用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底以及使用
該支撐襯底的半導(dǎo)體發(fā)光裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底以及使用該支撐襯底的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。更特別地，本發(fā)明涉及：1)一種用于通過使用具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)
薄膜來制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底；2)一種用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法，通過使用具有厚的金屬膜和金屬箔片的高性能的
散熱支座，來減少在諸如激光剝離、晶片粘結(jié)等等之類的制造工藝期間對從藍(lán)
寶石襯底上分離的所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜造成的損壞，能夠改善所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的整體性能；和3)一種具有散熱支座的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)
[0002] 大體而言，半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有在正向
電流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生光的發(fā)光
二極管(LED)和
激光二極管(LD)。特別的是，所述LED和LD具有常見的p-n結(jié)，當(dāng)在所述發(fā)光裝置上施加電流時(shí)，電流被轉(zhuǎn)化為
光子，所述發(fā)光裝置因而發(fā)出光。
[0003] 根據(jù)半導(dǎo)體的材料不同，所述LED和LD發(fā)出來的光具有從長
波長到短波長的各種波長。尤其是，由寬帶隙(band-gap)半導(dǎo)體制成的LED提供可見頻帶中的紅光、綠光和藍(lán)光，并且已經(jīng)廣泛用在工業(yè)中，諸如用于
電子裝置的顯示器、交通燈和用于顯示裝置的各種
光源。由于近年來白色光的發(fā)展，它將被廣泛用作下一代普遍的照明光源。
[0004] III-V族氮基半導(dǎo)體通常是
異質(zhì)外延地(hetro-epitaxially)生成在藍(lán)寶石的上部，以獲得高
質(zhì)量的半導(dǎo)體薄膜，藍(lán)寶石、
碳化
硅(SiC)、硅(Si)及類似的材料用作初始襯底。
[0005] 其中，由于所述藍(lán)寶石襯底與III-V族氮基半導(dǎo)體具有顯著不同的晶格常數(shù)和
熱膨脹系數(shù)，因而難以層疊具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜。進(jìn)而，由于所述藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性差，不能在LED上使用大的電流。由于所述藍(lán)寶石襯底自身是電絕緣體，因而難以對從外部流入的靜電做出反應(yīng)，因靜電而造成故障的可能性高。這些
缺陷不僅會(huì)降低裝置的可靠性，而且會(huì)造成封裝工藝上的很多限制。
[0006] 進(jìn)一步而言，絕緣體的藍(lán)寶石初始襯底具有MESA結(jié)構(gòu)，其中在與具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)的生長方向相同的生長方向上形成n型歐姆
接觸電極和p型
歐姆接觸電極二者。由于LED芯片面積應(yīng)當(dāng)會(huì)高于某個(gè)尺寸，這限制了LED芯片面積的減小，妨礙了LED芯片產(chǎn)量的提高。
[0007] MESA結(jié)構(gòu)的LED除了所述生長在作為初始襯底的藍(lán)寶石襯底的上部的這些缺點(diǎn)之外，由于所述藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性差，因此難以將在所述發(fā)光裝置工作期間不可避免所產(chǎn)生的大量熱量向外釋放。
[0008] 由于這些原因，限制了將附有藍(lán)寶石襯底的MESA結(jié)構(gòu)用到諸如大顯示器和普通照明的燈的大面積和大功率(即，大電流)的發(fā)光裝置中。當(dāng)在發(fā)光裝置上長時(shí)間施加高電流時(shí)，所產(chǎn)生的熱量致使發(fā)光活動(dòng)層的內(nèi)部
溫度會(huì)逐漸升高，從而逐漸降低了LED的
發(fā)光效率。
[0009] 與藍(lán)寶石襯底不同的是，碳化硅(SiC)襯底不僅具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和
導(dǎo)電性，而且允許層疊和生長多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜，因?yàn)樗哂信cIII-V族氮基半導(dǎo)體類似的晶格常數(shù)和
熱膨脹系數(shù)(TEC)，這些是在半導(dǎo)體單晶薄膜生長中的重要因素。進(jìn)一步而言，它允許制造各種類型的垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置。
[0010] 但是，由于高質(zhì)量的SiC襯底不容易生產(chǎn)，制造它比制造其它單晶體襯底更昂貴，因此難以大批量生產(chǎn)。
[0011] 因此，最需要的是，根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和性能，通過使用層疊在和生長在藍(lán)寶石襯底上的具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)來提供一種高性能的發(fā)光裝置。
[0012] 如上文所述，通過在藍(lán)寶石、SiC或者Si等等初始襯底的上部生長高質(zhì)量的具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜、從所述初始襯底上剝離所述具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜、以及使用所述剝離產(chǎn)物，人們作出了許多努
力來制造高性能的垂直構(gòu)造的LED，目的是為了解決與通過使用層疊/生長在作為初始襯底的藍(lán)寶石襯底的上部的具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)的薄膜所制造的MESA結(jié)構(gòu)的LED相關(guān)聯(lián)的問題。
[0013] 圖1是圖示通過使用現(xiàn)有的激光剝離(LLO)工藝來分離藍(lán)寶石襯底的過程的剖視圖。
[0014] 如圖1所示，當(dāng)強(qiáng)
能量源的
激光束照射到透明的藍(lán)寶石襯底110的背側(cè)時(shí)，界面120處強(qiáng)烈吸收所述激光束，從而在瞬間產(chǎn)生900℃或者更高的溫度，造成所述界面處的氮化鎵(GaN)、InCaN的熱化學(xué)離解，進(jìn)而將藍(lán)寶石襯底110與氮基半導(dǎo)體薄膜130分離開。
[0015] 但是，在許多文獻(xiàn)中都報(bào)道了，在具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的激光剝離工藝中，由于晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差異，在厚的藍(lán)寶石襯底和III-V族氮基半導(dǎo)體薄膜之間所產(chǎn)生的機(jī)械
應(yīng)力，半導(dǎo)體單晶體薄膜在從藍(lán)寶石襯底上分離開后，會(huì)受到損壞或者破損。
[0016] 當(dāng)多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜受到損壞或者破損時(shí)，會(huì)造成大的
