CN103249248B

CN103249248B - 复合基板、制造方法及基于该复合基板的led垂直芯片结构

Info

Publication number: CN103249248B
Application number: CN201310156462.8A
Authority: CN
Inventors: 张景文; 布恩辉; 孟鹂; 李奉南; 宋继东; 候洵
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-04-28
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-04-28
Also published as: CN103249248A

Abstract

本发明公开了一种复合基板、制造方法及基于该复合基板的LED垂直芯片结构，所述复合基板其结构由下至上依次为基板、石墨烯。基板为LED垂直芯片中常用基板：CuW、SiC、Si、Mo等。此复合基板，可作为LED垂直芯片制造中键合基板，将LED芯片键合在石墨烯层上。采用此复合基板的LED，相比常用基板(CuW、SiC、Si)，具有更加优异的散热性能。另外，本发明将LED芯片键合在所述复合基板的石墨烯层上，组成LED垂直芯片结构，其散热性能能够得到有效提高。

Description

复合基板、制造方法及基于该复合基板的LED垂直芯片结构

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种复合基板，尤其是一种用于LED垂直芯片制造的复合基板及其制造方法以及基于该复合基板的LED垂直芯片结构。

背景技术

LED，是利用注入有源区的载流子自发辐射复合而发出光子，具有环保节能、使用寿命长、色域丰富等优点。因此，LED在照明、显示屏、交通信号灯、景观照明和LCD背光源等领域，有广阔的应用前景。

LED只能将约20％左右的输入功率转化为光能，而其余80％转化成了热能。随着功率的增大，散热问题变得越来越突出。散热不良会引起LED效率和性能下降，寿命降低。传统的LED由于采用蓝宝石做为衬底，而蓝宝石导电导热性能差，只能做成同侧电极结构。这种结构的LED，由于散热不良，并且有电流拥堵效应，限制了其在大功率LED中的应用。垂直芯片技术，相比传统结构LED，具有发光面积大，导热性能好，电流拥堵效应改善等优点，代表着未来LED芯片结构的发展趋势。垂直芯片制备是将蓝宝石衬底生长芯片p-GaN层键合在基板(CuW、Mo、SiC、Si)上，再激光剥离掉蓝宝石衬底。LED垂直芯片键合基板的导热性能，很大程度上影响着LED垂直芯片的散热能力。因此，寻找更高导热性能的基板，对于提高LED垂直芯片的散热能力具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种复合基板、制造方法及基于该复合基板的LED垂直芯片结构，本发明将石墨烯转移至基板，制备出基板+石墨烯复合基板具有更高的导热能力。使本发明能够有效提高基板的导热能力。更高导热系数的基板，能够提高LED垂直芯片的散热性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

本发明首先提出一种复合基板，其由基板和石墨烯按照由下至上的顺序组成。

上述基板为CuW、Mo、SiC或Si基板。

上述基板厚度为100～400μm。

上述石墨烯的层数为1～10层。

本发明还提出一种LED垂直芯片制造的复合基板的制造方法，该方法用CVD法在铜箔上生长石墨烯，然后通过PDMS介质转移至基板。

进一步，以上方法具体包括以下步骤：

(1)采用CVD法在铜箔上生长石墨烯：

1)将铜衬底放入热壁炉中，通入H₂，加热至1000℃，H₂流量为2sccm，炉内压强40mTorr；

2)使铜衬底稳定在1000℃，通入CH₄，流量35sccm，炉内压强500mTorr；

3)通入CH₄20分钟后，炉子冷却至室温，冷却速率100℃/min；

(2)旋涂PDMS：

将制作好的PDMS片的光滑面粘贴在石墨烯的表面，静置除气泡；

(3)用FeCl₃腐蚀掉铜基底：

将带有PDMS的生长石墨烯的Cu基体放入FeCl₃溶液中；

(4)将石墨烯粘贴至基板上：

腐蚀完成后，带有石墨烯的PDMS会漂浮在液面上，用水清洗PDMS片后，将其粘贴在基板上，静置除气泡后再揭下PDMS。

另外，本发明还提出一种上述复合基板的LED垂直芯片结构，该LED垂直芯片结构将LED芯片键合在所述复合基板的石墨烯层上。

所述LED芯片自下到上依次设有衬底、石墨烯层、ZnO纳米墙/GaN、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p-GaN。

本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的复合基板可用于LED垂直芯片制备中的键合基板，将蓝宝石衬底生长的LED芯片键合在石墨烯层上。基于本发明复合基板的LED，不仅具有垂直结构LED的固有优点，并且相比现有基板制得的LED，具有更好的散热性能。

