垂直结构LED芯片的铜基板制备工艺研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Henkel_liu
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GaN基LED具有寿命长、可靠性高、低能耗等突出优势,被广泛应用于照明、显示、通信等领域。随着LED向高端产业发展,对LED器件性能提出更高地要求。因此,LED需要向大功率、高效率方向发展,散热性能好、电流分布均匀的垂直结构受到研究者的青睐。在制作垂直结构LED的技术中,可显著提高LED光提取率的基板转移技术是研究的重点。然而,目前普遍采用的bonding技术对实验条件要求苛刻且成本高。电镀技术对工艺环境要求不高、成本低且镀层和金属基体之间的接触性能好。因此,采用电镀技术替代传统的bonding技术制作垂直结构LED器件,对促进大功率、高效LED的产业化具有重要的意义。本论文研究采用电镀技术在GaN基LED上获得平整致密的高质量镀铜层,为制作垂直结构LED器件作准备。通过深入分析正装、倒装及垂直结构LED所面临的问题及转移衬底实现垂直结构LED器件的工艺过程,提出了优化的电镀工艺技术路线,系统研究了阴阳极的摆放位置、电流密度、电镀时间以及镀液成分中CuSO4含量及添加剂配比对镀铜层质量的影响,并采用XRD、SEM、AFM等多种测试手段对镀层的成分、厚度均匀性及表面形貌进行表征。研究发现,在电流密度为30 mA/cm2下,获得的样品具有表面光亮,边缘无铜屑附着的优点,表面粗糙度可达13.6 nm;样品随电镀时间的增长不断变厚,但当电镀时间超过3 h时,镀层表面变得粗糙,颗粒变大并附着在样品表面。综合考虑Cu层表面光滑平整度以及沉积速率,电镀时间3 h较佳。上述研究表明,电流密度和和电镀时间是影响镀液均镀能力和深镀能力的重要因素。研究发现,当CuSO4含量小于65 g/L时样品表面粗糙,多于95 g/L时Cu层光亮区下降且沉积困难。从而表明,CuSO4含量控制得当才能促进电化学沉积的进行。通过对不同样品的厚度均匀性、表面形貌和粗糙度的分析,发现CuSO4含量保持在85 g/L时效果最佳。光亮剂、整平剂和开缸剂比例不正确会造成脆性过大、裂纹等缺陷。通过研究铜层表面颗粒成分、大小及密度来判断不同添加剂配比对铜层的影响,当光亮剂、整平剂、开缸剂含量均为5 mL/L时,可以制备出表面光滑平整,粗糙度仅为7.17 nm的适合后续工艺进行的电镀铜基板。通过本论文的研究,得到了边缘无铜屑附着、结合力强、厚度均匀性达90%、表面粗糙度仅为7.17 nm的高质量垂直结构LED芯片用电镀铜基板。该工艺得到的镀铜层质量高,工艺简便易于实施、成本低,可为商业化转移基板的垂直结构LED芯片提供有力保障。
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