泄漏電流，降低了發(fā)光裝置的芯片成品率，以及降低了發(fā)光裝置的整體性能。因此，當(dāng)前正在研究通過使用可以使多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜和分離的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜受到的破壞最小化的藍(lán)寶石襯底激光剝離工藝來制造高性能的垂直構(gòu)造的LED。
[0017] 因此，人們已經(jīng)建議用各種方法，使得在用LLO工藝分離藍(lán)寶石初始襯底時(shí)，使具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的損壞和破壞最小化。
[0018] 圖2是圖示根據(jù)
現(xiàn)有技術(shù)，在應(yīng)用激光剝離工藝之前，通過應(yīng)用晶片粘結(jié)和電
鍍工藝，在生長方向上緊密地附接形成傳導(dǎo)性(conductive)支座，以防止半導(dǎo)體多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜損壞或者破裂的工藝的剖視圖。
[0019] 參考圖2中的(a)，在通過用激光束照射到透明的藍(lán)寶石襯底的背側(cè)以剝離具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜220、230之前，通過用晶片粘結(jié)的方式在粘結(jié)層240a的上部形成牢固地附著且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的傳導(dǎo)性支座250。參考圖2的(b)所示，在從由藍(lán)寶石襯底210上剝離多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜220、230之前，通過用
電鍍工藝在晶種層240b的上部形成牢固地附著且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的傳導(dǎo)性支座250。
[0020] 圖3是圖示根據(jù)圖2中所用的現(xiàn)有技術(shù)的工藝，通過引入所述牢固地附著且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的傳導(dǎo)性支座所制造的垂直構(gòu)造的III-V族氮基半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
[0021] 圖3中的(a)所表示的圖是圖示通過使用圖2中的(a)所表示的用于制造傳導(dǎo)性支座的方法來制造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。參考圖3中的(a)所圖示的用晶片粘
結(jié)來粘結(jié)的垂直構(gòu)造的LED區(qū)，它是用作為導(dǎo)熱和導(dǎo)電體的支座310、粘結(jié)層320a、具有p型歐姆接觸電極的多層金屬層330、p型半導(dǎo)體包覆(cladding)層340、發(fā)光活動(dòng)層350、n型半導(dǎo)體包覆層360以及n型歐姆接觸電極370連續(xù)構(gòu)造的。優(yōu)選的是使用諸如硅(Si)、鍺(Ge)、鍺化硅(SiGe)、砷化鎵(GaAs)之類具有優(yōu)良導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的
半導(dǎo)體晶片作為支座
310。
[0022] 但是，如圖3中的(a)所示的用于所述垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置(LED)的支座310，當(dāng)通過用晶片粘結(jié)來粘結(jié)Si支座或者另一種傳導(dǎo)性(conductive)的支座時(shí)，因?yàn)樗c生長有/層疊有多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜340-360的藍(lán)寶石襯底的熱膨脹系數(shù)(TEC)差別很大，會(huì)造成所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜內(nèi)出現(xiàn)明顯的晶片
翹曲(warpage)和細(xì)微裂紋。這樣的問題進(jìn)一步造成工藝難度，降低了由其所制造的LED的性能以及產(chǎn)品的成品率(product yield)。
[0023] 圖3中的(b)所示的圖形是圖示通過使用圖2的(b)中所表示的用于制造所述傳導(dǎo)性支座的方法來制造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。參考圖3的(b)所示的通過電鍍的
方式形成的垂直構(gòu)造的LED的剖視圖，通過LLO和電鍍工藝所形成的垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置(LED)與圖3的(a)具有相同的結(jié)構(gòu)，除了它具有晶種層320b，而不是粘結(jié)層320a。導(dǎo)電性支座310是通過電鍍形成的厚金屬膜，優(yōu)選的是用諸如Cu、Ni、W、Au、Mo之類的單金屬或者由它們組成的
合金來形成。
[0024] 具有圖3中的(b)所描述的結(jié)構(gòu)的LED支座310，由于有通過電鍍形成的所述金屬或者合金厚膜，因此具有比藍(lán)寶石襯底高很多的熱膨脹系數(shù)和柔性，從而會(huì)在諸如機(jī)械鋸割或者激光劃刻等等之類的“芯片制造工藝”過程中造成卷曲、晶片翹曲、破損、等等。
[0025] 因此，亟需研發(fā)適于制造高性能的垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置的高效率的散熱支座，以便解決在使用LLO工藝制造垂直構(gòu)造的III-V族氮基半導(dǎo)體發(fā)光裝置時(shí)，晶片翹曲、破裂、微裂紋、對包括
退火和芯片處理的后處理有限制、低成品率，等等問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0026] 本發(fā)明的第一方面在于提供一種用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底，使得在晶片粘結(jié)或者激光剝離工藝過程中，在具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜內(nèi)的晶片翹曲或者破裂最小化。
[0027] 本發(fā)明的第二方面在于提供一種高質(zhì)量的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，使用具有包括在所述支撐襯底內(nèi)的金屬箔片和厚金屬膜的高性能散熱支座等等，不會(huì)造成微裂紋。
[0028] 本發(fā)明的第三方面在于提供一種通過使用用于制造半導(dǎo)體發(fā)光裝置的所述支撐襯底來制造具有高性能的散熱支座的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
[0029] 為了獲得所述第一方面，根據(jù)本發(fā)明的用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底包括：由具有與層疊有包括III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的藍(lán)寶石襯底的熱膨脹系數(shù)有5ppm或者更小差異的材料形成的所選擇的支撐襯底；在所述所選擇的支撐襯底上形成的犧牲層；在所述犧牲層的上部形成的厚金屬膜；和在所述厚金屬層的上部形成的由釬焊或者
銅焊合金材料形成的粘結(jié)層。
[0030] 為了獲得所述第二方面，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)
