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用于制备半导体发光装置的支撑衬底和使用支撑衬底的半导体发光装置

阅读:539发布:2021-02-06

专利汇可以提供用于制备半导体发光装置的支撑衬底和使用支撑衬底的半导体发光装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于制备采用多层发光结构 薄膜 的 半导体 发光装置的 支撑 衬底,以及采用用于制备半导体发光装置的支撑衬底制备半导体发光装置的方法。所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底通过在 选定 支撑衬底上相继层叠牺牲层、 散热 层和粘结层形成。一种采用用于制备半导体发光装置的支撑衬底制备半导体发光装置的方法包括:制备第一晶片,其中在初始衬底的上方部分上层叠/生长半导体多层发光结构;制备第二晶片,它是用于制备半导体发光装置的支撑衬底;将第二晶片粘结在第一晶片的上方部分上;从粘结产物上分离第一晶片的初始衬底;在与初始衬底分离的第一晶片的上方部分上形成第一欧姆 接触 电极 后,执行 钝化 ;并通过切割钝化产物制备单个芯片。,下面是用于制备半导体发光装置的支撑衬底和使用支撑衬底的半导体发光装置专利的具体信息内容。

1.一种用于制备半导体发光装置的支撑衬底,包括:
由电绝缘材料形成的选定支撑衬底;
通过层叠在所述选定支撑衬底的上方部分上而形成的牺牲层;
由具有高导热和导电性的金属、合金或者固溶体形成且形成于所述牺牲层的上方部分上的散热层;和
通过层叠在所述散热层的上方部分上而形成的粘结层,
其中,所述支撑衬底用作垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底。
2.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的选定支撑衬底的电绝缘材料与初始衬底的热膨胀系数的差异为2ppm或者更小。
3.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的选定支撑衬底的电绝缘材料是从由蓝宝石Al2O3、氮化AlN、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2和玻璃所组成的组中所选择的单晶体、多晶体或者非晶体物质。
4.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的牺牲层是:
(i)与或者氮结合的单晶体、多晶体或者非晶体物质,所述物质是从由GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO和MgZnO所组成的组中所选择的至少一种物质;
(ii)从由可以被化学蚀刻的金属、合金、固溶体、氧化物、氮化物和耐热有机材料所组成的组中所选择的至少一种材料,如果所述牺牲层是由通过化学蚀刻可去除的材料构成;
(iii)从由耐热粘接剂、粘接剂和乙烯醇缩丁树脂所组成的组中所选择的至少一种材料,如果所述牺牲层是由耐热粘接材料构成;
(iv)硅酸盐或者硅酸材料,如果所述牺牲层是旋涂玻璃薄膜
(v)从由硅酸盐、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷、氢倍半硅氧烷、甲基倍半硅氧烷+氢倍半硅氧烷、全氢硅氮烷和聚硅氮烷所组成的组中所选择的至少一种,如果所述牺牲层是旋涂电介质;或者
(vi)从由AZ系列、SU-8系列、TLOR系列、TDMR系列和GXR系列所组成的组中所选择的至少一种,如果所述牺牲层是由光刻胶构成。
5.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述散热层的厚度是
0.1μm至500μm。
6.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中形成所述散热层的所述金属、合金或者固溶体包括从由Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si所组成的组中所选择的至少一种。
7.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的粘结层是包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge所组成的组中所选择的至少一种的软钎焊硬钎焊合金材料。
8.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中形成于所述选定支撑衬底的上方部分上的所述牺牲层、散热层和粘结层是通过物理气相沉积化学气相沉积或者电化学沉积形成的,
所述牺牲层是通过从由电子蒸发器、热蒸发器、金属有机化合物化学气相淀积、溅脉冲激光沉积所组成的组中所选择的一种方法形成的,且
所述散热层是通过电镀或者无电镀的方式形成。
9.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的牺牲层、散热层和粘结层中的至少一个是有选择地以预定的形状的形式形成有图案,或者
所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的牺牲层、散热层和粘结层全部是以预定形状的形式形成有图案,且所述的选定支撑衬底被蚀刻到预定的深度。
10.根据权利要求1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的牺牲层溶解在湿式蚀刻溶液中。
11.一种用于制备半导体发光装置的方法,该方法包括:
(a)制备第一晶片,在该第一晶片中,半导体多层发光结构层叠/生长在初始衬底的上方部分上;
(b)制备第二晶片,该第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底;
(c)在所述第一晶片的上方部分上粘结所述第二晶片;
(d)将所述第一晶片的初始衬底从所述粘结产物上分离;
(e)在与所述初始衬底分离的所述第一晶片的上方部分上形成第一欧姆接触电极之后,执行钝化,以及
(f)通过分割所述钝化产物来制造单个的芯片,
其中所述第二晶片的用于制备半导体发光装置的支撑衬底是通过在所述选定支撑衬底上相继地层叠所述牺牲层、所述散热层和所述粘结层而形成的。
12.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(a)中的半导体多层发光结构包括n型半导体包覆层、发光活动层和p型半导体包覆层。
13.根据权利要求11或者12的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(a)中
的所述半导体多层发光结构的每一层是由Inx(GayAl1-y)N(1=x=0,1=y=0,x+y>0)的单晶体构成。
14.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中步骤(c)所述的晶片的粘结是通过热压粘结法在100℃至600℃的温度和1Mpa至200Mpa的压下进行。
15.根据权利要求11或者12的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(d)中从所述粘结产物上分离所述第一晶片的初始衬底是通过从由将激光束照射到所述初始衬底的表面的激光剥离方法、化学机械研磨方法和使用湿式蚀刻溶液的湿式蚀刻方法所组成的组中所选择的方法进行的。
16.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(f)中制备单芯片中的半导体发光装置包括:
(f1)将由有机或者无机粘结材料形成的临时支撑衬底附着在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的相反方向上;
(f2)根据所述牺牲层所用的材料,通过用包括具有适当吸收波长范围的激光束的电磁光来热化学离解所述牺牲层,来分离和除去所述选定支撑衬底;以及
(f3)如果所述散热层的厚度大于一个预定的值,则在垂直方向上切割上述步骤的产物,而无需所述支撑衬底的任何粘结工艺,如果所述散热层的厚度小于一个预定的值,则形成由导电的金属、固溶体或者合金构成的附加的粘结层,并利用该附加的粘结层将第三支撑衬底粘附到所述散热层,然后在垂直方向上切割所述形成的和粘附的产物。
17.根据权利要求16的用于制备半导体发光装置的方法,其中所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层的厚度是80μm至500μm。
18.根据权利要求16的用于制备半导体发光装置的方法,其中所述的第三支撑衬底是由:包括从由Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN和GaAs所组成的组中所选择的至少一种的具有导热和导电性的单晶体或者多晶体晶片形成;或者包括从由Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo和NiW所组成的组中所选择的至少一种的金属、合金或者固溶体箔片形成。
19.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(e)中用于形成所述第一欧姆接触电极的材料是由包括从由Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物、半导体的硅化物、纳米管网络CNTN、透明导电氧化物TCO和透明导电氮化物TCN组成的组中所选择的至少一种的材料组成。
20.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(a)中的所述第一晶片是通过在层叠和生长在所述衬底的上方部分上的半导体多层发光结构的上方部分上形成反光层、电绝缘层、扩散阻挡层、散热层或者粘结层来制备的。
21.根据权利要求20的用于制备半导体发光装置的方法,其中在所述半导体多层发光结构的上方部分上的电绝缘层、扩散阻挡层、散热层或者粘结层是通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀或者无电镀的形成的。
22.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中层叠在所述第二晶片的选定支撑衬底上的牺牲层是由可溶解在湿式蚀刻溶液中的材料构成的,在所述步骤(f)中的所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的牺牲层通过将所述牺牲层溶解在湿式蚀刻溶液中进行湿式蚀刻,以分离和除去所述的选定支撑衬底,然后通过切割所述分离和除去的产物获得单个的芯片。
23.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中在步骤(e)中的第一欧姆接触电极是形成在缓冲层或者n型半导体包覆层的上表面上。
