專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管，以及使用藍(lán)寶石襯底蝕刻技術(shù)制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是當(dāng)正向電流流過(guò)它時(shí)發(fā)光的光學(xué)器件。早期的發(fā)光二極管具有半導(dǎo)體的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)且使用諸如磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)等化合物發(fā)射紅光或綠光。其后，發(fā)展了發(fā)射藍(lán)光或紫外光的各種發(fā)光二極管，用于顯示器、光源設(shè)備以及外圍應(yīng)用設(shè)備。近來(lái)，發(fā)展了使用紅、綠、藍(lán)三種芯片或熒光材料產(chǎn)生白光的發(fā)白光二極管，且發(fā)白光二極管廣泛地應(yīng)用于照明領(lǐng)域。
在發(fā)光二極管的薄膜層使用氮化物系發(fā)光物質(zhì)的情況下，使用晶格常數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)類似于氮化物系的藍(lán)寶石作為基礎(chǔ)襯底，以防止產(chǎn)生晶體缺陷。
然而，由于藍(lán)寶石是絕緣材料，因此在外延層的生長(zhǎng)表面上形成第一和第二電極。在兩個(gè)電極都在同一表面上形成的情況下，要求確保電極為引線接合保留足夠的空間，這樣就增加了發(fā)光二極管的芯片尺寸。
因此，每個(gè)晶片的芯片生產(chǎn)率受到限制。由于基礎(chǔ)襯底使用絕緣材料，因此它難以釋放來(lái)自外部的靜電，導(dǎo)致芯片次品的數(shù)目增加。在制造工藝中使用絕緣基礎(chǔ)襯底引起許多限制。由于藍(lán)寶石的低導(dǎo)熱性，在操作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不能充分散發(fā)。差的熱量散發(fā)將干擾用于高輸出功率的大電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及使用藍(lán)寶石襯底蝕刻技術(shù)制造該發(fā)光二極管的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的簡(jiǎn)化工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下的發(fā)光二極管。
提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括具有通過(guò)部分或整個(gè)蝕刻掉基礎(chǔ)襯底的表面形成的通孔的基礎(chǔ)襯底，在基礎(chǔ)襯底上形成的第一導(dǎo)電接觸層，在第一導(dǎo)電接觸層上形成的第一導(dǎo)電敷層，在第一導(dǎo)電敷層上形成的發(fā)光層，由發(fā)光層形成的第二導(dǎo)電敷層，在第二導(dǎo)電敷層上形成的第二導(dǎo)電接觸層，在第二導(dǎo)電接觸層上形成的第一電極，以及通過(guò)通孔連接到第一導(dǎo)電接觸層的第二電極。
該發(fā)光二極管還包括在基礎(chǔ)襯底和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的緩沖層，且緩沖層具有與基礎(chǔ)襯底的通孔至少部分對(duì)應(yīng)的通孔，在第一電極和第二導(dǎo)電接觸層之間形成的第一反射和歐姆層，以及在第二電極和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的第二反射和歐姆層。此外，第二電極擴(kuò)展到通孔外部，以在基礎(chǔ)襯底上形成焊盤(pad)，第一電極為包括Ni、Cr、Rh、Pd、Au、Ti、Pt、Au、Ta和Al中至少一種的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)，并且第二電極為包括Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr和Au中至少一種的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)。此外，第二電極具有從中心沿徑向延伸的多個(gè)分支。
這里，優(yōu)選地，由Inx(GayAl1-y)N形成緩沖層，Inx(GayAl1-y)N的組成比是1≥x≥0，1≥y≥0。此外，基礎(chǔ)襯底由藍(lán)寶石形成，基礎(chǔ)襯底的厚度在10μm至500μm之間，并且，優(yōu)選地，拋光沒(méi)有薄膜的襯底表面以使其具有低于10μm的粗糙度。
此外，第一導(dǎo)電接觸層是n型，第二導(dǎo)電接觸層是p型，由基礎(chǔ)襯底和緩沖層形成的通孔越接近第一導(dǎo)電接觸層越窄，并且，不形成薄膜的基礎(chǔ)襯底的表面設(shè)有凸起和凹坑。