實(shí)施例的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括：具有III-V族氮基半導(dǎo)體的發(fā)光結(jié)構(gòu)，在其上部形成有第一歐姆接觸電極，在其底部上連續(xù)形成有第二歐姆接觸電極、絕緣薄膜、第一傳導(dǎo)性薄膜、第二傳導(dǎo)性薄膜和第一厚金屬膜，在其側(cè)面形成有
鈍化薄膜；通過第一粘結(jié)層在所述第一厚金屬膜的底部上粘結(jié)的金屬箔片；以及通過第二粘結(jié)層在所述金屬箔片的底部粘結(jié)的第二厚金屬膜。
[0031] 為了獲得所述第三方面，跟據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法包括：(a)制備第一晶片，在藍(lán)寶石襯底的上部連續(xù)形成具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜、多個(gè)第二歐姆接觸電極、第一厚金屬膜和第一—第一粘結(jié)層；(b)制備由在所述上表面上的第一—第二粘結(jié)層和在其底部表面上形成第二—第一粘結(jié)層形成的金屬箔片；(c)制備由在所選擇的支撐襯底的上表面上的犧牲層、第二厚金屬膜和第二—第二粘結(jié)層所形成的第二晶片；(d)粘結(jié)所述第一晶片、所述金屬箔片和所述第二晶片，以粘結(jié)所述第一—第一粘結(jié)層和第一—第二粘結(jié)層，并粘結(jié)所述第二—第一粘結(jié)層和第二—第二粘結(jié)層；(e)通過激光剝離工藝從所述步驟(d)的產(chǎn)物上分離所述第一晶片的藍(lán)寶石襯底；(f)隔離通過步驟(e)暴露的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜；(g)在步驟(f)中隔離的每個(gè)多層發(fā)光結(jié)構(gòu)的表面上形成多個(gè)第一歐姆接觸電極和在其側(cè)面的鈍化薄膜；(h)分離所述第二晶片的所選擇的支撐襯底；以及(i)通過垂直切割在步驟(h)的產(chǎn)物來制造芯片。
附圖說明
[0032] 圖1是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中的常見的激光剝離工藝(LLO)的剖視圖。
[0033] 圖2是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在執(zhí)行激光剝離工藝之前在垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的生長方向上形成的支撐襯底的剖視圖。
[0034] 圖3是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過粘結(jié)支撐襯底和使用激光剝離工藝來制造的III-V族氮基半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
[0035] 圖4(a)至圖4(f)是圖示用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的各種模式的支持襯底的示例的剖視圖。
[0036] 圖5是圖示具有由金屬箔片和多個(gè)厚金屬膜構(gòu)成的散熱支座的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的實(shí)施例的剖視圖。
[0037] 圖6是圖示使用根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底來制備垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法的
流程圖。
[0038] 圖7至圖17是圖示圖6中所示的用于制備垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法的每一個(gè)步驟的剖視圖。
[0039] 圖18和圖19是圖示具有由金屬箔片和一個(gè)厚金屬膜組成的散熱支座的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示例。
具體實(shí)施方式
[0040] 在下文中，參考附圖來詳細(xì)描述用于制備半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底、使用所述支撐襯底來制備垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法以及垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
[0041] 用于制備垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置的支撐襯底
[0042] 圖4(a)是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底的實(shí)施例的剖視圖。
[0043] 參考圖4(a)，根據(jù)本發(fā)明的用于制造發(fā)光裝置的支撐襯底400包括所選擇的支撐襯底410、犧牲層420、厚金屬膜430和粘結(jié)層440。
[0044] 當(dāng)通過激光剝離或者另一種工藝將多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜從層疊有具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的透明藍(lán)寶石襯底(初始襯底)上分離時(shí)，所選擇的支撐襯底410吸收機(jī)械沖擊(或者震動(dòng))，并且起到支座的作用，使所分離的具有幾微米(μm)厚度的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的損壞最小化。
[0045] 所選擇的支撐襯底410是由與藍(lán)寶石襯底的熱膨脹系數(shù)差5ppm或者更小的材料形成的。這使晶片的翹曲最小化，晶片的翹曲經(jīng)常是由于在晶片粘結(jié)后支撐襯底400和藍(lán)寶石襯底之間的熱膨脹系數(shù)的差異造成的，在將所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜從所述藍(lán)寶石襯底上分離之前執(zhí)行晶片粘結(jié)以粘結(jié)支撐襯底400與所述藍(lán)寶石襯底。因此，所選擇的支撐襯底410可以是由諸如藍(lán)寶石、SiC、Ge、GaAs、SiGe、Si、AlN、MgO、AlSiC、BN、BeO、TiO2、SiO2、Si-Al、GaN、ZnO、玻璃之類的單晶體、多晶體或者非晶體襯底晶片構(gòu)成，與藍(lán)寶石襯底相比具有相同或者差5ppm或者更少的熱膨脹系數(shù)。
[0046] 犧牲層420可以是在從最終完成的垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置上分離和除去所選擇的支撐襯底410時(shí)必需的材料層，并且可以是與氮?dú)饣蛘?a href='/zhuanli/list-21453-1.html' target='_blank'>
氧氣結(jié)合的單晶體、多晶體或者非晶體化合物。當(dāng)通過用激光剝離工藝除去所選擇的支撐襯底410時(shí)，可以用作犧牲層420的材料可以是GaN、InGaN、ZnO、GaZnO、MgZnO、InZnO、InN、In2O3、GaInO3、MgInO4、CuInO2、ZnInO、ITO、SnO2、Si3N4、SiO2、BeMgO、TiN、VN、CrN、TaN之類。
[0047] 進(jìn)一步而言，如果是通過用化學(xué)蝕刻工藝除去所選擇的支撐襯底410時(shí)，那么可用于犧牲層420的材料可以是金屬、合金、
固溶體、氧化物、氮化物或者耐熱(thermophile)有機(jī)材料。
[0048] 進(jìn)一步而言，當(dāng)犧牲層420是由耐熱粘性材料合成，那么所述犧牲層可以是從由耐熱性粘接劑、耐熱性
膠帶、硅
酮(silicone)粘接劑和聚乙烯醇縮丁
醛樹脂所組成的組中選擇的至少一種材料。
[0049] 進(jìn)一步而言，如果犧牲層420是SOG(
旋涂玻璃)薄膜，則犧牲層420可以包括
硅酸鹽或者硅酸材料，如果犧牲層420是SOD(旋涂