本发明采用具有优良导电导热及机械性能的基板，采用石墨烯导电，使其具有现存材料中最高的导热系数(～5000w/mK)。并且为了提高基板的导热系数，本发明在制备过程中，将石墨烯转移至基板，制备出基板+石墨烯复合基板具有更高的导热能力。

进一步的，以本发明基板选用的Mo为例，室温下，用激光导热仪测得Mo附着单层石墨烯导热系数249W/m·K(Mo导热系数为138W/m·K)，附着多层(2～10层)石墨烯导热系数220W/m·K。证实了石墨烯的引入，可以提高基板的导热能力。更高导热系数的基板，可以提高LED垂直芯片的散热性能。

附图说明

图1是石墨烯转移至基板流程图。

其中：1-用CVD法在铜箔上生长石墨烯；2-旋涂PDMS；3-用FeCl3腐蚀掉铜基底；4-将石墨烯粘贴至基板上；5-去除PDMS。

图2是本发明所示垂直结构LED。

图3是本发明所述的LED芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明的复合基板由基板和石墨烯按照由下至上的顺序组成。所述基板为CuW、Mo、SiC或Si基板；基板厚度为100～400μm。所述石墨烯的层数为1～10层。

本发明复合基板的制造方法是用CVD法在铜箔上生长石墨烯，然后通过PDMS介质转移至基板。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

1.采用CVD法在铜箔上生长石墨烯

(1)将铜衬底放入热壁炉中，通入H₂，加热至1000℃，H₂流量为2sccm，炉内压强40mTorr。

(2)使铜衬底稳定在1000℃，通入CH₄，流量35seem，炉内压强500mTorr。

(3)通入CH₄20分钟后，炉子冷却至室温。冷却速率100℃/min。

2.旋涂PDMS

将制作好的PDMS片的光滑面粘贴在石墨烯的表面，静置除气泡。

3.用FeCl₃腐蚀掉铜基底

将带有PDMS的生长石墨烯的Cu基体放入FeCl₃溶液中，腐蚀掉铜基底。

4.将石墨烯粘贴至基板上

腐蚀完成后，带有石墨烯的PDMS会漂浮在液面上。

5.去除PDMS

用水清洗PDMS片后，将其粘贴在基板上，静置除气泡后再揭下PDMS。

参考图3，所述LED芯片自下到上依次设有衬底、石墨烯层、ZnO纳米墙/GaN、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p-GaN。

本发明还提出一种LED垂直芯片结构，其将LED芯片键合在所述复合基板的石墨烯层上。如图2所示，将LED芯片的p-GaN层表面镀上一层Ag反射膜，然后采用键合工艺，键合在石墨烯层上，最后激光剥离掉蓝宝石衬底。其中涉及的各种工艺，如LED外延层的生长，键合，剥离等，均可通过现有技术实现。

Claims

1.一种复合基板的制造方法，其特征在于，所述复合基板由基板和石墨烯按照由下至上的顺序组成；所述基板为CuW、Mo、SiC或Si基板；所述基板厚度为100～400μm；所述石墨烯的层数为1～10层；该制造方法是用CVD法在铜箔上生长石墨烯，然后通过PDMS介质转移至所述基板；具体包括以下步骤：

(1)采用CVD法在铜箔上生长石墨烯：

3)通入CH₄20分钟后，炉子冷却至室温，冷却速率100℃/min；

(2)旋涂PDMS：

(3)用FeCl₃腐蚀掉铜基底：

将带有PDMS的生长石墨烯的Cu基体放入FeCl₃溶液中；

(4)将石墨烯粘贴至所述基板上：

2.一种基于权利要求1制造方法制作的复合基板的LED垂直芯片结构，其特征在于，所述LED垂直芯片自下到上依次设有基板、石墨烯层、Ag反射膜、p-GaN、InGaN/GaN多量子阱及n-GaN层，具体为：将LED芯片的p-GaN层表面镀上一层Ag反射膜，然后采用键合工艺，键合在石墨烯层上，最后激光剥离掉蓝宝石衬底。

3.一种基于权利要求1制造方法制作的复合基板的LED垂直芯片结构，其特征在于，所述LED垂直芯片自下到上依次设有基板、石墨烯层、ZnO纳米墙/GaN、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p-GaN，具体为：将LED芯片的n-GaN层表面生长一层ZnO纳米墙/GaN，然后采用键合工艺，键合在石墨烯层上，最后激光剥离掉蓝宝石衬底。