24.根据权利要求11的用于制备半导体发光装置的方法,其中所述第二晶片的用于制备半导体发光装置的支撑衬底是根据权利要求1至10任意一项权利要求所述的用于制备半导体发光装置的支撑衬底。

说明书全文

用于制备半导体发光装置的支撑衬底和使用支撑衬底的半

导体发光装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于使用多层发光结构薄膜的用于制备半导体发光装置的支撑衬底,以及一种用于使用所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制备半导体发光装置的方法。
[0002] 更特别地,在上下欧姆接触电极结构中垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置中,它涉及一种半导体发光装置,通过用晶片粘结的方式将形成于初始衬底(例如,Al2O3、SiC、Si、GaAs、GaP)上以生长III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜和用于制备半导体发光装置的支撑衬底进行粘结(bond),然后通过用激光剥离、化学机械研磨或者湿式蚀刻工艺将所述多层发光结构薄膜从所述初始衬底上分离/除去,使得对半导体单晶多层发光结构薄膜造成的损坏最小化,从而改善了整体性能。

背景技术

[0003] 通常,半导体发光装置具有在正向电流流动时发光的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。特别的是,所述LED和LD具有常见的p-n结,当在所述发光装置上施加电流时,电流被转化为光子,所述发光装置因而发出光。根据半导体的材料,所述LED和LD发出来的光具有从长波长到短波长的各种波长。尤其是,由宽带隙(band-gap)半导体制成的LED可提供可见频带中的红光、绿光和蓝光,并且已经广泛用在工业中,诸如用于电子装置的显示器、交通灯和用于显示装置的各种光源。由于近年来白色光的发展,它将被广泛用作下一代发光的光源。
[0004] III-V族氮基半导体通常是异质外延地(hetro-epitaxially)生长在蓝宝石(SiC)、或者硅(Si)的上方部分上,以获得高质量的半导体薄膜,所述蓝宝石、碳化硅和硅是具有显著不同的晶格常数和热膨胀系数的初始衬底。但是,由于所述蓝宝石初始衬底的导热性差,而不能在LED上使用大的电流。由于所述蓝宝石初始衬底是电绝缘体,因而难以对从外部流入的静电做出反应,因静电而造成故障的可能性高。这些缺陷不仅会降低装置的可靠性,而且会造成封装工艺上的很多限制。
[0005] 进一步而言,绝缘体的所述蓝宝石初始衬底具有MESA结构,其中在与多层发光结构的生长方向相同的生长方向上形成n型欧姆接触电极(下文称为“第一欧姆接触电极”)和p型欧姆接触电极(下文称为“第二欧姆接触电极”)二者。由于LED芯片区域会高于某个尺寸,这限制了LED芯片区域的减小,妨碍了LED芯片产量的提高。
[0006] 除了所述生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上方部分上的MESA结构的LED的这些缺点之外,由于所述蓝宝石衬底的导热性差,因此难以将在所述发光装置工作期间不可避免所产生的大量热量向外释放。由于这些原因,限制了将附有蓝宝石衬底的MESA结构用到大面积和大功率(即,大电流)的发光装置中,诸如,大显示器和普通照明的灯。当在发光装置上长时间应用高电流时,所产生的热量致使发光活性(active)层的内部温度逐渐升高,从而逐渐降低了LED发光的效率。
[0007] 与蓝宝石衬底不同的是,碳化硅(SiC)衬底不仅具有优良的导热和导电性,而且允许层叠和生长多层发光结构薄膜,因为它具有与III-V族氮基半导体类似的晶格常数和热膨胀系数(TEC),这些是在半导体单晶薄膜生长中的重要因素。进一步而言,它允许制造各种类型的垂直构造的发光装置。但是,由于高质量的SiC衬底不容易生产,制造它比制造其它单晶衬底更昂贵,因此难以大批量生产。
[0008] 因此,最需要的是,根据技术、经济和性能,通过使用层叠在和生长在蓝宝石衬底上的多层发光结构来提供一种高性能的发光装置。如上文所述,通过在蓝宝石初始衬底的上方部分上生长高质量的多层发光结构薄膜、从所述蓝宝石衬底上剥离所述III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜、以及使用该产物,人们作出了许多努来制造作高性能的垂直构造的LED,目的是为了解决与通过使用层叠/生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上方部分的III-V族氮基半导体多层发光结构的薄膜所制造的所述MESA构造的LED相关联的问题。
[0009] 图1是图示通过使用现有的激光剥离(LLO)工艺来制备蓝宝石初始衬底的过程的剖视图。如图1所示,当强能量源的激光束照射到透明的蓝宝石初始衬底100的背侧时,其界面处强烈吸收所述激光光束,从而在瞬间产生900℃或者更高的温度,造成所述界面处的氮化镓(GaN)的热化学解离,进而将蓝宝石初始衬底100与氮基半导体薄膜120分离开。但是,在许多文献中都报道了,在III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜的激光剥离工艺中,因为晶格常数和热膨胀系数的差异,由于在厚的蓝宝石初始衬底和III-V族氮基半导体薄膜之间所产生的机械应力,半导体单晶薄膜会受到损坏或者破损。当所述III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜受到损坏或者破损时,会造成大的泄漏电流,降低了所述发光装置的芯片产量,以及降低了所述发光装置的整体性能。因此,当前正在研究通过使用可以使III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜和分开的半导体单晶薄膜受到的破坏最小化的蓝宝石衬底剥离工艺来制造高性能的垂直结构的LED。
[0010] 人们已经建议用各种方法使得在用LLO工艺分离蓝宝石初始衬底时使III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜的损坏和破坏最小化。图2是图示根据现有技术,在应用LLO工艺之前,通过应用晶片粘结、电或者无电镀工艺,在生长方向形成坚硬的支撑衬底,以防止半导体多层发光结构薄膜的损坏或者破裂的工艺的剖视图。参考图2中的(a),在通过用激光束照射到由透明的蓝宝石制成的初始衬底的背侧以剥离半导体单晶多层发光结构薄膜210、220之前,在粘结层230的上方部分上形成通过用晶片粘结的方式牢固地粘结且结构稳固的支撑衬底240。参考图2的(b)所示,在从由蓝宝石制成的初始衬底200上剥离半导体单晶多层发光结构薄膜210、220之前,通过用电镀工艺在晶种层232的上方部分形成牢固地粘结着且结构稳固的支撑衬底242。
[0011] 图3是图示根据图2中所用的现有技术的工艺,通过引入所述牢固地粘接着且结构稳固的支撑衬底而制造的垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置的剖视图。
[0012] 图3中的(a)所表示的图是图示通过使用制造图2中的(a)所表示的支撑衬底制造方法制造的半导体发光装置的剖视图。参考图3中的(a)所图示的与晶片粘结的LED区,它是用导热和导电体的支撑衬底340、粘结层330、具有第二欧姆接触电极的多层金属层350、第二半导体包覆(cladding)层380、发光活动层370、第一半导体包覆层360以及第一欧姆接触电极390相继地构造的。优选的是使用诸如硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)之类具有优良导电性的半导体晶片作为导电(electro conductive)支撑衬底
340。
[0013] 但是,如图3中的(a)所示的用于所述垂直构造的发光装置(LED)的支撑衬底340,当通过用晶片粘结的方式粘结Si或者另一种导电性的支撑衬底晶片时,因为它与所述生长有/层叠有所述半导体单晶薄膜的蓝宝石衬底的热膨胀系数(TEC)差别很大,会造成所述半导体多层发光结构内出现明显的晶片翘曲(warpage)和细微裂纹。这样的问题进一步造成工艺难度,降低了由其所制造的LED的性能以及产品的成品率(product yield)。
[0014] 图3中的(b)所示的图形是图示通过使用制造图2的(b)中所表示的所述支撑衬底的方法所制造的半导体发光装置的剖视图。参考图3的(b)所示的通过电镀的方式形成的LED的剖视图,通过LLO和电镀工艺所形成的垂直构造的发光装置(LED)是由导电的支撑衬底342、晶种层332、具有第二欧姆接触电极的多层金属层352、第二半导体包覆层380、发光活动层370、第一半导体包覆层360和第一欧姆接触电极390相继地构造而成。导电的支撑衬底342是通过用电镀的方式形成的金属厚膜,优选的是用诸如Cu、Ni、W、Au、Mo之类的单金属或者由它们组成的合成金属来形成。
[0015] 具有图3中的(b)所描述的结构的LED支撑衬底342,由于是通过用电镀的方式形成所述金属或者合金厚膜,因此具有比蓝宝石衬底高很多的热膨胀系数和柔性,从而会造成卷曲、翘曲、破损、等等。
[0016] 因此,亟需开发高效的支撑衬底和使用它们来制造高性能的垂直构造的发光装置的方法,以在使用LLO工艺来制造垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置时,解决晶片的翘曲、破损、微裂纹、退火(annealing)和分割(singulate)芯片工艺、后处理问题、低成品率,等等问题。

发明内容

[0017] 【技术问题】
[0018] 本发明提供一种用于制备半导体发光装置的支撑衬底,当生长有和层叠有具有III-V族氮基半导体多层发光结构的薄膜的蓝宝石衬底通过用粘结材料与支撑衬底进行晶片粘结时,在LLO工艺之后,不会造成晶片翘曲、或具有半导体多层发光结构的薄膜内出现破损和微裂纹。
[0019] 本发明还提供一种使用所述制备半导体发光装置用支撑衬底,通过在蓝宝石初始衬底的上方部分上层叠/生长由III-V族氮基半导体单晶体所构成的多层发光结构薄膜、以及应用LLO工艺使半导体单晶体薄膜的损坏和破裂最小化,所制造的高性能的垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置。
[0020] 本发明还提供一种方法来制造高性能的垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置。
[0021] 【技术方案】
[0022] 为了解决上述的技术问题,本发明的一方面特征在于提供一个用于制备半导体发光装置的支撑衬底,它可以包括:所选择的由电绝缘材料形成的支撑衬底;通过层叠在选定支撑衬底的上方部分而形成的牺牲层;通过将具有高导热性和导电性的金属、合金或者固溶体层叠在所述牺牲层的上方部分而形成的散热层;和通过层叠在所述散热层的上方部分而形成的粘结层。所述支撑衬底用作支撑垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底。