優(yōu)選地，凸起和凹坑的單位長(zhǎng)度超過(guò)由發(fā)光二極管發(fā)射的光波長(zhǎng)的1/4n(n是折射率，因此每個(gè)凹坑指藍(lán)寶石的折射率，每個(gè)凸起指空氣的折射率)，以使基礎(chǔ)襯底具有光子晶體的性能。
此外，通過(guò)導(dǎo)電膏將第一電極接合在引線框上，通過(guò)引線接合將第二電極電連接到引線框。
該發(fā)光二極管還包括在第一電極和第二導(dǎo)電接觸層之間形成的第一反射和歐姆層，以及在第二電極和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的透明導(dǎo)電層，以此方式通孔在通孔的外部擴(kuò)展，以便覆蓋基礎(chǔ)襯底的預(yù)定尺寸的區(qū)域，透明導(dǎo)電層由ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO和Inx(GayAl1-y)N中的至少一種形成。
第一電極可以由透明導(dǎo)電材料形成，且優(yōu)選地，包括在第一導(dǎo)電接觸層之間形成的反射和歐姆層，以覆蓋基礎(chǔ)襯底和通孔的內(nèi)表面，第一電極優(yōu)選由ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO和Inx(GayAl1-y)N中的至少一種形成。優(yōu)選地，在第一電極由Inx(GayAl1-y)N形成的情況下，形成0.1μm至200μm的厚度。
這里，緩沖層優(yōu)選包括Inx(GayAl1-y)N，第一電極設(shè)有以網(wǎng)點(diǎn)(net)形式構(gòu)成的凸起和凹坑，發(fā)光二極管還可以包括在第一電極上形成且與第二導(dǎo)電接觸層接觸的第一電極焊盤。此外，通過(guò)導(dǎo)電膏將第一電極接合在引線框上，以及通過(guò)引線接合將第一電極電連接到引線框。
第一電極可以用諸如NiO和Ni/Au的透明電極形成，第一電極有歐姆層并具有用于透光的網(wǎng)點(diǎn)(net)形狀，具有削邊的基礎(chǔ)襯底，削邊形成的表面與其上形成緩沖層的表面相對(duì)，并且，優(yōu)選地，由Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)形成第一和第二導(dǎo)電接觸層、第一和第二敷層和發(fā)光層。
一種制造發(fā)光二極管的方法，包括順序地形成緩沖層、第一導(dǎo)電接觸層、第一導(dǎo)電敷層、發(fā)光層、第二導(dǎo)電敷層、第二導(dǎo)電接觸層和第一電極，研磨和拋光基礎(chǔ)襯底，在第一電極和基礎(chǔ)襯底的表面上形成保護(hù)層，通過(guò)蝕刻掉基礎(chǔ)襯底上的保護(hù)層暴露基礎(chǔ)襯底表面的某些區(qū)域，通過(guò)蝕刻掉基礎(chǔ)襯底和緩沖層的露出表面形成通孔，形成通過(guò)通孔連接到第一導(dǎo)電接觸層的第二電極。
制造發(fā)光二極管的方法還包括在淀積第一電極之后，在500℃至700℃的溫度下、氧氣或氮?dú)猸h(huán)境的熔爐中實(shí)施熱處理，并在研磨和拋光基礎(chǔ)襯底之前涂敷輔助襯底。這里，輔助襯底可以是諸如藍(lán)寶石、玻璃和石英的介質(zhì)襯底，諸如Si、GaAs、InP和InAs的半導(dǎo)體襯底，諸如ITO、ZrB和ZnO的導(dǎo)電氧化膜襯底以及諸如CuW、Mo、Au、Al和Au的金屬襯底中的一種，優(yōu)選地，通過(guò)蠟作為粘合劑涂敷輔助的襯底。
此外，對(duì)于研磨和拋光基礎(chǔ)襯底，基礎(chǔ)襯底被拋光，以使其表面的粗糙度低于1μm，通過(guò)使用BOE溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)或通過(guò)RIE干法蝕刻技術(shù)蝕刻基礎(chǔ)襯底上的保護(hù)層。
使用混合物溶液作為蝕刻劑形成通孔，該混合物溶液包含鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或多種，并且蝕刻劑在超過(guò)100℃的溫度下使用。
此外，使用濕法蝕刻技術(shù)和ICP/RIE或RIE的干法蝕刻技術(shù)兩種形成通孔，濕法蝕刻技術(shù)使用鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液作為蝕刻劑。濕法蝕刻技術(shù)用于蝕刻掉基礎(chǔ)襯底，干法蝕刻技術(shù)用于蝕刻掉緩沖層，緩沖層由Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)形成且用作蝕刻停止層。通過(guò)使用探針監(jiān)控通孔中的電性能決定是否暴露第一導(dǎo)電接觸層，并且干法蝕刻技術(shù)使用BCl3、Cl2、HBr和Ar中至少一種作為蝕刻氣體。
優(yōu)選地，該方法還包括在淀積第一電極之前在第二導(dǎo)電接觸層上形成第一歐姆層；以及在形成第二電極之前在第一導(dǎo)電接觸層上形成第二歐姆層；根據(jù)發(fā)光二極管取出(extracting)光的結(jié)構(gòu)，第一和第二歐姆層可具有光反射性能。此外，用透光的導(dǎo)電材料形成具有光反射性的第一歐姆層或第二歐姆層。