電介質(zhì))薄膜，則犧牲層420可以包括硅酸鹽、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷(methyl silsequioxane)(MSQ)、氫倍半硅氧烷(hydrogen silsequioxane)(HSQ)、MQS+HSQ、全氫硅氮烷(perhydrosilazane)(TCPS)或聚硅氮烷，等等。
[0050] 進(jìn)一步而言，如果犧牲層420是由
光刻膠制成，則犧牲層420可以是從由AZ系列、SU-8系列、TLOR系列、TDMR系列和GXR系列所組成的組中所選擇的至少一個(gè)。
[0051] 可以根據(jù)所選擇的支撐襯底410的特性、分離方法和最終制造的垂直結(jié)構(gòu)來適當(dāng)?shù)剡x擇犧牲層420的構(gòu)成材料。
[0052] 厚金屬膜430使在制造發(fā)光裝置時(shí)源于熱
變形和結(jié)構(gòu)變形得到的應(yīng)力得到衰減。厚金屬膜430也可以作為加強(qiáng)材料之間的粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層，以及防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層。厚金屬膜430可以具有大約0.1-999μm的厚度，優(yōu)選的是0.1-500μm。
[0053] 厚金屬膜430由具有從高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性的Au、Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si中選擇的至少一種成份的金屬、合金或者固溶體構(gòu)成。
[0054] 厚的金屬膜430可以通過
物理氣相沉積(PVD)或者
化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式，優(yōu)選的是通過電鍍或者無電鍍的方式，形成于犧牲層420上。
[0055] 粘結(jié)層440是粘結(jié)具有藍(lán)寶石襯底的第一晶片(圖10中1001)、金屬箔片(圖10中810)和第二晶片(圖10中1002)所必需的材料層，第二晶片是根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底
400。粘結(jié)層440可以是由具有從Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中選擇的至少一種成份的
焊接或者釬焊合金材料構(gòu)成。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有上述結(jié)構(gòu)的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底400可以通過在所選擇的支撐襯底410上連續(xù)層疊犧牲層420、厚金屬膜430和粘結(jié)層440來制造。
[0057] 圖4(a)至圖4(f)是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的支撐襯底的各種模式的例子的剖視圖。
[0058] 圖4(a)和圖4(d)是圖示沒有被
圖案化的例子的剖視圖。圖4(d)中所圖示的厚金屬膜比圖4(a)中的金屬膜相對較厚。
[0059] 圖4(b)、4(c)、4(e)和4(f)是圖示犧牲層420、厚金屬膜430和粘結(jié)層440的一部分或者全部被圖案化的例子的剖視圖。圖4(b)和4(e)是圖示粘結(jié)層440和厚金屬膜430被圖案化的例子的剖視圖，圖(c)和4(f)是圖示圖案化被形成為直到犧牲層420的例子的剖視圖。進(jìn)一步而言，這樣的圖案化可以形成為直到所選擇的支撐襯底410的一部分，雖然在此處并未示出。如圖4(b)、4(c)、4(e)和4(f)所示，這樣圖案化粘結(jié)層440、厚金屬膜
430、犧牲層420及其之類，便于在制造半導(dǎo)體發(fā)光裝置期間除去所選擇的支撐襯底410和單個(gè)芯片的處理。
[0060] 垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置I
[0061] 圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的例子的剖視圖。
[0062] 參考圖5，垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置500包括散熱支座510，其中在金屬箔片512的上部和底部上通過粘結(jié)層516、518粘結(jié)兩個(gè)厚金屬膜514a、514b。厚金屬膜514a形成于層疊/生長有具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的藍(lán)寶石襯底的那一側(cè)，厚金屬膜514b對應(yīng)于在圖4中圖示的本發(fā)明的支撐襯底400的那一側(cè)所形成的厚金屬膜430。
[0063] 如圖5所示，所述垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括在散熱支座510的上部的導(dǎo)電性多層結(jié)構(gòu)520、530、第二歐姆接觸電極540、絕緣(insulating)薄膜550、具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560、第一歐姆接觸電極570和側(cè)面鈍化薄膜580。
[0064] 側(cè)面鈍化薄膜580在結(jié)構(gòu)上連接到絕緣薄膜550，保護(hù)多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560的側(cè)面部分和上表面的一部分。
[0065] 散熱支座510是通過在金屬箔片512和厚金屬膜514a、514b之間通過晶片粘結(jié)工藝516a-516b、518a-518b引入粘結(jié)層516、518而形成的。
[0066] 金屬箔片512，是散熱支座510的一部分，不僅支撐多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560在結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定，并且是在施加電流的同時(shí)釋放在垂直構(gòu)造的發(fā)光裝置的工作期間所產(chǎn)生的熱量的介質(zhì)。關(guān)于這樣的功能，金屬箔片512可以用軋壓處理后的具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱性的厚度為0.1-999μm的金屬、合金或者固溶體中選擇的一種材料所形成的，優(yōu)選的是，包括從Cu、Al、Ni、Nb、W、Mo、Ta、Ti、Au、Ag、Pd、Pt、Cr、Fe、V、Si和Ge中選擇的至少一種成份。
[0067] 另外，厚金屬膜514a、514b，它們也是金屬箔片512的一部分，支撐著多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560，功能在于作為介質(zhì)施加電流，并釋放熱量。如前所述，厚金屬膜514a、514b減弱在通過晶片粘結(jié)工藝使用支撐襯底400制造發(fā)光裝置時(shí)熱變形和結(jié)構(gòu)變形獲得的應(yīng)力。厚金屬膜514a、514b可以具有0.1-999μm的厚度。
[0068]
定位于金屬箔片512和厚金屬膜514a和514b之間的粘結(jié)層516、518可以用包括從Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中選擇的至少一種成份的釬焊或者銅焊合金材料合成。
[0069] 在金屬箔片512的上部和底部上層疊每個(gè)粘結(jié)層516、518之前，可以另外形成加強(qiáng)材料之間的粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層和防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層，雖然并未示出。