[0023] 选定支撑衬底的电绝缘材料可以与初始衬底具有2ppm的差异或者更小差异的热膨胀系数。所述的选定支撑衬底的电绝缘材料可以是从由蓝宝石(Al2O3)、氮化(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2和玻璃所组成的组中所选择的单晶体、多晶体或者非晶体物质。
[0024] 所述牺牲层可以是与氮气或者气结合(bond)在一起的单晶体、多晶体或者非晶体物质,所述物质可以是从由GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO和MgZnO所组成的组中所选择的至少一种物质。
[0025] 进一步而言,如果是通过用化学蚀刻的方式将所述牺牲层从选定支撑衬底上分离开,那么所述牺牲层可以是从由金属、合金、固溶体、氧化物、氮化物和耐热(thermophile)有机材料所组成的组中所选择的至少一种材料。
[0026] 进一步而言,如果牺牲层是由隔热粘性材料合成,那么所述牺牲层可以是从由耐热性粘接剂、硅(silicone)粘接剂和聚乙烯醇缩丁树脂所组成的组中选择的至少一种材料。
[0027] 进一步而言,如果所述牺牲层是SOG(旋涂玻璃)薄膜,则所述牺牲层可以是硅酸盐或者硅酸材料,如果所述牺牲层是SOD(旋涂电介质),所述牺牲层可以是从由硅酸盐、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷(methyl silsequioxane)(MSQ)、氢倍半硅氧烷(hydrogen silsequioxane)(HSQ)、MQS+HSQ、全氢硅氮烷(perhydrosilazane)(TCPS)和聚硅氮烷所组成的组中所选择的至少一种材料。
[0028] 进一步而言,如果所述牺牲层是由光刻胶制成,则所述牺牲层可以是从由AZ系列、SU-8系列、TLOR系列、TDMR系列和GXR系列所组成的组中所选择的至少一个。
[0029] 可以根据选定支撑衬底、分离方法和最终要制造的垂直结构的特性来适当地选择用作所述牺牲层的成分(composition)。
[0030] 散热层的厚度可以是0.1μm至500μm。形成所述散热层的金属、合金或者固溶体可以包括从由Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si所组成的组中所选择的至少一种材料。
[0031] 所述粘结层可以是一种软钎焊硬钎焊合金材料,包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge所组成的组中所选择的至少一种材料。
[0032] 层叠在/形成在所述选定支撑衬底的上方部分的所述牺牲层、所述散热层和所述粘结层可以通过物理气相沉积法、化学气相沉积法或者电化学沉积法形成,所述牺牲层可以通过从由电子束蒸发器、热蒸发器、MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)、溅镀(sputtering)和PLD(脉冲激光沉积)中所选择的至少一种方法形成,所述散热层可以通过电镀或者无电镀的方式形成。
[0033] 所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的牺牲层、散热层和粘结层中的至少一层可以是以预定的形状的形式有选择地形成图案,或者,所述用于制备半导体发光装置的所述支撑衬底的牺牲层、散热层和粘结层的图案全部可以是以预定的形状的形式形成图案,所述选定支撑衬底可以被蚀刻一个预定的深度。
[0034] 根据一个实施例,所述牺牲层可以溶解(dissolve)在湿式蚀刻溶液中。
[0035] 本发明的另一个方面的特征在于提供一种用于制备半导体发光装置的方法,其包括:(a)制备第一晶片,其中在初始衬底的上方部分上层叠/生长半导体多层发光结构;(b)制备第二晶片,该晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底;(c)将所述第二晶片粘结在所述第一晶片的上方部分上;(d)将所述第一晶片的初始衬底从所述粘结的产物上分离开;(e)在与所述初始衬底分离的所述第一晶片的上方部分上形成第一欧姆接触电极之后,执行钝化(passivation);(f)通过切割所述钝化产物来制造单个芯片,所述用于制备所述第二晶片的半导体发光装置的支撑衬底可以通过在所述选择的支撑衬底上相继地层叠所述牺牲层、所述散热层和所述粘结层来形成。
[0036] 所述步骤(a)中的半导体多层发光结构中的每一层可以是由具有Inx(GayAl1-y)N(1=x=0,1=y=0,x+y>0)成分的单晶体构成。
[0037] 所述步骤(c)中的晶片的粘结可以通过在100℃到600℃的温度和1Mpa到200Mpa的压力下的热(thermo)压粘结方法来执行。
[0038] 步骤(d)中的将所述第一晶片的初始衬底与所述粘结产物分离开来,可以通过从由将激光束照射到所述初始衬底的表面的激光剥离方法、化学机械研磨方法和使用湿式蚀刻溶液的湿式蚀刻方法所组成的组中所选择的方法来执行。
[0039] 所述步骤(f)中的制备单芯片中的半导体发光装置可以包括:(f1)将由有机或者无机粘结材料形成的临时支撑衬底附接在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的相反方向;(f2)通过用包括具有根据所述牺牲层所用的材料而选择的适当的吸收波长范围的激光束的电磁光来热离解所述牺牲层,分离和除去选定支撑衬底;和(f3)如果所述散热层的厚度大于一个预定的值,则切割上述步骤在垂直方向上的产物,而不需要对所述支撑衬底进行任何粘结处理,并且如果所述散热层的厚度小于一个预定的值,则形成由导电金属、固溶体或者合金组成的附加粘结层,以及通过使用附加的粘结层将第三支撑衬底粘结在所述散热层上,然后切割所述在垂直方向形成和粘结的产物。
[0040] 所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层的厚度可以是80μm到500μm。
[0041] 所述第三支撑衬底可以由:包括从由具有导热性和导电性的Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN和GaAs所组成的组中选择的至少一种成分的单晶体或者多晶体晶片;或者是包括从由Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo和NiW所组成的组中所选择的至少一种材料的金属、合金或者固溶体箔片所形成。
[0042] 在步骤(e)中形成所述第一欧姆接触电极的材料可以是由包括从由Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物(metallic silicides)、半导体的硅化物(semiconducting silicides)、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物(TCO)和透明导电氮化物(TCN)所组成的组中所选择的至少一种材料构成的。
[0043] 在所述步骤(a)中的第一晶片可以通过在层叠在和生长在所述衬底的上方部分上的所述半导体多层发光结构的上方部分上形成反光层、电绝缘层、扩散阻挡层、散热层或者粘结层来制备。
[0044] 在所述半导体多层发光结构的上方部分上的电绝缘层、扩散阻挡层、散热层或者粘结层可以通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀或者无电镀的方式形成。
[0045] 层叠在所述第二晶片的选定支撑衬底上的牺牲层可以由可溶解在湿式蚀刻溶液中的材料构成,而在步骤(f)中用于制备半导体发光装置的所述支撑衬底的牺牲层可以通过将所述牺牲层溶解在湿式蚀刻溶液中进行湿式蚀刻来分离和除去所述选定支撑衬底,然后,通过切割所述分离和除去操作的产物来获得单个的芯片。
[0046] 所述步骤(e)中的欧姆接触电极可以形成于缓冲层或者n型半导体包覆层的上表面上。
[0047] 【有益效果】
[0048] 如前所述,本发明提供一种简易的方法来制造垂直构造的发光装置,通过在所述III-V族氮基半导体单晶体多层发光结构的上方部分和下方部分分别设置第一和第二欧姆接触电极,来提高LED芯片的成品率(product yield),以及通过分离所述蓝宝石衬底进行有效地散热且防止静电。本发明使所述III-V族氮基半导体中的微裂纹或者破损最小化,并将所述III-V族氮基半导体薄膜分成晶片粘结材料,在通过使用所述激光剥离工艺分离所述蓝宝石衬底之前,通过执行晶片粘结,在用于制备半导体发光装置的支撑衬底中没有翘曲,从而减少了在通过使用所述激光剥离工艺将所述蓝宝石衬底从所述III-V族氮基半导体多层发光结构上分离过程中所产生的应力。
[0049] 另外,当所述III-V族氮基半导体多层发光结构形成于所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的上方部分时,由于可以在本发明中执行诸如退火(annealing)、钝化等等之类的任意一种后处理,可以提供一种不会造成热破坏或者机械破坏的高可靠性的发光装置。另外,当对所述形成在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的上方部分的高可靠性发光装置执行均一化芯片的工艺时,由于本发明中可以使用湿式蚀刻,而现有的机械和激光工艺中不能用湿式蚀刻,本发明的方法可以高产量和高产品率,这是用现有的支撑衬底的晶片粘结工艺所不能达到的。
[0050] 所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底不仅允许通过应用晶片粘结来制造高质量的氮基半导体单晶多层薄膜,而且允许在分离所述蓝宝石衬底之后的任何一种后处理,使得它可以适用于制造高性能的垂直构造的III-V族氮基发光装置。
[0051] 还有,本发明允许通过使用形成于所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底上的牺牲层来制造单芯片类型的半导体发光装置,而不用任何机械工艺,诸如锯断、激光划刻等等处理形成于本发明的“用于制备半导体发光装置的支撑衬底”晶片上的所述发光装置。附图说明
[0052] 图1是图示根据现有技术制造垂直构造的半导体发光装置中通用的激光剥离(LLO)艺的剖视图。
[0053] 图2是图示根据现有技术,在执行所述激光剥离工艺之前,在III-V族氮基半导体单晶体薄膜的生长方向上牢固地粘接和稳固地构造的支撑衬底的剖视图。
[0054] 图3是图示根据现有技术,通过粘结牢固地粘接和稳固地构造的支撑衬底来制造的垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置和LLO工艺的剖视图。