此外，在由透光導(dǎo)電材料形成第一電極和第二電極的步驟中在第一電極中形成暴露第二導(dǎo)電接觸層的開口，還包括第一電極上形成接觸第二導(dǎo)電接觸層的第一電極焊盤的步驟。可以通過(guò)電鍍技術(shù)形成第一電極和第二電極中的至少一個(gè)電極，并且該電極包括Ti、Au、Cu、Ni、Al和Ag中的至少一種金屬。
可以通過(guò)淀積NiO和NiAu并在超過(guò)100℃的溫度、在氧氣環(huán)境中實(shí)施熱處理形成第一電極和第二電極，通過(guò)VPE技術(shù)形成20μm至200μm厚的Inx(GayAl1-y)N形成第一電極，優(yōu)選地，基礎(chǔ)襯底為50μm至70μm厚，同時(shí)研磨和拋光基礎(chǔ)襯底。
通過(guò)使用鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)或化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行研磨和拋光基礎(chǔ)襯底。制造發(fā)光二極管的方法還包括通過(guò)實(shí)施干法蝕刻技術(shù)和濕法蝕刻技術(shù)中的至少一種技術(shù)將基礎(chǔ)襯底分為單個(gè)芯片。通過(guò)使用鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)分離基礎(chǔ)襯底。同時(shí)通過(guò)蝕刻基礎(chǔ)襯底露出的區(qū)域形成通孔，同時(shí)形成用于將基礎(chǔ)襯底分為單個(gè)芯片的劃片線以及便于光取出的凸起和凹坑。
制造發(fā)光二極管的方法還包括在基礎(chǔ)襯底上形成緩沖層之前在形成通孔的區(qū)域形成蝕刻停止層。
此外，本發(fā)明提供一種蝕刻藍(lán)寶石襯底的方法，該方法包括在藍(lán)寶石襯底上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜層以及通過(guò)將藍(lán)寶石襯底浸入作為蝕刻劑的鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液執(zhí)行濕法蝕刻。
這里，蝕刻藍(lán)寶石襯底的方法包括用ICP/RIE技術(shù)對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行干法蝕刻，并可在濕法蝕刻之前實(shí)施干法蝕刻。這里，在濕法蝕刻工藝中，將鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物加熱到100℃以上。優(yōu)選地，通過(guò)使用光吸收的間接加熱技術(shù)加熱蝕刻劑。
提供一種制造發(fā)光二極管的方法，包括在基礎(chǔ)襯底上順序地淀積緩沖層、第一導(dǎo)電接觸層、第一導(dǎo)電敷層、發(fā)光層、第二導(dǎo)電敷層、第二導(dǎo)電接觸層和第一電極，在基礎(chǔ)襯底上涂敷輔助襯底；通過(guò)拋光或蝕刻基礎(chǔ)襯底部分地或完全地除去預(yù)定厚度的基礎(chǔ)襯底，并形成與第一導(dǎo)電接觸層建立電連接的第二電極。
這里，優(yōu)選地，拋光或蝕刻之后基礎(chǔ)襯底的厚度是0.1μm至250μm之間的厚度。
提供一種發(fā)光二極管，包括具有頂面和底面的導(dǎo)電接收器襯底，在接收器襯底的底面上形成的第一電極，在接收器襯底的上表面形成且具有導(dǎo)電性的連接層，在連接層上形成的光反射層，在光反射層上形成的第一敷層，在第一敷層上形成的發(fā)光層，在發(fā)光層上形成的第二敷層，在第二敷層上形成的第二電極。
這里，該發(fā)光二極管還包括在第一電極和接收器襯底之間的第一接收器接觸層，在接收器襯底和連接層之間形成的第二接收器接觸層，在光反射層和第一敷層之間形成的第一導(dǎo)電接觸層，以及在第二敷層和第二電極之間形成的第一導(dǎo)電接觸層。
此外，該發(fā)光二極管還包括在光反射層和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的導(dǎo)電透明電極，以及在第二電極和第二導(dǎo)電接觸層之間形成的第二電極歐姆層。
用包括Ti、Ni、In、Pd、Ag、Au和Sn中的至少一種金屬形成連接層，且連接層可以是具有導(dǎo)電性的環(huán)氧薄膜。
此外，第一導(dǎo)電接觸層是p型，第二導(dǎo)電接觸層是n型，用諸如Si、GaP、InP、InAs、GaAs和SiC的半導(dǎo)體襯底、金屬襯底或諸如Au、Al、CuW、Mo和W的金屬膜形成導(dǎo)電接收器襯底，光反射層包括Ni、Al、Ag、Au、Cu、Pt和Rh中的至少一種金屬。發(fā)光二極管還包括在第二導(dǎo)電接觸層上形成的緩沖層以及在緩沖層上形成的基礎(chǔ)襯底，基礎(chǔ)襯底設(shè)有通孔。優(yōu)選地，藍(lán)寶石襯底的厚度在10μm至300μm的范圍之內(nèi)，且藍(lán)寶石襯底在表面上具有凸起和凹坑，以使其獲得光子晶體性能。