[0070] 反射性的第二歐姆接觸電極540，與具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560直接接觸，由具有從Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金屬硅化物、Ag系列合金、Al系列合金、Rh系列合金、CNTN(碳
納米管網(wǎng)絡(luò))、透明傳導(dǎo)氧化物、透明傳導(dǎo)氮化物中選擇的至少一種材料構(gòu)成，以朝上方向反射從多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560產(chǎn)生的光子。
[0071] 絕緣薄膜550方便于所述隔離工藝以形成單個(gè)的芯片，并由諸如SiO2、SiNx、AlN、ITO、Al2O3、MgF、SnO2、ZnO2之類的透明氧化物、透明氮化物或者透明氟化物構(gòu)成。優(yōu)選的是，絕緣薄膜550具有全方向反射(ODR)和分布布拉格反射(DBR)結(jié)構(gòu)。
[0072] 當(dāng)傳導(dǎo)性的厚膜是通過電鍍工藝形成時(shí)，具有在第二歐姆接觸電極540上形成的第一傳導(dǎo)性薄膜530、加強(qiáng)材料之間粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層、防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層或者晶種層的第二傳導(dǎo)性薄膜520由具有從Au、Al、Ag、Rh、Ru、Ir、Ti、V、Pd、W、Cr、Ni、Cu、Mo、Ta、Nb、Pt、NiCr、TiW、CuW、TiN、CrN和TiWN中選擇的至少一種材料形成。
[0073] 保護(hù)多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560的側(cè)面的側(cè)面鈍化薄膜580與絕緣薄膜550在結(jié)構(gòu)上接觸并且連接，并且用從Si3N4、SiO2和絕緣材料中選擇的至少一種材料形成。
[0074] 形成于多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560的上部的第一歐姆接觸電極570可以由具有從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、
稀土金屬和合金、金屬硅化物、半導(dǎo)體硅化物、CNTN、透明傳導(dǎo)性氧化物和透明傳導(dǎo)性氮化物中選擇的至少一種材料形成，以便形成具有低接觸
電阻率的歐姆接觸電極。特別是，優(yōu)選的是，執(zhí)行諸如退火、氧化、滲氮之類的
表面處理來形成具有低接觸電阻率的歐姆接觸電極。
[0075] 多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560具有當(dāng)通過第一歐姆接觸電極570和第二歐姆接觸電極540施加電流時(shí)產(chǎn)生光子的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)，并包括n型半導(dǎo)體包覆層、發(fā)光活動(dòng)層和p型半導(dǎo)體包覆層，每一層都由具有Inx(GayAl1-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y＞0)成份的單晶體所形成。參考圖5，當(dāng)?shù)谝粴W姆接觸電極570是n型歐姆接觸電極，第二歐姆接觸電極540是p型歐姆接觸電極時(shí)，優(yōu)選的是，n型半導(dǎo)體包覆層被定位于第一歐姆接觸電極570的底部上，p型半導(dǎo)體包覆層被定位于第二歐姆接觸電極540的上部。
[0076] 還優(yōu)選的是，在多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560的表面上形成通過表面紋理化或者圖案化處理的光提取結(jié)構(gòu)層或者
鋁膜納米格偏光片(nano-grid polarizer)，第一歐姆接觸電極570或者第二歐姆接觸電極540與多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜560接觸，將所述發(fā)光裝置內(nèi)產(chǎn)生的大多數(shù)光子朝外釋放。
[0077] 使用所述支撐襯底來制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法
[0078] 圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法的流程圖。圖7至圖17是圖示在圖6中所示的每個(gè)步驟的剖視圖。將參考圖7至圖17來描述圖6。
[0079] 參考圖6，用于制造垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置600的方法包括制備第一晶片(S610)、制備金屬箔片(S620)、制備第二晶片(S630)、粘結(jié)(S640)、分離藍(lán)寶石襯底(S650)、隔離多層發(fā)光結(jié)構(gòu)(S660)、第一晶片的后處理(S670)、分離所選擇的支撐襯底(S680)和制造單個(gè)的芯片(S690)。
[0080] 在制備第一晶片的步驟(S610)中，在藍(lán)寶石襯底的上部形成具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜和其它歐姆接觸電極等等，然后，用第一厚金屬膜1010a和第一—第一粘結(jié)層1020a1形成的第一晶片1001形成于它們的上面(圖10的(a))。
[0081] 圖7是圖示制備第一晶片1001的步驟。參考圖7，在藍(lán)寶石襯底710的上部層疊多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720之后(圖7的(a))，然后連續(xù)層疊第二歐姆接觸電極730、絕緣薄膜740和第一傳導(dǎo)性薄膜750(圖7的(b))，再層疊第二傳導(dǎo)性薄膜760(圖7的(c))。
[0082] 多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720是通過屬于常見的III-V族氮基半導(dǎo)體薄膜的生長裝備的MOCVD和MBE生長系統(tǒng)在藍(lán)寶石襯底710上連續(xù)層疊/生長基本層、n型半導(dǎo)體包覆層、發(fā)光活動(dòng)層和p型半導(dǎo)體包覆層而形成的，所述基本層是低溫和高溫
緩沖層。
[0083] 例如，III-V族氮基半導(dǎo)體薄膜720可以使用MOCVD(
金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)、
液相外延、氫化物
氣相外延、分子束外延或者M(jìn)OVPE(金屬有機(jī)氣相外延)裝備層疊在透明藍(lán)寶石襯底710的上部。所述發(fā)光裝置的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)是通過在藍(lán)寶石襯底的上部，在600℃或者更低的溫度直接層疊/生長低溫緩沖層，進(jìn)而連續(xù)層疊/生長高溫緩沖層、摻Si的n型半導(dǎo)體包覆層、半導(dǎo)體發(fā)光活動(dòng)層和摻Mg的p型半導(dǎo)體包覆層而形成的。
[0084] 所述III-V族氮基半導(dǎo)體薄膜的低溫和高溫緩沖層、n型半導(dǎo)體包覆層、半導(dǎo)體發(fā)光活動(dòng)層、p型半導(dǎo)體包覆層中的每一層具有Inx(GayAl1-y)N(1≤x≤0，1≤y≤0，x+y＞0)的成份。所述發(fā)光活動(dòng)層可以是分別由Inx(GayAl1-y)N阻擋層和Inx(GayAl1-y)N阱層構(gòu)成的單
量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)或者多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。具有在InN(～0.7eV)帶隙的長波長和
AlN(～6.2eV)帶隙的短波長之間的寬帶隙的發(fā)光裝置可以通過控制發(fā)光活動(dòng)層的In、Ga、Al的成份比例來制造。所述阱層的帶隙可以比所述阻擋層的帶隙低，以給其阱提供電子和孔穴載子來提高內(nèi)部