[0055] 图4是图示根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的各种模式的示例剖视图。
[0056] 图5是图示根据本发明的制备例2的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的各种模式的示例剖视图。
[0057] 图6是图示根据本发明的制备例3的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的各种模式的示例剖视图。
[0058] 图7是图示通过使用根据本发明的例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的单芯片类型的垂直构造的半导体发光装置的剖视图。
[0059] 图8是图示根据本发明的制备例1的用于制造所述垂直构造的半导体发光装置的工艺的剖视图。
[0060] 图9是图示本发明的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的制备例2中的最终单芯片类型的垂直构造的半导体发光装置的剖视图。
[0061] 图10是图示根据本发明的制备例2的垂直构造的半导体发光装置的制造工艺的剖视图。
[0062] 图11是图示本发明的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的制备例3中的最终单芯片类型的垂直构造的半导体发光装置的剖视图。
[0063] 图12是根据图11的制备例3的半导体发光装置的制造工艺的剖视图。
[0064] 图13是图示本发明的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底制造的制备例4中的最终的单芯片类型的垂直构造的半导体发光装置的剖视图。
[0065] 图14是图示根据图13的半导体发光装置的制备例4制造半导体发光装置的工艺的剖视图。
[0066] 图15是图示本发明的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底制造的制备例4中的最终的单芯片类型的垂直构造的半导体发光装置的剖视图。
[0067] 图16是图示根据图15的半导体发光装置的制备例4的制造半导体发光装置的工艺的剖视图。
[0068] 关键元件的描述:
[0069] 40:用于制备半导体发光装置的支撑衬底
[0070] 50,52,54,56,58:用于制备半导体发光装置的支撑衬底
[0071] 60:62:64:66:68:用于制备半导体发光装置的支撑衬底
[0072] 70,90,1100,1300,1500:半导体发光装置
[0073] 871,1271,1471:沟槽
[0074] 881,1281,1481,1681:用于制备半导体发光装置的支撑衬底

具体实施方式

[0075] 在下文中,参考附图来详细描述用于制备半导体发光装置的支撑衬底、垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置和它们的制造方法。
[0076] 例1:制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底
[0077] <制备例1:制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底>
[0078] 接下来将描述根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的结构及其顺序的制造方法。
[0079] 图4(a)是图示根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的剖视图。
[0080] 参考图4(a),用于制备半导体发光装置的支撑衬底40包括选定支撑衬底400、牺牲层410、散热层420和粘结层430。
[0081] 一种用于制造上面提到的用于制备半导体发光装置的支撑衬底40的方法,包括:(a)制备选定支撑衬底;(b)形成牺牲层;(c)形成散热层;以及(d)形成粘结层。如图4(a)所示,所述根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底40在选定支撑衬底400的上方部分上具有三层结构。换句话说,在所选择的非电导体的支撑衬底400的上方部分上相继地形成牺牲层410、散热层420和粘结层430。
[0082] 在下文中将详细描述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的结构及其制造方法。
[0083] 选定支撑衬底400可以与所述初始衬底的热膨胀系数相差2ppm或者更少,并可以由诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体衬底晶片构成。
[0084] 所述选定支撑衬底400可以吸收激光束的机械冲击力,并且功能在于,在通过使用强能量的激光束光源从蓝宝石初始衬底上分离III-V族氮基半导体单晶多层发光结构薄膜时,使具有几μm厚度的单晶多层发光结构薄膜的损坏最小化。
[0085] 特别是,需要根据用于制造要制造的垂直构造的发光装置的方法来选择所述选定支撑衬底。换句话说,在执行LLO工艺之前,进行晶片粘结,将所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底与第一晶片进行粘结。此处,由于所述粘结的晶片的热属性(例如,热膨胀系数)的原因,在所述晶片粘结之后,经常会造成晶片翘曲。应当明白的是,所述选定支撑衬底是与初始衬底的蓝宝石相比具有2ppm或者更小差异的热膨胀系数的诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体衬底晶片。
[0086] 牺牲层410是在使用强能量源的激光束从最终发光装置上分离和去掉选定支撑衬底400时必需的材料层。所述牺牲层410的材料可以是与氮或者氧结合的单晶体、多晶体、非晶体材料,包括GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO、MgZnO之类。也可以是Si单晶体、多晶体、或者非晶体材料。
[0087] 需要根据选定支撑衬底的特性和要制造的垂直构造的发光装置的结构来选择牺牲层410。
[0088] 在所述制造的垂直构造的发光装置的工作期间,散热层420向外部释放大量的热量,且作用在于在所述上层和下层之间形成紧的粘结以及作为支撑体。因此,散热层420可以由具有优良的导热和导电性的金属、合金或者固溶体构成,并通过CVD或者PVD形成,优选的是通过用电镀或者无电镀的方式形成。
[0089] 粘结层430是粘结第一晶片(所述层叠/生长有III-V族氮基半导体单晶体多层薄膜的蓝宝石衬底)和所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的材料层,并且是由包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si、Ge所组成的组中所选择的至少一种的软钎焊(soldering)或硬钎焊(brazing)合金构成。
[0090] 图4所示的剖视图图示了根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的各种模式示例。图4(a)和(d)是图示没有图案的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的例子的剖视图。而图(b)、(c)、(e)、(f)是图示有图案的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的例子的剖视图。图4(b)图示的是用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的粘结层和所述的散热层具有图案,图4(c)图示的是用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中所述的粘结层、散热层和牺牲层具有图案。图4(d)图示的是用于制备半导体发光装置的支撑衬底,其中散热层422具有一定的厚度,图(e)和(d)图示的是具有所述厚度散热层用于制备半导体发光装置的支撑衬底的图案化模式。
[0091] 如图(b)、(c)、(e)和(f)所示,所述根据本发明实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底容许通过将所述粘结层和所述散热层或者将所述散热层和所述牺牲层进行图案化,使选定支撑衬底400的除去工艺变得容易。
[0092] <制备例2:制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底>
[0093] 接下来参考图5描述根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的结构及其顺序的制造方法。
[0094] 图5(a)是图示用于根据本发明的实施例的制备半导体发光装置的支撑衬底的剖视图。
[0095] 参考图5(a)所示,用于制备半导体发光装置的支撑衬底50包括选定支撑衬底500、牺牲层510、散热层520和粘结层530。用于制造上述用于制备半导体发光装置的支撑衬底50的方法包括:(a)制备选定支撑衬底;(b)形成牺牲层;(c)形成散热层;和(d)形成粘结层。如图5(a)所示,所述根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底
50包括在选定支撑衬底500的上方部分上的三层结构。换句话说,牺牲层510、散热层520和粘结层530是相继地形成在选定支撑衬底500的上方部分,所述支撑衬底500是导电体。
[0096] 选定支撑衬底500具有优良的导热性和导电性。选定支撑衬底500可以是从Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN、GaAs之类中所选择的单晶体或者多晶体晶片,或者是从Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo、NiW之类中所选择的金属箔片。
[0097] 牺牲层510是由可容易地溶解在湿式蚀刻溶液中的材料构成,根据最终要制造的垂直构造的半导体发光装置的结构,作用在于将发光装置的多层发光结构薄膜从选定支撑衬底500上分离开来,或者牢固地粘结发光装置的多层发光结构薄膜和选定支撑衬底500。
[0098] 散热层520将在所制造的垂直构造的发光装置的工作期间所产生的大量的热量释放到外部,并且功能是在所述上层和下层之间形成紧密的粘结并作为支撑体。因此,散热层520可以是由具有优良的导热性的金属、合金或者固溶体构成,包括从Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt、和Si中所选择的至少一种材料,并且厚度可以为0.1μm至500μm,如图5(a)和(b)所示。