通過(guò)以下方法制造發(fā)光二極管，在藍(lán)寶石上順序地淀積緩沖層、n型接觸層、有源層、p型接觸層，在接收器襯底的各個(gè)相對(duì)側(cè)形成第一和第二接收器接觸層，至少在p型接觸層和第二接收器接觸層之一上形成連接層，通過(guò)以使p型接觸層和第二接收器接觸層互相面對(duì)的狀態(tài)的熱壓縮連接藍(lán)寶石襯底和接收器，研磨和拋光基礎(chǔ)襯底，在基礎(chǔ)襯底上淀積氧化膜(SiO2)，通過(guò)使氧化膜構(gòu)成圖案和蝕刻氧化膜部分地暴露基礎(chǔ)襯底，通過(guò)蝕刻藍(lán)寶石襯底形成通孔，并在n型接觸層和第一接收器接觸層上分別形成第二電極和第一電極。這里，制造發(fā)光二極管還包括在p型接觸層和第二接收器接觸層中的至少一個(gè)層上形成連接層之前，在p型接觸層上形成導(dǎo)電透明電極層和光反射層。通過(guò)用鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)以及ICP/RIE干法蝕刻技術(shù)中的至少一種技術(shù)蝕刻藍(lán)寶石襯底。通過(guò)濕法蝕刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底和緩沖層，濕法蝕刻技術(shù)用于蝕刻藍(lán)寶石襯底，干法蝕刻技術(shù)用于蝕刻緩沖層。在真空或包括Ar、He、Kr、Xe和N2中至少一種氣體環(huán)境中實(shí)施熱壓縮。在溫度為200℃至600℃、1MPa至6Mpa之間的壓力下實(shí)施熱壓縮1至60分鐘。
通過(guò)以下步驟制造發(fā)光二極管在藍(lán)寶石上順序地淀積緩沖層、n型接觸層、有源層、p型接觸層，在接收器襯底的各個(gè)相對(duì)側(cè)形成第一和第二接收器接觸層，至少在p型接觸層和第二接收器接觸層之一上形成連接層，通過(guò)以使p型接觸層和第二接收器接觸層互相面對(duì)的狀態(tài)的熱壓縮連接藍(lán)寶石襯底和接收器，研磨和拋光基礎(chǔ)襯底，在基礎(chǔ)襯底上淀積氧化膜(SiO2)，通過(guò)在氧化膜上構(gòu)成圖案和蝕刻氧化膜部分地暴露基礎(chǔ)襯底，通過(guò)蝕刻藍(lán)寶石襯底形成通孔，并在n型接觸層和第一接收器接觸層上分別形成第二電極和第一電極。
這里，制造發(fā)光二極管還包括在p型接觸層和第二接收器接觸層的至少一個(gè)層上形成連接層之前，在p型接觸層上形成導(dǎo)電透明電極層和光反射層。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在藍(lán)寶石襯底的方向上觀察到的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
圖5是通過(guò)采用硫酸和磷酸的混合溶液的濕法蝕刻在藍(lán)寶石襯底上形成具體圖形之后的表面的照片。
圖6是在ICP/RIE干法蝕刻中藍(lán)寶石和GaN的蝕刻速度的曲線圖。
圖7是通過(guò)采用硫酸和磷酸混合蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)的藍(lán)寶石和GaN的蝕刻速度的曲線圖。
圖8是通過(guò)濕法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底之后的緩沖層的照片。
圖9是除去藍(lán)寶石襯底之后的氮化物系半導(dǎo)體層的電壓-電流特性曲線的曲線圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的垂直電極結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管的剖面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的垂直電極型發(fā)光二極管的剖面圖。
圖12是在藍(lán)寶石襯底上觀察到的垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的平面圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的從第一電極上觀察到的發(fā)光二極管芯片的頂視圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的頂視圖，在第一電極的方向上觀察到的。
圖19是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖20是闡明根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光二極管在制造的中間階段的剖面圖。
圖21是示出圖20的下一個(gè)階段以及闡明電極襯底如何粘附到其上形成外延層和接觸層的基礎(chǔ)襯底的剖面圖。
圖22是示出圖21的下一階段以及闡明如何除去基礎(chǔ)襯底的剖面圖。
圖23是示出圖22的下一階段以及闡明如何形成第一和第二電極的剖面圖。