量子效率。特別的是，所述阱層和阻擋層中至少有一個(gè)可以是摻Si或者摻Mg來改善發(fā)光特性并降低正向工作
電壓。
[0085] 在分離所述藍(lán)寶石襯底之后，第一歐姆接觸電極，是n型歐姆接觸電極(圖14中的1410)，形成于所述n型半導(dǎo)體包覆層的表面上，第二歐姆接觸電極730和絕緣薄膜740是p型歐姆接觸電極，形成于所述p型半導(dǎo)體包覆層的表面上。在所述p型半導(dǎo)體包覆層的上部形成第二歐姆接觸電極730和絕緣薄膜740之前，可以進(jìn)一步通過表面紋理化或者圖案化而形成光提取結(jié)構(gòu)層或者鋁膜納米格偏光片，所述p型半導(dǎo)體包覆層是多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的最上部。
[0086] 第一傳導(dǎo)性薄膜750形成于第二歐姆接觸電極730的上部，如圖7(b)所示。當(dāng)傳導(dǎo)性厚膜是通過用電鍍工藝形成時(shí)，具有加強(qiáng)材料之間的粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層和防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層或者晶種層的第二傳導(dǎo)性薄膜760，形成于絕緣薄膜740和第一傳導(dǎo)性薄膜750的上部(圖7的(c))。
[0087] 如果需要的話，通過使用常規(guī)設(shè)置成多個(gè)矩形或者方形的圖案化和干式蝕刻工藝，可以將溝槽形成為直達(dá)多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的發(fā)光活動(dòng)層，或者更深，以便于形成單個(gè)的芯片，即使圖7中未示。
[0088] 形成于多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的上部的反射性第二歐姆接觸電極730通過用具有從Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金屬硅化物、Ag系列合金、Al系列合金、Rh系列合金、CNTN、透明傳導(dǎo)氧化物和透明傳導(dǎo)氮化物中選擇的至少一種材料形成。絕緣薄膜740可以由諸如SiO2、SiNx、AlN、ITO、Al2O3、MgF、SnO2、ZnO2等等之類的透明氧化物、透明氮化物或者透明氟化物形成。優(yōu)選的是，絕緣薄膜740是ODR結(jié)構(gòu)和DBR結(jié)構(gòu)。
[0089] 第一傳導(dǎo)性薄膜750和第二傳導(dǎo)性薄膜760可以是由具有從Au、Al、Ag、Rh、Ru、Ir、Ti、V、Pd、W、Cr、Ni、Cu、Mo、Ta、Nb、Pt、NiCr、TiW、CuW、TiN、CrN和TiWN中所選擇的至少一種材料形成。
[0090] 制備第一晶片的步驟(S610)可以通過接下來的程序來執(zhí)行。
[0091] 在形成于藍(lán)寶石襯底710上的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720上形成多個(gè)第二歐姆接觸電極。然后，再在多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720和多個(gè)第二歐姆接觸電極730上形成絕緣薄膜740。接著通過應(yīng)用絕緣薄膜740的部分蝕刻和沉積，再在多個(gè)第二歐姆接觸電極730上形成多個(gè)第一傳導(dǎo)性薄膜750。當(dāng)通過用電鍍工藝形成厚金屬膜1010a時(shí)，在絕緣薄膜740和多個(gè)第二歐姆接觸電極730之上形成具有
增強(qiáng)材料之間粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層和防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層或者晶種層的第二傳導(dǎo)性薄膜760。
[0092] 在制備金屬箔片的步驟中(S620)，在金屬箔片810的上表面和底表面上分別形成第二—第一粘結(jié)層1020b1和第一—第二粘結(jié)層1020a2(圖10的(b))。
[0093] 圖8是圖示具有散熱支座(圖5的510)的金屬箔片810的剖視圖。金屬箔片810是用從軋壓處理后的具有導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的厚度為0.1-999μm的金屬、合金或者固溶體中選擇的一種形成。優(yōu)選的是，金屬箔片810包括從Cu、Al、Ni、Nb、W、Mo、Ta、Ti、Au、Ag、Pd、Pt、Cr、Fe、V、Si和Ge中選擇的至少一種成份。
[0094] 在金屬箔片810的上表面和底表面上形成第一—第二粘結(jié)層1020a2和第二—第一粘結(jié)層1020b1之前，可以形成粘性增強(qiáng)層來改善粘結(jié)步驟(S640)中的粘結(jié)效果。
[0095] 在制備第二晶片的步驟(S630)中，具有與圖4所示的支撐襯底400的相同結(jié)構(gòu)的第二晶片1002是通過在所選擇的支撐襯底910上連續(xù)層疊/生長犧牲層920、第二厚金屬膜1010b和第二—第二粘結(jié)層1020b2來制備的(圖10的(c))。
[0096] 犧牲層920、厚金屬膜1010b和第二—第二粘結(jié)層1020b2可以是通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者電鍍的方式連續(xù)地形成于所選擇的支撐襯底910上。
[0097] 特別的是，犧牲層920是通過從由
電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)、濺鍍(sputtering)和PLD(
脈沖激光沉積)中所選擇的至少一種方法形成，并且第二厚金屬膜1010b和第一晶片的第一厚金屬膜1010a是通過電鍍或者無電鍍的方式形成于所述第一晶片上。
[0098] 另外，在第二厚金屬膜1010b上形成進(jìn)一步的擴(kuò)散阻擋層或者粘性增強(qiáng)層之后，可以形成第二—第二粘結(jié)層1020b2。
[0099] 在粘結(jié)步驟(S640)中，第一晶片1001的第一—第一粘結(jié)層1020a1和金屬箔片810的第一—第二粘結(jié)層1020a2、金屬箔片810的第二—第一粘結(jié)層1020b1和第二晶片
1002的第二—第二粘結(jié)層1020b2粘結(jié)為晶片到晶片的粘結(jié)(圖11)。對于這樣的粘結(jié)，優(yōu)選的是，每個(gè)粘結(jié)層是由具有從Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中選擇的至少一種材料的釬焊或者銅焊合金材料形成。進(jìn)一步而言，在形成每個(gè)粘結(jié)層之前，可以另外形成加強(qiáng)材料之間的粘結(jié)的粘性增強(qiáng)層和防止材料擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層。
[0100] 在粘結(jié)步驟(S640)中，第一厚金屬膜1010a和第二厚金屬膜1010b讓熱和結(jié)構(gòu)應(yīng)力衰減，并提供其它功能。因此，所述厚金屬膜可以由從具有高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的Au、Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt、Si中所選擇的至少一種成份的金屬、合金或者固溶體構(gòu)成，并可以通過用物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式形成，優(yōu)選的是通過電鍍或者無電鍍的方式形成。
[0101] 粘結(jié)步驟(S640)可以在100℃至600℃的溫度和1MPa至200MPa的壓力下通
過熱壓粘結(jié)方法來執(zhí)行。
[0102] 在粘結(jié)步驟之后，制造從第一晶片1001的藍(lán)寶石襯底710到第二晶片1002的所選擇的支撐襯底910的垂直構(gòu)造產(chǎn)物，如圖11中所示。