[0099] 用于制备半导体发光装置的支撑衬底50、52具有形成在选定支撑衬底500的上方部分上、具有优良的导热性和导电性的、有80μm或者更小厚度的散热层520。
[0100] 在用于制备半导体发光装置的支撑衬底50、52中,按顺序执行与第一晶片的晶片粘结、LLO工艺和后处理,然后仅在垂直方向上(A-A’箭头方向)执行机械的锯开或者激光划刻,以提供发光装置作为单芯片的垂直构造的LED。
[0101] 在另一方面,如图5(c)、(d)和(e)所示,所述用于制备半导体发光装置的衬底54、56、58具有有80μm至500μm厚度的散热层520。在所述用于制备半导体发光装置的、具有相对厚的厚度的散热层520的支撑衬底54、56、58中,在垂直方向上(A-A’箭头方向)执行锯断或者激光蚀刻工艺,同时在平方向(B-B’箭头方向)对牺牲层510执行湿式蚀刻,以提供发光装置作为单个芯片的垂直构造的LED。
[0102] <制备例3:制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底>
[0103] 接下来将描述根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底。
[0104] 图6是图示根据本发明另一实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的剖视图。所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底60、62、64、66、68包括选定支撑衬底600。
[0105] 根据一个实施例的所述所选择的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的支撑衬底600可以具有与初始衬底相差2ppm或者更小差异的热膨胀系数,且可以由诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体衬底晶片组成。
[0106] 所述在图6(a)和(b)中用于制备半导体发光装置的支撑衬底60、62具有厚度为80μm或者更小的相对薄的散热层620,并且包括所选择的非导热和导电的支撑衬底600。
在另一个方面,图6(c)、(d)和(e)中用于制备半导体发光装置的支撑衬底64、66、68具有相对厚的80μm至500μm的厚度,且包括所选择的非导电和非导热的支撑衬底600。图
6(a)和(c)图示用于制备半导体发光装置的没有图案的支撑衬底,而图6(b)、(d)和(e)图示用于制备半导体发光装置的具有图案的支撑衬底。如图6所示,所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底包括一个三层结构。换句话说,在选定支撑衬底600的上方部分上相继层叠牺牲层610、散热层620和粘结层630。
[0107] 具体而言,牺牲层610可以容易地溶解在湿式蚀刻溶液中,从而起到将选定支撑衬底600从所述发光装置的多层发光结构薄膜上分离的作用。
[0108] 散热层620是由具有优良的导热性和导电性的金属、合金或者固溶体构成,以便将在所述制造的垂直构造的发光装置的操作过程中所产生的大量热量散发出去,并且作用在于在所述上层和下层之间形成紧密的粘结,并作为支撑体。
[0109] 优选的是,散热层620是由具有优良的导电性的金属、合金或者固溶体组成,并且具有从由Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si组成的组中所选择的至少一种,并具有0.1μm至500μm的厚度。
[0110] 散热层620可以通过CVD或者PVD形成,优选的是通过电镀或者无电镀的方式形成。
[0111] 粘结层630可以使用与包括层叠在/形成于第一晶片的最上方部分的扩散阻挡层的粘结层相同或者不同的材料,所述第一晶片是蓝宝石衬底,在所述衬底上形成有所述III-V族氮基半导体单晶体多层薄膜。粘结层630可以由包括从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中所选择的至少一个的软钎焊或者硬钎焊合金材料构成。
[0112] 如图6(a)至(e)所示,在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底中,不管层叠在非导热和非导电的选定支撑衬底600上的散热层620的厚度,相继地执行与第一晶片的晶片粘结、LLO工艺和后处理,然后在水平方向(B-B’箭头方向)对牺牲层610进行湿式蚀刻的同时,在垂直方向(A-A’箭头方向)进行机械性地锯开或者激光划开,以提供发光装置作为单芯片垂直构造的LED。
[0113] 例2:使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制备半导体发光装置
[0114] <制备例1:制备半导体发光装置>
[0115] 在下文中将描述根据本发明的实施例的使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底的半导体发光装置的结构及其制造方法。
[0116] 图7是图示通过使用根据本发明的例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的半导体发光装置的剖视图。图7中的半导体发光装置70是通过使用用于制备半导体发光装置的衬底所制造的发光装置,所述半导体装置包括具有80μm或者更小厚度的薄的散热层780。
[0117] 所述半导体发光装置70通过层叠第一欧姆接触电极780、缓冲层710、n型半导体包覆层740、第二欧姆接触电极750和第一粘结层760而形成,其中在第一粘结层760上层叠有第二粘结层788、散热层786、第三粘结层721和第三支撑衬底731。所述第三支撑衬底731可以是诸如Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN、GaAs之类的单晶体或者多晶体晶片,或者是诸如Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo、NiW之类具有优良的导热性和导电性的金属箔片。在第三支撑衬底731和散热层786之间的第三粘结层721可以是由热稳定的金属、合金或者固溶体形成。
[0118] 优选的是,在除去缓冲层710之后,也可以在n型半导体包覆层720的上方部分上形成第一欧姆接触电极780。
[0119] 参考图8(a)至(h)按顺序描述用于制造具有根据一个实施例的结构的半导体发光装置的方法。
[0120] 参考图8,根据一个实施例的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造半导体发光装置的方法包括:(a)制备第一晶片,其中在作为初始衬底的蓝宝石的上方部分上层叠有/生长有III-V族氮基半导体多层发光结构(参见图8(a));(b)制备第二晶片,该第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底(参见图8(b));(c)晶片粘结(参见图8(c));(d)剥离所述蓝宝石初始衬底(参见图8(d));(e)后处理(参见图8(e)至(h));以及(f)制造单个芯片。
[0121] 下文将详细描述每个工艺。
[0122] 参考图8(a),所述用于制备第一晶片的步骤(a)在透明蓝宝石衬底800上层叠和生长高质量的半导体单晶体多层薄膜,以通过用LLO工艺将由III-V族氮基半导体构成的多层发光结构薄膜从所述衬底上剥离。通过使用最常见III-V族氮基半导体薄膜的生长装置MOCVD和MBE生长系统,在初始衬底蓝宝石800的上方部分上,相继地层叠/生长低温和高温缓冲层810、n型半导体包覆层820、发光活动层830和p型半导体包覆层840,所述低温和高温缓冲层810是发光装置的常见的多层发光结构薄膜。然后,在所述p型半导体包覆层上形成第二高反射性欧姆接触电极850,接续地,具有扩散阻挡层862的第一粘结层860层叠/生长于所述第二高反射性欧姆接触电极850上。沟槽(Trench)871形成为延伸到所述蓝宝石衬底或者更深,以在与第二晶片进行晶片粘结之前,通过使用常规设置的多个矩形或者方形进行图案化以及干蚀刻来形成单个的芯片。所述第二高反射性欧姆接触电极850形成为一个材料层,具有从Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、基于Ag的合金、基于Al的合金、基于Rh的合金、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物和透明导电氮化物中的至少一种。扩散阻挡层862形成为材料层,具有从Ti、W、Cr、Ni、Pt、NiCr、TiW、CuW、Ta、TiN、CrN和TiWN中选择的至少一种材料,且第一粘结层860由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中所选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金形成。
[0123] 在步骤(a)中,通过使用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)、液相外延、氢化物气相外延、分子束外延或者金属有机气相外延(MOVPE)在初始衬底透明蓝宝石800上层叠/生长的III-V族氮基半导体薄膜,可以具有组成:Inx(GayAl1-y)N(1=x=0,1=y=0,x+y>0)。所述发光装置的多层发光结构是通过在600℃或者更低的温度下在蓝宝石衬底800上直接层叠/生长所述低温缓冲层,并进一步接着层叠/生长高温缓冲层810、掺Si的半导体包覆层820、半导体发光活动层830和掺Mg半导体包覆层840而形成。此处,高温缓冲层810可以是掺Si的III-V族氮基半导体。发光活动层830可以是分别由Inx(GayAl1-y)N阻挡层和Inx(GayAl1-y)N阱层所构成的单量子阱(SQW)结构或者多量子阱(MQW)结构。可以通过控制发光活动层830的In、Ga、Al的成分比例来制造具有在长波长InN(~0.7eV)带隙和短波长AlN(~6.2eV)带隙之间的宽带隙的发光装置。所述阱层的带隙可以比所述阻挡层的带隙低,以给所述阱提供电子和空穴载流子,以提高内部量子效率。特别的是,阱层和阻挡层中至少有一个可以是掺Si的或者掺Mg的,以改善其发光特性并降低正向工作电压
[0124] 优选的是,在用晶片粘结所述第一晶片和第二晶片之前,通过有规则地设置为多个矩形或者方形的图案化和干式蚀刻工艺,沟槽871被形成为到达所述蓝宝石衬底上或者更深,以而形成单个的芯片,所述第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底881。也可能应用没有沟槽的第一晶片。
[0125] 参考图8(b)所示,所述步骤(b)是制备所述第二晶片,该第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底881。用于制备半导体发光装置的支撑衬底881是通过在选定支撑衬底882的上方部分上相继地层叠牺牲层884、散热层886和第二粘结层888而形成。