圖24是闡明通過(guò)后側(cè)研磨和蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底之后的n型接觸層15的截面輪廊以及光集聚效應(yīng)的附圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，為了清楚，放大了層、膜和區(qū)域的厚度。相同的標(biāo)記始終指相同的元件。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)一個(gè)諸如層、膜或襯底的元件被稱為在另一元件“上”時(shí)，它可以直接在另一元件上，或者可能存在中間元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件被稱為直接在另一個(gè)元件“上”時(shí)，不存在中間元件。
下面參考

根據(jù)本發(fā)明的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖，以及圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在所示的藍(lán)寶石襯底方向上觀察到的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光二極管包括引線框20和21、粘附在引線框20和21上的芯片，將芯片粘結(jié)到引線框20的導(dǎo)電膏22以及用于將芯片的電極連接到引線框21的引線24。
以這樣的方式形成芯片在藍(lán)寶石襯底17按順序淀積緩沖層16、n型接觸層15、n型敷層143、發(fā)光層142、p型敷層141、p型接觸層13、第一歐姆和光反射層11以及第一電極12，第二歐姆層18和第二電極19在貫穿藍(lán)寶石襯底17和緩沖層16的通孔內(nèi)形成。
這里，第二歐姆層18部分地涂敷通孔的內(nèi)表面且接觸接觸層15，形成第二電極19，以致填充通孔至預(yù)定深度。為了便于光發(fā)射以及防止電極在形成過(guò)程中破裂，優(yōu)選地，通孔的直徑隨著其深度的增加逐漸減小。同時(shí)，可將通孔的水平斷面改為圓形、方形等形狀，并且通孔的數(shù)目可以是一個(gè)或多個(gè)。
藍(lán)寶石襯底17的厚度在10μm至300μm的范圍之內(nèi)，優(yōu)選地，在40μm和150μm之間。
藍(lán)寶石襯底17的表面具有凸起和凹坑。優(yōu)選地，凸起和凹坑的單位長(zhǎng)度大于1/4n(“n”是折射率。對(duì)于凹坑，“n”是藍(lán)寶石的折射率，對(duì)于凸起，“n”是空氣的折射率)，以使藍(lán)寶石襯底的表面具有光子晶體的性能。凸起和凹坑通過(guò)全反射控制光的方向朝著藍(lán)寶石襯底17的法線方向前進(jìn)。優(yōu)選地，凹坑的深度大于1μm。優(yōu)選地，凹坑可以大于5μm以通過(guò)增加全反射的臨界角增加發(fā)光效率。凹坑的深度范圍可以在0.1μm到50μm的范圍之內(nèi)。
第一電極12由Ni、Cr、Rh、Pd、Au、Ti、Pt、Ta、Al的至少一種以及這些材料中某幾種的合金構(gòu)成，緩沖層16以及n型接觸層15和p型接觸層13由Inx(AlyGa1-y)N構(gòu)成。這里，x和y的范圍從0至1。優(yōu)選地，第一歐姆和光反射層11由Pt、Ni以及它們的強(qiáng)耐酸合金之中的一種制成，且具有優(yōu)良的附著SiO2的能力，以防止該層在濕法蝕刻工序中被損壞。特別優(yōu)選地，第一歐姆和光反射層11由Pt、Ni/Pt、Ni/Ti/Pt、Ni/Au/Ni等之中的一種制成。
n型接觸層15中摻雜了硅摻雜劑，硅摻雜劑的濃度大于1018原子/cm3，p型接觸層13中摻雜了Mg摻雜劑，Mg摻雜劑的濃度大于1018原子/cm3，以使特定接觸電阻小于1×10-1Ωcm。
同時(shí)，第二電極19由Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr、Au中的一種金屬或某幾種金屬的合金制成。特別優(yōu)選地，第二歐姆層18和第二電極19由Ni/Ti/Au、Ti/Ni/Au、Ni/Au、Ti/Au和Ti/Al中的一種合金制成。第二電極19可與第二歐姆層18一起淀積，或者可在第二歐姆層18淀積之后淀積。優(yōu)選地，第二電極19具有包括Au的金屬結(jié)構(gòu)，以利于封裝工序中的引線接合。
n型敷層143和p型敷層141以及發(fā)光層142由Inx(GayAl1-y)N構(gòu)成，其中x和y的組成比是1≥x≥0，1≥y≥0。也就是說(shuō)，n型敷層143和p型敷層141以及發(fā)光層142可以由GaN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等制成。發(fā)光層142可以形成為具有單量子阱(single quantum well)或多量子阱(multiple quantum well)結(jié)構(gòu)，該單量子阱和多量子阱結(jié)構(gòu)通過(guò)阻擋層和Inx(GayAl1-y)N的阱層形成。發(fā)光層142可以摻雜硅，以降低發(fā)光二極管的工作電壓。此外，通過(guò)調(diào)整發(fā)光層142中的In、Ga和Al的組成比可以制造發(fā)射波長(zhǎng)從InN(～2.2eV)帶隙的長(zhǎng)波長(zhǎng)到AlN(～6.4eV)的短波長(zhǎng)的各種發(fā)光二極管。
