【摘 要】
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发光二极管(light-emitting diode,LED)是一种新的光源概念,具有安全可靠、高效节能以及环保等优点,在照明、背光以及显示等诸多领域获得了广泛的应用。在蓝宝石衬底上生长的
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发光二极管(light-emitting diode,LED)是一种新的光源概念,具有安全可靠、高效节能以及环保等优点,在照明、背光以及显示等诸多领域获得了广泛的应用。在蓝宝石衬底上生长的GaN基LED占据了主要的固态照明市场,但随着LED应用的不断拓展,蓝宝石衬底绝缘、导热性能差的特点,成为限制LED发展的主要问题。将LED外延薄膜转移至导电、导热性能俱佳的衬底上,实现垂直结构LED的制备,可以有效解决上述问题。本文对GaN基LED外延薄膜转移工艺进行研究,即使用Au-In晶圆键合技术将2英寸LED外延片与Si片键合,随后使用激光剥离技术移除蓝宝石衬底,并结合化学机械抛光对蓝宝石衬底的回用进行了研究,通过实验获得了以下研究成果:(1)使用Au-In键合技术键合2英寸LED外延片与Si片时,加热和加压都有助于提高Au-In键合良率,但键合温度越高,引入的热应力越大,晶圆的弯曲程度越高,容易使晶圆在键合或后续工艺中损坏。当键合温度为180℃,键合压强为3.6bar,键合时间为20min时,2英寸LED外延片与Si片的键合良率可以达到98%以上,键合强度大于2.5J/m~2。(2)使用脉冲宽度为38 ns的KrF准分子激光剥离蓝宝石衬底时,激光能量密度低于600mJ/cm~2或高于680mJ/cm~2都是不合适的,能量密度过低无法完成剥离,能量密度过高容易造成LED外延层的损坏。减小激光光斑面积有助于降低剥离过程中外延层的损伤。使用优化后的工艺剥离蓝宝石衬底后,LED外延层保持了结构的完整性,发光峰值波长存在2.314nm的红移。(3)剥离衬底经过CMP处理后再用于生长LED外延层,器件发光强度发生约4%左右的轻微衰减,发光峰值波长发生3.7~6.8nm的红移,回用衬底上生长的LED外延层质量基本满足行业要求。
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