[0126] 更具体而言,选定支撑衬底882可以是与初始衬底的热膨胀系数相差2ppm或者更少的电绝缘材料,且是由从诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体晶片中所选择的一个形成的。
[0127] 形成于选定支撑衬底882上的第一层的牺牲层884可以是与氮或者氧结合的单晶体、多晶体或者非晶体材料,包括GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO、MgZnO之类,目的是在单个芯片最终造好时,使用强能量源的激光束进行均一化处理,或者它也可以是Si单晶体、多晶体或者非晶体材料。
[0128] 作为形成于选定支撑衬底882上的第二层且是由具有优良的导热和导电性的材料所形成的散热层886可以是金属、合金、固溶体和半导体材料,容易将在所制造的垂直构造的发光装置工作期间产生的大量热量释放到外部,并且起到作为所述发光装置的多层发光结构的支撑体的作用。所述散热层可以具有相对薄的80μm或者更小的厚度。
[0129] 形成为选定支撑衬底882上的第三层且与所述第一晶片进行晶片粘结的第二粘结层888,可以是与设置在所述第一晶片的最上方部分的第一粘结层860具有相同的材料,但是也可以是由不同的材料构成。所述形成于所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底上的三层结构可以通过物理或者化学气相沉积法形成,且特别是,散热层886可以通过电镀或者无电镀的方式形成。
[0130] 包含在用于制备半导体发光装置的支撑衬底881中的选定支撑衬底882可以是选自蓝宝石(Al2O3)、AlN、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2衬底之类的电绝缘体中的一种,牺牲层884可以是与氮或者氧结合的单晶体、多晶体或者非晶体材料层,包括GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO、MgZnO之类,或者是Si单晶体、多晶体或者非晶体材料层。相对较薄的散热层886可以是用高导热导电的金属、合金或者固溶体形成,包括从Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si中所选择的至少一个,或者包括从它们的氧化物或者氮化物中所选择的至少一种材料。第二粘结层888可以是包括从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中所选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金材料。但是,它们不局限于这些。
[0131] 参考图8(c),步骤(c)中的晶片粘结将所述第一晶片与所述第二晶片通过热压的方法结合。步骤(c)中的热压可以在100℃至600℃的温度和在1Mpa至200Mpa的压力下进行。
[0132] 参考图8(d),步骤(d)是剥离所述蓝宝石衬底的步骤。当强能量源的激光束照射到所述透明的蓝宝石的背侧时,在所述半导体单晶体多层发光结构和所述蓝宝石衬底之间的界面吸收所述强烈的激光,使得通过热化学解离存在于所述界面的氮化镓(GaN)来剥离所述蓝宝石衬底。
[0133] 优选的是,在步骤(d)中,所述强能量源的激光束首先照射到所述透明蓝宝石衬底的背侧,造成热化学解离,以剥离初始衬底800。此处,优选的是,本发明进一步包括一个步骤,使用从H2SO4、HCl、KOH和BOE中选择的至少一个在30℃至200℃的温度下处理III-V族氮基半导体薄膜暴露在空气中的表面。另外优选的是,通过机械-化学研磨和后续的湿式蚀刻工艺完全除去初始衬底800。可以在从硫酸(H2SO4)、铬酸(CrO3)、磷酸(H3PO4)、镓(Ga)、镁(Mg)、铟(In)、铝(Al)和它们的混合物中所选择的蚀刻溶液来执行蓝宝石初始衬底800的湿式蚀刻工艺。湿蚀刻的温度可以是200℃或更高。
[0134] 参考图8(e),步骤(e)中的后处理可以包括清洁、发光装置的钝化、干式蚀刻、第一欧姆接触电极材料沉积和退火,等等。
[0135] 热稳定的第一欧姆接触电极880通过所述第一欧姆接触电极材料沉积和退火工艺形成于缓冲层810或者n型半导体包覆层820的上方部分上。优选的是,进一步包括通过使用从Si3N4、SiO2或者电绝缘材料中选择的至少一个在III族氮基半导体的表面或者侧面上进行电钝化的步骤。另外,第一欧姆接触电极880可以由具有从Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物、半导体硅化物、半导体硅化物、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物(TCO)、透明导电氮化物和TCN中选择的至少一种的材料形成。
[0136] 制造单芯片的步骤(f)可以通过根据步骤(b)中所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层886的厚度(该厚度为80μm或者更少)的所述晶片粘结(步骤(c))和如图5所示的后处理,提供所述最终的单芯片类型的发光装置结构。
[0137] 参考图8(f),当所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底881的散热层886的厚度是80μm或者更小时,在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的相反方向附有由有机或者无机粘结材料形成的临时支撑衬底(下文称作“TSS”)811。如图8(g)所示,根据牺牲层884所用的材料选择具有适当吸收波长范围的激光束来热化学解离牺牲层884来分离和除去选定支撑衬底882(为电绝缘体)。图7中的所述发光装置的最终LED芯片是通过使用由导电的软钎焊或硬钎焊金属或者合金构成的粘结层821粘结由导电材料构成的第三支撑衬底831和散热层886,并垂直切割(图8(h)的A-A’箭头方向)而制成。
[0138] <制备例2:制备半导体发光装置>
[0139] 参考图9和图10来描述通过使用根据制备例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的半导体发光装置及其制造方法。
[0140] 图9是图示通过使用根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的所述半导体发光装置的剖视图。
[0141] 根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底和上面描述的例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底具有相同的多层结构和制造工艺,除了散热层986的厚度较厚,为80μm至500μm。
[0142] 图9中的半导体发光装置90是通过使用具有较厚的散热层的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的发光装置,其中,层叠在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底的上方部分上的所述散热层具有80μm至500μm相对较厚的厚度。
[0143] 如图9所示,通过层叠第一欧姆接触电极980、缓冲层910、n型半导体包覆层920、发光活动层930、p型半导体包覆层940、第二欧姆接触电极和第一粘结层960形成半导体发光装置90。第二粘结层988和散热层986形成于第一粘结层960上。因此,在通过使用根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的半导体发光装置90中,在通过对所述牺牲层执行LLO工艺除掉是电绝缘体的所述选定支撑衬底之后,厚的散热层986可以支撑所述半导体发光装置的多层发光结构,而没有作为第三支撑衬底的支撑体。
[0144] 优选的是,在除去缓冲层910之后,在n型半导体包覆层920的上方部分上形成第一欧姆接触电极980。
[0145] 图10(a)至(h)是按顺序图示通过使用根据本发明的实施例的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造高性能的垂直构造的发光装置的工艺的剖视图。图10(a)至(g)与图8(a)至(g)相同,除了所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层1086的厚度。因此,忽略冗余的描述。
[0146] 如图10(a)至(g)所示,在通过用例1中的方法使用本发明的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造所述半导体发光装置之后,除去用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底1082。如图10(h)所示,图9中的半导体发光装置90的LED芯片通过使用垂直切割(图10(h)的A-A’箭头方向)来最终制得。用于制造根据本发明的实施例的半导体发光装置90的、包括厚的散热层1086的用于制备半导体发光装置的支撑衬底1081,可以通过所述厚的散热层来支撑所述多层半导体发光装置,而不用另加第三支撑衬底。
[0147] <制备例3:制备半导体发光装置>
[0148] 参考图11和图12详细描述通过使用根据示例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的半导体发光装置的结构及其制造方法。
[0149] 图11是图示通过使用根据本发明的例1的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的半导体发光装置1100的剖视图。如图11所示,通过层叠第一欧姆接触电极1180、缓冲层1110、n型半导体包覆层1120、发光活动层1130、p型半导体包覆层1140、第二欧姆接触电极1150和第一粘结层1160形成半导体发光装置1100,在第一粘结层1160中层叠和形成有第二粘结层1188、散热层1186、牺牲层1184和选定支撑衬底1182。
[0150] 特别的是,可在除去缓冲层1110之后,在n型半导体包覆层1120的上方部分上形成第一欧姆接触电极1180。
[0151] 用于制造根据本发明的实施例的半导体发光装置的用于制备半导体发光装置1180的支撑衬底的选定支撑衬底1182是导电体,且制造所述半导体发光装置,不用考虑用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层1186的厚度。在制备最终的单个芯片的过程中,可以根据用于制备半导体发光装置的所述支撑衬底的散热层1186的厚度,有选择地分开所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底。在这种情况下,当所述散热层的厚度是80μm或者更大时,可以通过在湿式蚀刻溶液中溶解所述牺牲层来分离和除去选定支撑衬底。