第一歐姆和反光層11可為單層或多層。在本實(shí)施例中，用包括Pt、Ni、Rh、Au和Ag等之中的一種或幾種的混合物形成第一歐姆和反光層11。優(yōu)選地，第一歐姆和反光層11的光反射率大于50％，以增加亮度。
在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)光層142處產(chǎn)生的光通過(guò)藍(lán)寶石襯底17發(fā)射。
在上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中，在芯片的上表面和下表面分別形成第一電極12和第二電極19，以減小芯片尺寸。因此，顯著地增加每個(gè)晶片的芯片生產(chǎn)率。此外，在藍(lán)寶石襯底17上形成通孔，以及第二電極由導(dǎo)體制成并在有效釋放熱量和靜電的通孔中形成，以提高器件的可靠性。
而且，電流溢出芯片的整個(gè)水平截面以及有效的熱量釋放允許用高電流操作芯片，以便用單個(gè)器件獲得高的光輸出。由于這些器件滿足在照明和液晶顯示器的背光單元中的應(yīng)用所必需的高亮度性能，因此它可以被廣泛地使用。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的頂視圖。
如圖4所示，在第二實(shí)施例中第二電極19從中心圓向外部伸出分支，以便改善電流分布和熱輻射?？梢砸愿鞣N形狀修改第二電極19的俯視圖。
現(xiàn)在，說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制造方法。
在藍(lán)寶石(Al2O3)襯底17上按順序淀積緩沖層16、n型接觸層15、n型敷層143、發(fā)光層142、p型敷層141以及p型接觸層13，淀積所使用的方法是金屬有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積、液相外延、分子束外延、氫化物汽相外延、金屬有機(jī)汽相外延(MOVPE)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積、液相外延、分子束外延、以及汽相外延中的任何一種。
按照順序，第一歐姆和光反射層11在p型接觸層13上形成，并且第一電極12在第一歐姆層和光反射層11上形成。這里，使用電子束淀積、熱蒸發(fā)、濺射等方法之中的至少一種形成Rh/Au/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Ti/Au或Pt/Au的第一歐姆和反光層11和第一電極12。在淀積第一電極12之后，通過(guò)在溫度為300℃和700℃之間(優(yōu)選地，在400℃和600℃之間)的填充有氧氣或氮?dú)獾娜蹱t中實(shí)施熱處理，在第一電極12和第一歐姆和光反射層11之間形成歐姆接觸，以減小與半導(dǎo)體層的接觸電阻。
下一步，在第一電極12上粘附輔助襯底(未示出)，輔助襯底可以是下列襯底中的任意一種諸如藍(lán)寶石、玻璃和石英之類的介質(zhì)襯底；諸如Si、GaAs、InP和InAs之類的半導(dǎo)體襯底；諸如氧化銦錫(ITO)、ZrB和ZnO之類的導(dǎo)電氧化膜襯底。
可以通過(guò)使用蠟作為接合劑粘附輔助襯底，以便在處理之后易于分離。有時(shí)，可以通過(guò)由Ni、Ti、Au、Pt、In、Pd、Ag以及Sn之中至少一種制成的易熔金屬粘附層粘附輔助襯底。在后一種情況中，粘附的襯底變?yōu)樾酒囊徊糠侄槐蝗コ?。在使用易熔金屬作為粘附層的情況下，藍(lán)寶石襯底17被全部或部分地蝕刻，以露出緩沖層。
當(dāng)藍(lán)寶石襯底17被削薄或全部去除時(shí)，輔助襯底作為芯片的支撐物和電流的通路，而不被去除。在此情況下，輔助襯底變?yōu)榻邮掌饕r底。
使用輔助襯底的原因是為了在工序期間便于處理襯底，所述工序諸如將藍(lán)寶石襯底拋光到足夠薄以降低為了形成通孔而蝕刻藍(lán)寶石的時(shí)間。使用輔助襯底有助于增加成品率。
當(dāng)輔助襯底變?yōu)榻邮掌饕r底時(shí)，要求輔助襯底具有導(dǎo)電性。因此，輔助襯底由以下半導(dǎo)體中至少一種制成諸如摻雜的Si、GaAs、InP和InAs之類的導(dǎo)電的半導(dǎo)體；諸如ITO、ZrB和ZnO之類的導(dǎo)電的非金屬材料；諸如CuW、Mo、Au、Al和Au之類的金屬。當(dāng)輔助襯底變?yōu)榻邮掌饕r底時(shí)，通過(guò)使用諸如Ni、Ti、Au、Pt、In、Pd、Ag和Sn之類的易熔金屬的熱壓接合緊密接合輔助襯底。這里，在1MP和6MP之間的壓力以及在200℃至600℃的溫度下實(shí)施接合工序1至60分鐘。