[0103] 在分離藍(lán)寶石襯底的步驟(S650)中，所述第一晶片的藍(lán)寶石襯底710從粘結(jié)步驟(S640)的粘結(jié)產(chǎn)物上分離(參見圖12)。
[0104] 藍(lán)寶石襯底710可以通過使用一般的激光剝離工藝來分離。當(dāng)強(qiáng)能量源的激光束照射到所述藍(lán)寶石襯底的背側(cè)時(shí)，在具有III-V族氮基半導(dǎo)體單晶體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720和藍(lán)寶石襯底710之間的界面吸收所述強(qiáng)激光，使得通過熱化學(xué)離解存在于所述界面的氮化鎵(GaN)來剝離藍(lán)寶石襯底710。
[0105] 此處，優(yōu)選的是，進(jìn)一步包括用從H2SO4、HCl、KOH和BOE中選擇的至少一種在30℃至200℃的溫度下來處理多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720暴露于空氣中的表面的步驟。還優(yōu)選的是，通過機(jī)械-化學(xué)
研磨和相繼的濕式蝕刻工藝完全除去藍(lán)寶石襯底710。所述藍(lán)寶石襯底的濕式蝕刻工藝可以在從
硫酸(H2SO4)、鉻酸(CrO3)、
磷酸(H3PO4)、鎵(Ga)、鎂(Mg)、銦(In)、鋁(Al)和它們的混合物中選擇的
蝕刻溶液中執(zhí)行。所述濕式蝕刻溶液的溫度可以是200℃或者更高。
[0106] 在完成藍(lán)寶石襯底710的分離之后，如圖12所示，從第一晶片1001的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720到第二晶片1002的所選擇的支撐襯底910形成一個(gè)產(chǎn)物。
[0107] 在隔離多層發(fā)光結(jié)構(gòu)的步驟(S660)中，執(zhí)行多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的隔離以提供多個(gè)發(fā)光裝置，所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的表面通過從藍(lán)寶石襯底710分離被暴露出來(見圖13)。
[0108] 圖13是在執(zhí)行隔離多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720為單個(gè)芯片尺寸和形狀之后的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的剖視圖，所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜從所述藍(lán)寶石襯底分離，并被暴露到空氣中。
[0109] 參考圖13，使用濕式蝕刻或者干式蝕刻工藝，執(zhí)行多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的隔離處理，直到絕緣薄膜740暴露在空氣中。
[0110] 在后處理所述第一晶片的步驟(S670)中，在每個(gè)隔離的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720上形成第一歐姆接觸電極1410，并且在多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的側(cè)面形成鈍化薄膜1420。
[0111] 圖14是形成有側(cè)面鈍化薄膜1420和第一歐姆接觸電極1410的產(chǎn)物的剖視圖。
[0112] 參考圖14，后處理步驟可以包括清潔、形成薄的側(cè)面鈍化膜1420和第一歐姆接觸電極1410以及退火，等等。
[0113] 在后處理所述第一晶片的步驟(S670)中，通過所述第一歐姆接觸電極材料沉積和退火工藝，在為多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的緩沖層或者n型半導(dǎo)體包覆層的上部形成熱穩(wěn)定的第一歐姆接觸電極。優(yōu)選的是，通過使用從Si3N4，SiO2或者電絕緣材料中選擇的至少一種材料，在III-V族氮基半導(dǎo)體裝置的側(cè)面或者表面上形成鈍化薄膜1420。
[0114] 另外，第一歐姆接觸電極1410可以由具有從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、稀土金屬和合金、金屬硅化物、半導(dǎo)性的硅化物、CNTN、透明傳導(dǎo)氧化物和透明傳導(dǎo)氮化物中選擇的至少一種材料形成。
[0115] 在分離所選擇的支撐襯底的步驟中(S680)，使用化學(xué)蝕刻工藝的激光剝離工藝從第二晶片1002上分離所選擇的支撐襯底910。
[0116] 圖15是圖示在所選擇的支撐襯底910從第二晶片1002上分離之后的產(chǎn)物的剖視圖。
[0117] 如上面所描述的分離藍(lán)寶石，當(dāng)所選擇的支撐襯底910是透光的，根據(jù)所述犧牲層所用的材料，通過在透明的所選擇的支撐襯底910的背側(cè)照射具有適當(dāng)吸收波長范圍的激光束來分離所選擇的支撐襯底910。當(dāng)照射激光束時(shí)，在犧牲層920和透明的所選擇的支撐襯底910之間的界面吸收強(qiáng)激光，使得所選擇的支撐襯底910通過熱化學(xué)離解犧牲層920的材料或者由于機(jī)械沖擊引起的分離來剝離所選擇的支撐襯底910。可以有額外的用諸如H2SO4、HCl、KOH和BOE之類的酸、
堿或者鹽溶液在30℃至200℃的溫度下處理暴露在空氣中的犧牲層920的殘留物的步驟。
[0118] 除了所述激光剝離工藝，所選擇的支撐襯底910可以通過機(jī)械-化學(xué)研磨和后繼的濕式蝕刻工藝來完全除去。用于犧牲層920的材料可以是與氮或者氧化合的單晶體、多晶體或者非晶體化合物，其示例包括GaN、InGaN、ZnO、InN、In2O3、ITO、SnO2、In2O3、Si3N4、SiO2、BeMgO、MgZnO、TiN、VN、CrN、TaN之類。
[0119] 進(jìn)一步而言，犧牲層920可以是從由金屬、合金、固溶體、氧化物、氮化物和耐熱有機(jī)材料組成的組中所選擇的至少一種材料，通過化學(xué)蝕刻從所選擇的支撐襯底910分開。在這種情況下，完全除去了所選擇的支撐襯底910，從而不必須進(jìn)行額外的激光剝離工藝。
[0120] 當(dāng)由金屬箔片810和厚金屬膜1010a、1010b所形成的散熱支座(圖17的1710)的厚度足夠厚以在結(jié)構(gòu)上是穩(wěn)定的，可以用額外的支座粘結(jié)工藝來執(zhí)行制造單個(gè)芯片的步驟。但是，優(yōu)選的是，當(dāng)散熱支座1710不是足夠厚得使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，由金屬、合金或者傳導(dǎo)性的粘接劑構(gòu)成的附加粘結(jié)層形成為輔助支座，并且粘到散熱支座1710，使其具有足夠的厚度，然后執(zhí)行制造單個(gè)芯片的步驟。
[0121] 此處，所述輔助支座可以由具有好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的諸如Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、AlGaN、GaAs、AlN、BeO等等之類的單晶體或者多晶體晶片，或者是諸如Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo、NiW等等之類的金屬箔片，或者是諸如Cu/Mo/Cu、Cu/W/Cu、Ni/Mo/Ni、Cu/Ti/Cu、Cu/AlN/Cu、Cu/Al2O3/Cu、Cu/GaAs/Cu、Cu/Si/Cu等等之類的
層壓板形成。
[0122] 另外，在用有機(jī)或者無機(jī)粘結(jié)材料在第一晶片1001的表面上粘結(jié)臨時(shí)支撐襯底之后，可以執(zhí)行分離所選擇的支撐襯底的步驟(S680)。
[0123] 在制造單個(gè)芯片的步驟(S690)中，通過垂直切割從所述粘結(jié)步驟(S640)到分離所選擇的支撐襯底的分離步驟(S680)產(chǎn)生的產(chǎn)物形成單個(gè)的芯片。