[0152] 以下参考图12(a)至(f)按顺序来描述根据本发明的实施例的用于制造具有所描述结构的半导体发光装置1100的方法。
[0153] 参考图12所示,本发明的通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造半导体发光装置1100的方法包括:(a)制备第一晶片,其中在蓝宝石初始衬底上层叠/生长III-V族氮基半导体多层发光结构(图12(a));(b)制备第二晶片,该第二晶片是用于制备半导体发光装置780的支撑衬底(参看图12(b));(c)晶片粘结(参见图12(c));(d)剥离所述蓝宝石初始衬底(参考图12(d));(e)后处理(参见图12(e));和(f)制造单个芯片(参见图12(f))。
[0154] 下文将详细描述每个处理过程。
[0155] 参考图12(a),制备第一晶片的步骤(a)通过在所述透明蓝宝石衬底上层叠/生长高质量的半导体单晶体多层薄膜来执行,目的是通过LLO工艺从所述衬底上剥离由III-V氮基半导体构成的多层发光结构薄膜。通常是发光装置的多层发光结构薄膜的低温和高温缓冲层1210、n型半导体包覆层1220、发光活动层1230和p型半导体包覆层1240,通过使用MOCVD和MBE生长系统相继地层叠在/生长在所述初始衬底蓝宝石1200的上方部分上,所述MOCVD和MBE生长系统是最常用的III-V族氮基半导体薄膜的生长装备。
[0156] 然后,在所述p型半导体包覆层上形成第二高反射性欧姆接触电极1250,并在其上相继地层叠/生长具有扩散阻挡层的第一粘结层1260,所述p型半导体包覆层是所述多层发光结构薄膜的最上层。
[0157] 在用晶片粘结所述第一晶片和第二晶片之前,通过使用有规则设置的多个矩形或者方形的图案化和干式蚀刻工艺,使沟槽1271形成为到达所述蓝宝石衬底甚至更深,以形成单个的芯片,所述第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底1281。在某些情况下,也可以使用没有沟槽的第一晶片。所述第二高反射性欧姆接触电极1250形成为具有从Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、基于Ag的合金、基于Al的合金、基于Rh的合金、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物、透明导电氮化物中选择的至少一种的材料层。所述扩散阻挡层形成为具有从Ti、W、Cr、Ni、Pt、NiCr、TiW、CuW、Ta、TiN、CrN和TiWN中选择的至少一种的材料层,第一粘结层1260由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金形成。
[0158] 在步骤(a)中通过使用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)、液相外延法、氢化物气相外延法、分子束外延法或者金属有机化合物气相外延法(MOVPE),层叠/生长在作为初始衬底的透明蓝宝石1200上的III-V族氮基半导体薄膜,可以具有Inx(GayAl1-y)N(1=x=0,1=y=0,x+y>0)的组成。
[0159] 高温缓冲层1210可以是掺Si的III-V族氮基半导体。半导体发光活动层1230可以是分别由Inx(GayAl1-y)N的阻挡层和Inx(GayAl1-y)N的阱层构成的单个量子阱(SQW)结构或者是多量子阱(MQW)结构。可以通过控制发光活动层1230的In、Ga、Al的成分比例来制造在具有InN(~0.7eV)带隙的长波长和具有AlN(~6.2eV)带隙的短波长之间的宽带隙的发光装置。发光活动层1230的阱层的带隙可以比所述阻挡层的带隙低,以提供电子和空穴载体到所述阱,以提高内部的量子效率。特别的是,所述阱层和阻挡层中的至少一个可以是掺Si或者掺Mg的,以提高所述发光特性,降低正向工作电压。
[0160] 优选的是,在所述第一晶片上执行至少一次退火工艺,不仅形成第二高反射性欧姆接触电极,而且在进行所述晶片粘结之前还提高了所述层之间的表面之间的粘性。
[0161] 参考图12(b),步骤(b)是制备所述第二晶片,它是用于制备半导体发光装置的支撑衬底1281。通过在选定支撑衬底1282上相继层叠牺牲层1284、散热层1286和第二粘结层1288,形成用于制备半导体发光装置的支撑衬底1281。如前所述,所述由选定支撑衬底1282上的三层结构构成的用于制备半导体发光装置的支撑衬底1281的热膨胀系数(TEC)可以与作为初始衬底的所述蓝宝石或者氮基半导体的热膨胀系数类似或者相同。
[0162] 选定支撑衬底1282可以是诸如Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN、GaAs之类的单晶体、多晶体或者非晶体晶片,或者是诸如Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo、NiW之类具有优良的导热性和导电性的金属箔片。另外,在选定支撑衬底1282和散热层1286之间存在的牺牲层1284可以是由热稳定性的金属、合金或者固溶体构成。
[0163] 更具体而言,是所述第一层的牺牲层1284可以是能够迅速溶解在湿式蚀刻溶液中的金属、合金、固溶体、半导体、绝缘体之类,使得可以在均一化工艺中顺利地实现最终单芯片的制造,而不会给相邻的单芯片带来热冲击/机械冲击。
[0164] 由具有优良的导热和导电性的材料形成的第二层散热层1286,可以是很容易将在所述发光装置的工作期间产生的热量扩散到外部且可以支撑所述发光装置的多层发光结构的金属、合金、固溶体、半导体材料。
[0165] 第二粘结层1288,是第三层,它的材料可以与定位于所述第一晶片的最上方的第一粘结层1260的材料相同,用于和所述第一晶片进行晶片粘结,但是也可以是由不同的材料构成。层叠在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底的上方部分上的三层结构可以通过物理气相沉积或者化学气相沉积的方法形成,优选的是通过电镀或者无电镀工艺形成。
[0166] 牺牲层1284可以是由具有从AlAs、SiO2、Si3N4、ITO、Sn2O、In2O3、ZnO、ZnS、ZnSe、CrN、TiN、Cr、各种金属、合金和氧化物中所选择的至少一种的材料形成的。散热层1286可以是由具有从包括从Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si中所选择的至少一种的各种金属或者合金中所选择的至少一种的材料形成,与其厚度无关。第二粘结层1288可以是由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si、Ge之类中所选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金形成。
[0167] 参考图12(c),在步骤(c)中的晶片粘结通过用热压的方法来粘结所述第一晶片和第二晶片。步骤(c)中的热压粘结可以在100℃至600℃的温度下和1Mpa至200Mpa的压力下执行。
[0168] 参考图12(d),步骤(d)是用于通过用LLO工艺剥离所述蓝宝石衬底的步骤。当用强能量源的激光束照射到所述透明蓝宝石的背侧时,在所述半导体单晶体多层发光结构和所述蓝宝石衬底之间的界面吸收强烈的激光,从而通过热化学解离存在于所述界面中的氮化镓(GaN)来剥离所述蓝宝石衬底。此处,还可以有附加步骤,使用从由H2SO4、HCl、KOH和BOE中选择的至少一个在30℃至200℃温度下处理所述III-V族氮基半导体薄膜暴露在空气中的表面。优选的是,通过机械-化学研磨和随后的湿式蚀刻工艺完全除去初始衬底1200。蓝宝石衬底1200的湿式蚀刻工艺可以在从硫酸(H2SO4)、铬酸(CrO3)、磷酸(H3PO4)、镓(Ga)、镁(Mg)、铟(In)、铝(Al)和它们的混合物中所选择的蚀刻溶液之中进行。所述湿式蚀刻溶液的温度可以是200℃或者更高。
[0169] 参考图12(e)所示,所述步骤(e)中的后处理可以包括清洁、所述发光装置的钝化、干式蚀刻、第一欧姆接触电极材料沉积和退火,等等。
[0170] 另外,热稳定性的第一欧姆接触电极1280通过用第一欧姆接触电极材料沉积和退火工艺形成在缓冲层1210或者n型半导体包覆层1220的上方部分上。优选的是,进一步包括通过使用从Si3N4、SiO2或者各种电绝缘材料中选择的至少一种在所述III-V族氮基半导体装置的表面或者侧面进行电钝化的步骤。
[0171] 另外,第一欧姆接触电极1280可以由具有从Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物、半导体硅化物、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物(TCO)、透明导电氮化物和TCN中选择的至少一种材料形成。
[0172] 参考图12(f),步骤(f)是用于制造最终均一的单芯片的步骤。在用于制造所述单芯片的过程中,由第二粘结层1288、散热层1286、牺牲层1284和选定支撑衬底1282形成的用于制备半导体发光装置的支撑衬底1281,可以只在垂直方向上切割(A-A’箭头方向)以提供图11的均一的发光装置芯片。存在于选定支撑衬底1282和散热层1286之间的牺牲层1284功能不仅在于将选定支撑衬底从所述散热层上分离开来,而且通过溶解在湿式蚀刻溶液中在层之间形成粘结。
[0173] <制备例4:制备半导体发光装置>
[0174] 参考图13和图14详细描述通过使用根据例2的所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的半导体发光装置的结构及其制造方法。
[0175] 图13是图示通过使用本发明的例2的用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造的半导体发光装置1300。如图13所示,通过层叠第一欧姆接触电极1380、缓冲层1310、n型半导体包覆层1320、发光活动层1330、p型半导体包覆层1340、第二欧姆接触电极1350和第一粘结层1360而形成。第一粘结层1360是通过层叠第二粘结层1388、散热层1386、第三粘结层1321和第三支撑衬底1331而形成。
[0176] 特别的是,也可以在除去缓冲层1310之后,所述第一欧姆接触电极1380形成在n型半导体包覆层1320上。
[0177] 根据本发明实施例的用于制造所述半导体发光装置的用于制备半导体发光装置的支撑衬底的选定支撑衬底,是由诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类与所述初始衬底的热膨胀系数差2ppm或者更少的单晶体、多晶体、或者非晶体衬底晶片所形成的。所述半导体发光装置可以具有用于制备半导体发光装置的支撑衬底的散热层1386,该散热层的厚度为相对较薄的80μm或者更小。