特別地，在使用金屬作為輔助襯底的情況下，可以通過(guò)熱壓接合粘接金屬襯底，或者，可以通過(guò)被覆Ag、Au、Cu、Pt、Ni之中的一種金屬或它們的混合物以形成金屬襯底?？梢酝ㄟ^(guò)電鍍或化學(xué)鍍技術(shù)來(lái)被覆金屬。優(yōu)選地，用作輔助襯底的鍍金屬層的厚度大于1μm。
下一步，在p型接觸層13上淀積1μm厚度的諸如旋涂玻璃(SOG)、SiNx和SiO2的保護(hù)層之后，研磨并拋光藍(lán)寶石襯底17以具有鏡狀表面，淀積保護(hù)層是為了在濕法或干法蝕刻工序過(guò)程中保護(hù)半導(dǎo)體的表面。
可通過(guò)以下一種或多種方法研磨藍(lán)寶石襯底化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、感應(yīng)耦合等離子體/反應(yīng)離子蝕刻(ICP/RIE)、干法蝕刻以及使用氧化鋁(Al2O3)粉末的機(jī)械研磨、以及濕法蝕刻，濕法蝕刻采用鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)之中的一種或混合物制成的蝕刻劑。
這里，優(yōu)選地，藍(lán)寶石襯底17十分薄，但是如果太薄，它可能容易彎曲且難以處理。因此，將藍(lán)寶石襯底17加工為約10μm～300μm(優(yōu)選地，50μm～70μm)的厚度。同時(shí)，拋光后的藍(lán)寶石襯底17的表面粗糙度應(yīng)小于10μm。在蝕刻藍(lán)寶石襯底17和緩沖層16的過(guò)程中，藍(lán)寶石襯底17的粗糙度轉(zhuǎn)移到n型接觸層15和下面的層。因此，如果藍(lán)寶石襯底17的粗糙度太大，那么發(fā)光二極管的層狀結(jié)構(gòu)可能由于粗糙度的轉(zhuǎn)移而遭到破壞。
在拋光工序之后，清洗藍(lán)寶石表面并在藍(lán)寶石襯底17的表面上淀積諸如SiNx或SiO2的保護(hù)層。然后形成用于產(chǎn)生凸起和凹坑的蝕刻掩模，并蝕刻藍(lán)寶石襯底17以產(chǎn)生凸起和凹坑。這里，保護(hù)層應(yīng)保持在即將形成通孔的區(qū)域，以便在蝕刻藍(lán)寶石襯底17時(shí)保護(hù)通孔區(qū)域的鏡面。
實(shí)施藍(lán)寶石表面清洗工序，以便除去拋光工序中使用的蠟，并借助于丙酮清洗、紫外光(UV)照射、或采用包括HCI、HNO3、KOH、NaOH、H2OSO4、H3PO4以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)之中至少一種的混合物溶液的濕法蝕刻實(shí)施清洗工序。殘留在拋光后的藍(lán)寶石表面的任何一種蠟都可能降低保護(hù)薄膜的粘結(jié)性(cohesiveness)。
在藍(lán)寶石襯底17上形成凸起和凹坑之后，除去藍(lán)寶石表面上涂敷的保護(hù)膜，然后通過(guò)淀積硅酸膠合劑(SiO2)層或涂敷旋涂玻璃(SOG)分別在第一電極12和藍(lán)寶石襯底17上形成保護(hù)層。
順序地，通過(guò)光蝕刻形成SiO2或SOG保護(hù)膜的圖案，以便部分地露出藍(lán)寶石襯底17，以在藍(lán)寶石襯底17中形成通孔。這里，通過(guò)反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或用緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液實(shí)施保護(hù)膜的蝕刻。
也可以用通孔在同一時(shí)刻形成藍(lán)寶石表面的凸起和凹坑。也就是說(shuō)，由于藍(lán)寶石的蝕刻深度與蝕刻掩模的開口區(qū)域的尺寸成比例，因此通過(guò)在即將成為通孔的位置形成寬的開口區(qū)域以及在即將成為凹坑的位置形成窄的開口區(qū)域使蝕刻在適當(dāng)?shù)纳疃韧Ｖ?。?yōu)選地，寬的開口區(qū)域?qū)挼阶阋栽试S在藍(lán)寶石襯底17下面的緩沖層16被蝕刻。
此外，當(dāng)使用藍(lán)寶石襯底17的濕蝕刻性能形成通孔時(shí)，有可能形成器件的劃片線或分離線。
藍(lán)寶石襯底的濕蝕刻的前進(jìn)具有某些方向特點(diǎn)。盡管它沒(méi)有描述為一個(gè)實(shí)例，但是用于形成氮化物系半導(dǎo)體薄膜的藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底具有(0001)的C面，以致以相對(duì)于底面傾斜20至50度的角度形成蝕刻面。這是因?yàn)?0001)面的蝕刻速度不同于諸如M、A和B面之類的其它蝕刻面的蝕刻速度。因此，蝕刻深度根據(jù)用于蝕刻的線寬或開口的面積變化而變化，如果蝕刻前進(jìn)到某一深度，那么蝕刻的部分具有V-凹槽形狀，以形成劃片線。通過(guò)濕法蝕刻形成的劃片線比通過(guò)金剛石筆形成的劃片線更清潔和清楚。
對(duì)于劃片線來(lái)說(shuō)具有超過(guò)1μm的蝕刻深度是有效的。由于在通孔蝕刻過(guò)程中蝕刻在適當(dāng)?shù)纳疃韧Ｖ?，因此自?dòng)地形成劃片線，以便形成用于分離芯片的劃片線而無(wú)需附加的工序。在本發(fā)明中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)濕法和干法蝕刻技術(shù)形成用于分開芯片的微小劃片線，使切割表面具有明確的斜度，以便于器件的分離。
