垂直结构led芯片的铜基板制备工艺研究

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1、工程硕士学位论文垂直结构LED芯片的铜基板制备工艺研究作者姓名钱慧荣学位类别工程硕士校内指导教师李国强校外指导教师张冀所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2015年12月18日Coppersubstrateelectroplatingforvertical-structureLEDsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：QianHuirongSupervisor：Prof.LiGuoqiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,Chi

2、na分类号：学校代号：10561学号：201321015593华南理工大学硕士学位论文垂直结构LED芯片的铜基板制备工艺研究作者姓名：钱慧荣指导教师姓名、职称：李国强教授张冀经理申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：□产品研发□工程设计■应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：发光材料与器件论文提交日期：2015年12月18日论文答辩日期：2016年3月15日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：卢振亚委员：李国强、杨凤金摘要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

3、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

4、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30mA/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13.6nm；样品随电镀时间的增长不断变厚，但当电镀时间超过3h时，镀层表面变得粗糙，颗

5、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3h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65g/L时样品表面粗糙，多于95g/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85g/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、

6、整平剂、开缸剂含量均为5mL/L时，可以制备出表面光滑平整，粗糙度仅为7.17nm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%、I表面粗糙度仅为7.17nm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。关键词：GaN；LED；电镀；垂直结构；铜基板IIAbstractGaN-basedlightemittingdiodes(LEDs)havebeenwidelyusedinvariousfield

7、ssuchaslightings,displays,andcommunicationsduetotheiroutstandingmeritsoflonglifetime,highreliability,lowenergycost,etc.However,astheLEDsareusedinhigh-endindustry,whichrequiresthehigh-powerandhigh-efficiencyLEDs.Therefore,thedevelopmentofhigh-powerandhigh-efficiencyLEDshasbeena

8、ttractedconsiderableinterests.Amongvarioustechnologiesinprepa