[0178] 根据本发明的实施例的在所述半导体发光装置中的选定支撑衬底可以通过所述牺牲层进行分离和除去,并经由晶片粘结的方式通过第三粘结层1321来形成新的第三支撑衬底1331。第三支撑衬底1331可以是诸如Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN、GaAs之类的单晶体或者多晶体晶片,或者是诸如Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo、NiW之类具有优良的导热和导电性的金属箔片。存在于第三支撑衬底1331和散热层1386之间的第三粘结层1321可以是由热稳定性的金属、合金或者固溶体形成。
[0179] 参考图14(a)至(h)按顺序描述根据一个实施例的具有以上结构的半导体发光装置1300的制造过程。根据一个实施例,在通过使用用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制造半导体发光装置1300的工艺中,与例1中的工艺冗余的描述将会被省略。
[0180] 参考图14(a),在步骤(a)中,通过在透明蓝宝石1400的初始衬底上形成半导体多层发光结构来制备第一晶片。通过相继地层叠/生长低温和高温缓冲层1410、n型半导体包覆层1420、发光活动层1430和p型半导体包覆层1440形成所述半导体多层发光结构薄膜。
[0181] 然后,在p型半导体包覆层(所述多层发光结构薄膜的最上方部分)上形成第二高反射性欧姆接触电极1450,然后在它上面相继地形成具有扩散阻挡层的第一粘结层1460。
[0182] 另外,优选的是,在与第二晶片进行晶片粘结之前,通过使用有规律设置的多个矩形和方形的图案化和干式蚀刻工艺,使沟槽1471形成至所述蓝宝石衬底,甚至更深,以形成单个的芯片,所述第二晶片是用于制备半导体发光装置的支撑衬底1481。在某些情况下,也可以使用没有沟槽的第一晶片。
[0183] 第二高反射性欧姆接触电极1450形成为具有从Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、基于Ag的合金、基于Al的合金、基于Rh的合金、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物、透明导电氮化物中选择的至少一个的材料层。第一粘结层1460由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金形成。
[0184] 参考图14(b),在步骤(b)中,制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底1481。通过相继地层叠牺牲层1484、具有80μm或者更小厚度的相对较薄的散热层1486和第二粘结层1488形成在本发明实施例中用于制备半导体发光装置的支撑衬底1481。
[0185] 选定支撑衬底1482是电绝缘材料,由与所述初始衬底的热膨胀系数相差2ppm或者更少的蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体衬底晶片形成。牺牲层1484是由包括从AlAs、SiO2、Si3N4、ITO、SnO2、In2O3、ZnO、ZnS、ZnSe、CrN、TiN、Cr、各种金属、合金和氧化物中选择至少一个的材料形成。薄的散热层1486是由具有从各种金属和合金中所选择的至少一个的材料形成,所述金属和合金包括从Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Au、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si中选择的至少一个。
第二粘结层1488由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中选择的至少一种的软钎焊或硬钎焊合金形成。
[0186] 参考图14(c),在所述步骤(c)中的晶片粘结中,所述第一晶片和第二晶片是通过热压方法粘结的。步骤(c)中的热压粘结是在100℃至600℃的温度下,在1Mpa至200Mpa的压力下进行的。
[0187] 参考图14(d),步骤(d)是用于通过LLO工艺剥离蓝宝石衬底1400的步骤。
[0188] 参考图14(e),步骤(e)是后处理步骤。后处理可以进一步包括在缓冲层1410上或者n型半导体包覆层1420上,通过所述第一欧姆接触电极材料沉积和退火工艺,形成热稳定的第一欧姆接触电极1480,并且通过使用从Si3N4、SiO2或者各种电绝缘材料中选择的至少一个在III族氮基半导体装置的表面或者侧面执行电钝化。
[0189] 另外,第一欧姆接触电极1480是由具有从Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物、半导体硅化物、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物(TCO)、透明导电氮化物、TCN中选择的至少一种材料所形成。
[0190] 参考图14(f)和(g),制造最终单个芯片的步骤(f)是用两步骤执行的。首先,通过用有机或者无机粘结材料,在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的相反方向上附着临时支撑衬底(TSS)1411。然后,在将牺牲层1484溶解在根据牺牲层1484所用的材料所选择的诸如HF、BOE、H2SO4、HNO3、H3PO4、KOH、NHOH、KI之类的各种酸、或者盐溶液之类的湿式蚀刻溶液中之后,沿着所述箭头方向分离和除去选定支撑衬底1482。
[0191] 参考图14(h),是完成所述单个芯片的最后的步骤,通过使用由导电软钎焊接或者硬钎焊金属或者合金来粘结第三支撑衬底1431和散热层1486,以及垂直(A-A’箭头方向)切割所述产物来制备图13中均一化的发光装置。
[0192] <制备例5:制备半导体发光装置>
[0193] 参考图15和16详细描述通过使用根据例3的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的半导体发光装置的结构及其制造方法。
[0194] 图15是通过使用根据例3的用于制备半导体发光装置的支撑衬底所制造的半导体发光装置1500的剖视图。如图15所示,通过层叠第一欧姆接触电极1580、缓冲层1510、n型半导体包覆层1520、发光活动层1530、p型半导体包覆层1540、第二欧姆接触电极1550和第一粘结层1560形成半导体发光装置1500。在第一粘结层1560上层叠第二粘结层1588和散热层1586。
[0195] 特别的是,在除去缓冲层1510之后,可以在n型半导体包覆层1520上形成第一欧姆接触电极1580。
[0196] 用于根据本发明的实施例制造半导体发光装置的、用于制备半导体发光装置的支撑衬底1681的选定支撑衬底1682,由与初始衬底的热膨胀系数差别2ppm或者更少的电绝缘材料,诸如蓝宝石(Al2O3)、氮化铝(AlN)、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、玻璃之类的单晶体、多晶体和非晶体衬底晶片形成。所述半导体发光装置可以具有层叠在选定支撑衬底1682上、具有相对厚的80μm至500μm的厚度的散热层1686。
[0197] 因此,根据本发明的实施例的发光装置的厚的散热层1686可以支撑所述发光装置的多层发光结构,在从牺牲层1684上除去是电绝缘体的选定支撑衬底1682之后,不需要额外的第三支撑衬底。
[0198] 参考图16(a)至(h)按顺序描述具有根据本发明的实施例所描述的结构的半导体发光装置的制造过程。但是,与例1和例2中的描述冗余的描述将被省略。
[0199] 参考图16(a),在步骤(a)中,在初始衬底1600蓝宝石衬底上形成半导体多层发光结构。所述半导体多层发光结构是通过相继地层叠低温和高温缓冲层1610、n型半导体包覆层1620、半导体发光活动层1630、掺Mg的p型半导体包覆层1640形成的。高温缓冲层1610可以是掺Si的III-V族氮基半导体。第二高反射性欧姆接触电极1650和具有散射阻挡层的第一粘结层1600相继地层叠在p型半导体包覆层1640上,该包覆层1640是所述半导体多层发光结构薄膜的最上方部分。
[0200] 参考图16(b),在步骤(b)中制备用于制备半导体发光装置的支撑衬底1681。通过层叠由电绝缘体制成的选定支撑衬底1682、牺牲层1684、具有相对厚的厚度的散热层1686和第二粘结层1688,形成用于制备半导体发光装置的支撑衬底1681。由于除了散热层1686的厚度,用于制备半导体发光装置的支撑衬底1681与例2中的相同,因此省略略冗余的描述。
[0201] 参考图16(c),在步骤(c)的晶片粘结中,通过热压的方法粘结所述第一晶片和所述第二晶片。在步骤(c)中的热压可以在100℃至600℃的温度下,在1Mpa至200Mpa的压力下进行。
[0202] 参考图16(d),在步骤(d)中,剥离所述透明的蓝宝石衬底,该衬底是初始衬底1600。
[0203] 参考图16(e),步骤(e)是后处理步骤。所述后处理可以进一步包括通过所述第一欧姆接触电极材料沉积和退火工艺在缓冲层1610或者n型半导体包覆层1620上形成热稳定的第一欧姆接触电极1680,以及通过使用从Si3N4、SiO2或者各种电绝缘材料中所选择的至少一个在所述III族氮基半导体装置的表面或者侧面执行电钝化。
[0204] 另外,第一欧姆接触电极1680是由具有从Al、Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、TiN、CrN、SiC、SiCN、InN、AlGaN、InGaN、稀土金属和合金、金属硅化物、半导体硅化物、CNTN(碳纳米管网络)、透明导电氧化物(TCO)、透明导电氮化物和TCN中选择的至少一个的材料形成。
[0205] 参考图16(f)和(g),在所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底的相反方向用有机或者无机粘结材料附着临时支撑衬底(TSS)1611,然后,在根据牺牲层1684所用的材料选择的诸如HF、BOE、H2SO4、HNO3、H3PO4、KOH、NHOH、KI之类的各种酸、碱或者盐溶液的湿式蚀刻溶液中溶解牺牲层1684之后,沿着所述箭头方向(B-B’方向)分离和除去选定支撑衬底1682。
[0206] 虽然已经描述了特殊的实施例,应当理解的是,本领域技术人员在不偏离权利要求和它们的等同物所限定的本发明实施例的精神和范畴内,可以进行各种变化和改动。还应当理解的是,它可以被应用在各种光电装置中,包括垂直构造的激光二极管、晶体管等等使用同质外延III-V族氮基半导体衬底和通过在蓝宝石衬底上生长III-V族氮基半导体多层薄膜所制造的III-V族氮基半导体多层薄膜。因此,真正的保护范围是由权利要求所限定的。
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