹配的目的。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為第一，改善了電鍍金屬的致密度，多種金
屬合金更有助于調(diào)節(jié)垂直結(jié)構(gòu)LED器件與襯底支撐度；第二 增強了電鍍金屬與GaN薄膜
連接強度，改善了垂直結(jié)構(gòu)LED器件的老化特性。


圖1是利用本發(fā)明的方法電鍍Cu/Ni金屬襯底的GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED器件照片。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步詳細描述本發(fā)明。 實施例一 通過下列步驟將一 GaN樣品轉(zhuǎn)移到Cu/Ni金屬襯底上 (1)準(zhǔn)備兩種本技術(shù)領(lǐng)域人員熟知的標(biāo)準(zhǔn)鍍液鍍銅液和鍍鎳液； (2)將樣品首先浸泡到鍍銅液中，使用1A的電流，電鍍l個小時，鍍層厚度為10微
米； (3)將樣品取出放入鍍鎳液中，使用1A的電流，電鍍1個小時，鍍層厚度為IO微 米； (4)再將樣品取出放入鍍銅液中，使用2A的電流，電鍍2小時，鍍層厚度為30微 米； (5)將樣品取出放入鍍鎳液中，使用2A的電流，電鍍2個小時，鍍層厚度為30微 米； (6)再將樣品取出放入鍍銅液中，使用4A的電流，電鍍2小時，鍍層厚度為50微米； (7)再將樣品取出放入鍍鎳液中，使用4A的電流，電鍍2小時，鍍層厚度為50微 米。 取出樣品，電鍍結(jié)束，電鍍結(jié)果可以有效改善應(yīng)力，電鍍層明顯的不再翹曲，見附 圖1，圖中樣品面積3cm2。 盡管通過實施例對本發(fā)明進行了描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的公開并不能解釋作 對本發(fā)明的限制。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，上述公開使得各種變換和修改都是顯而易見 的。因此，在本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)，所附權(quán)利要求書應(yīng)解釋為涵蓋了所有的變換和修 改。
權(quán)利要求
一種制作GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED金屬襯底的方法，采用兩種或兩種以上金屬進行交替電鍍，得到多層金屬組成的金屬襯底，所述金屬中至少有一種張應(yīng)力金屬和一種壓應(yīng)力金屬相搭配。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述張應(yīng)力金屬選自Cu、 Co和Pd。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓應(yīng)力金屬選自Ni和W。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用Cu和Ni進行交替電鍍。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電鍍時電流為0. 1A 20A。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每層金屬的厚度在1 100微米范圍內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1) 將樣品放入第一金屬電鍍池，應(yīng)用第一電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍第一種金屬至一定厚度；2) 將樣品放入第二金屬電鍍池，應(yīng)用第二電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍第二種金屬至一定厚度；3) 將樣品放回第一金屬電鍍池，或者放入第三金屬電鍍池，應(yīng)用第三電流標(biāo)準(zhǔn)，電鍍第 一或第三種金屬至一定厚度；如此往復(fù)，電鍍至所需金屬襯底厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED金屬襯底的方法，采用兩種或兩種以上金屬進行交替電鍍，得到多層金屬組成的金屬襯底，其中至少有一種張應(yīng)力金屬和一種壓應(yīng)力金屬相搭配。本發(fā)明將電鍍中常用的電流調(diào)節(jié)應(yīng)力方法和金屬本身材料應(yīng)力特性不同的特點結(jié)合起來，應(yīng)用多種金屬進行搭配，交替電鍍，并通過調(diào)節(jié)各金屬層電鍍的電流和厚度，達到控制電鍍金屬內(nèi)應(yīng)力，實現(xiàn)電鍍金屬襯底翹曲度和GaN薄膜翹曲度相匹配的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改善了電鍍金屬的致密度，有助于調(diào)節(jié)襯底支撐度；而且增強了電鍍金屬與GaN薄膜連接強度，改善了垂直結(jié)構(gòu)LED器件的老化特性。
文檔編號C25D5/10GK101736374SQ20081022657
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者孫永健, 張國義, 朱廣敏, 潘堯波, 郝茂盛, 陳志忠, 齊勝利, 龍浩 申請人:北京大學(xué);上海藍光科技有限公司