[0124] 圖16是圖示制造單個(gè)芯片的過程的剖視圖。
[0125] 參考圖16，通過使用諸如激光劃刻或者鋸割之類的機(jī)械切割工藝在隔離成芯片形狀的側(cè)面鈍化薄膜1420之間進(jìn)行切割，形成所述單個(gè)芯片。此處，在單個(gè)的芯片內(nèi)會(huì)有由于機(jī)械沖擊和因
激光切割和鋸割工藝中產(chǎn)生的大量的熱而出現(xiàn)的
熱解離所造成的微裂紋。但是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，金屬箔片810或者所述第一、第二厚金屬膜1010a、
1010b可以吸收機(jī)械沖擊并釋放熱量，使得這樣的問題可以緩解。
[0126] 圖17是圖示單芯片形式的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
[0127] 參考圖17，最終完成的半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有垂直的結(jié)構(gòu)，其中具有兩個(gè)厚金屬膜1010a、1010b和金屬箔片810的散熱支座1710牢固地形成于頂部。
[0128] 垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置II
[0129] 雖然圖5和圖17圖示的是具有兩個(gè)厚金屬膜和所述金屬箔片的散熱支座510、1710，但是可以只形成所述兩個(gè)厚金屬膜中的一個(gè)。在圖18和圖19中圖示具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的例子。
[0130] 圖18是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一例垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
[0131] 圖18中所示的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置1800包括散熱支座1810，其中第二厚金屬膜1010b通過粘結(jié)層1020b1、1020b2粘結(jié)到金屬箔片810的底部，而不形成第一厚金屬膜1010a。
[0132] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置1800具有第二厚金屬膜1010b—金屬箔片810—多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的垂直結(jié)構(gòu)。圖18中圖示的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以通過圖6中的圖示的方法形成。但是，在用于制備第一晶片的步驟(S610)中不形成第一厚金屬膜1010a。
[0133] 圖19是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一例垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
[0134] 圖19中所示的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置1900包括散熱支座1910，其中第一厚金屬膜1010a通過粘結(jié)層1020a1、1020a2粘結(jié)在金屬箔片810的上部，而不形成第二厚金屬膜1010b。
[0135] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置1900具有金屬箔片810—第一厚金屬膜1010a—多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜720的垂直結(jié)構(gòu)。
[0136] 在圖19中圖示的垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以通過圖6中圖示的方法來形成。但是，在用于制備第二晶片的步驟(S620)中不形成第二厚金屬膜1010b，或者當(dāng)所選擇的支撐襯底910被分離時(shí)，在晶片與晶片粘結(jié)后，除去第二厚金屬膜1010b，直到第二厚金屬膜1010a。
[0137] 可以通過使用圖4中的通過物理或者化學(xué)蝕刻工藝圖案化的支撐襯底除去第二厚金屬膜1010a。
[0138] 根據(jù)本發(fā)明的所述支撐襯底、垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法可以容易地應(yīng)用于其它領(lǐng)域。特別的是，它們也適用于具有垂直構(gòu)造的激光二極管、晶體管等等使用同質(zhì)外延(homo-epitaxial)的III-V族氮基半導(dǎo)體襯底和具有III-V族氮基半導(dǎo)體(其通過在藍(lán)寶石襯底的上部生長III-V族氮基半導(dǎo)體而形成)的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的各種光電裝置。
[0139] 雖然，已經(jīng)描述了特定的實(shí)施例，要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出如
權(quán)利要求所限定的各種改變和
修改而不偏離此處實(shí)施例的范疇。因此真正的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
[0140] 【工業(yè)應(yīng)用】
[0141] 當(dāng)垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是通過使用根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底所制造的時(shí)候，它不僅可以改善具有III-V族氮基半導(dǎo)體的多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜的LED的成品率，并且改善散熱和防止分離所述藍(lán)寶石襯底引起靜電。
[0142] 進(jìn)一步而言，當(dāng)垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是通過使用根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底來制造時(shí)，可以消除所述晶片粘結(jié)期間的晶片翹曲，通過減少在用激光剝離工藝分離所述藍(lán)寶石襯底等等期間在所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜中的應(yīng)力，并且使分離所述多層發(fā)光結(jié)構(gòu)薄膜為晶片粘結(jié)材料最小化。
[0143] 另外，當(dāng)垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是通過使用根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底所制造時(shí)，因?yàn)榭梢宰杂蓤?zhí)行諸如退火、側(cè)面鈍化等等之類的后處理，它可能提供不造成熱或者機(jī)械損壞的高可靠性的發(fā)光裝置。
[0144] 另外，當(dāng)垂直構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是通過使用根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底所制造時(shí)，由于可以在本發(fā)明中使用濕式蝕刻，它比現(xiàn)有的機(jī)械和激光工藝有顯著高的制造芯片的成品率。
[0145] 根據(jù)本發(fā)明的支撐襯底不僅允許通過應(yīng)用晶片粘結(jié)制造高質(zhì)量的氮基半導(dǎo)體單晶體多層薄膜，而且允許在分離所述藍(lán)寶石襯底后的進(jìn)行任何一類后處理，使得它適于制造具有包括所述金屬箔片或者厚金屬膜的高性能的散熱支座的發(fā)光裝置。