在此期間，通過(guò)ICP/RIE或RIE將藍(lán)寶石襯底17蝕刻至一個(gè)深度且通過(guò)將藍(lán)寶石襯底浸入HCl、HNO3、KOH、NaOH、H2SO4、H3PO4以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)之中的一種溶液或混合物溶液蝕刻藍(lán)寶石襯底17，以穿透藍(lán)寶石襯底17，以便完全形成通孔。使用干法和濕法兩種蝕刻是用于防止通孔的頂部和底部的水平截面面積比過(guò)大。也就是說(shuō)，通過(guò)干法蝕刻將藍(lán)寶石襯底17蝕刻至一深度，以便形成具有均勻的水平截面區(qū)域的通孔上部。然后，通過(guò)濕蝕刻法蝕刻藍(lán)寶石襯底17，以便形成具有傾斜側(cè)壁的通孔下部。優(yōu)選地，底部與頂部截面積比約為0.9，但是可以制造具有相反的底部與頂部表面面積比的器件。
下一步，通過(guò)諸如ICP/RIE或RIE技術(shù)的干法蝕刻技術(shù)蝕刻緩沖層16，以形成露出n型接觸層15的通孔。
按照下面的步驟進(jìn)行藍(lán)寶石襯底17的濕法蝕刻。
以一測(cè)量的藍(lán)寶石襯底蝕刻速度為基礎(chǔ)，將藍(lán)寶石襯底17浸入蝕刻劑一段時(shí)間，其中藍(lán)寶石襯底可以被蝕刻超過(guò)藍(lán)寶石襯底17的厚度偏差。
蝕刻劑具有這樣的性能它對(duì)于緩沖層16的蝕刻速度比對(duì)藍(lán)寶石襯底17的蝕刻速度慢10倍。也就是說(shuō)，緩沖層16與藍(lán)寶石襯底17的蝕刻選擇率等于或大于10。因此，當(dāng)藍(lán)寶石襯底17被完全蝕刻時(shí)，由于緩沖層16的蝕刻速度足夠慢，所以可防止緩沖層16底下的層被損壞。
在此期間，優(yōu)選地，蝕刻劑的溫度保持在100℃以上。為了保持蝕刻劑的溫度在100℃以上，可使用兩種加熱技術(shù)，即直接加熱和間接加熱，直接加熱時(shí)蝕刻劑位于加熱器上或接觸加熱器，間接加熱使用具有鹵燈吸收光。
可以通過(guò)ICP/RIE技術(shù)蝕刻藍(lán)寶石襯底17。盡管優(yōu)選增加ICP和RIE的功率以加快對(duì)藍(lán)寶石襯底17的蝕刻速度，但是當(dāng)增加ICP和RIE的功率時(shí)，需要精細(xì)的工序管理來(lái)防止底層被損壞。
圖5是在借助于蝕刻掩模在藍(lán)寶石襯底17上形成特定圖形，然后用硫酸和磷酸的混合物溶液蝕刻藍(lán)寶石襯底之后，藍(lán)寶石襯底17的表面的照片。
如圖5所示，蝕刻后的側(cè)壁和藍(lán)寶石襯底表面是平滑的。在330℃的溫度蝕刻20分鐘后藍(lán)寶石襯底17被蝕刻掉22.4μm。蝕刻速度是1.1μm/分。該蝕刻速度值得緊密注意且在考慮批量生產(chǎn)時(shí)不會(huì)造成問(wèn)題。與其他技術(shù)相比，濕法蝕刻技術(shù)對(duì)批量生產(chǎn)是有利的，因?yàn)橐粋€(gè)濕法蝕刻設(shè)備一次可以濕蝕刻多個(gè)晶片。
在采用本發(fā)明進(jìn)行批量生產(chǎn)的情況下，重要的是保證藍(lán)寶石襯底17與氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻選擇率足夠大的工藝條件。對(duì)于批量生產(chǎn)有效的方法是使用氮化物系半導(dǎo)體作為蝕刻停止層?？梢允褂糜蒊nx(GayAl1-y)N系材料(1≥x≥0，1≥y≥0)制成的氮化物半導(dǎo)體層作為蝕刻停止層。優(yōu)選地，對(duì)于蝕刻停止，增加鋁的組成比以及使用濃度為1×1017cm-3的摻雜Mg的Inx(GayAl1-y)N系材料。
當(dāng)通過(guò)用330℃的混合比為3∶1的硫酸和磷酸的混合物溶液的濕蝕刻法蝕刻未摻雜的GaN、摻雜Mg的p-GaN以及摻雜Si的n-GaN時(shí)，表現(xiàn)出蝕刻速度的順序是p-GaN＜未摻雜的GaN＜n-GaN，因此它們的損傷率處于同一級(jí)，當(dāng)溫度增加超過(guò)300℃時(shí)損傷率顯著地增加。
根據(jù)該結(jié)果判斷，在通過(guò)用硫酸和磷酸的混合物蝕刻劑與氮化物半導(dǎo)體共同蝕刻藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底形成通孔的情況下，優(yōu)選地，使用未摻雜的GaN或摻雜Mg的GaN且在低于330℃的溫度下實(shí)施蝕刻工序，以增加藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底和氮化物半導(dǎo)體之間的蝕刻選擇率。
在某些情況下，在藍(lán)寶石襯底17上形成緩沖層16之前，可以在藍(lán)寶石襯底17上即將形成通孔的區(qū)域通過(guò)部分地形成SiO2或SiNx的保護(hù)膜形成附加的蝕刻停止層。特別地，由于硫酸和磷酸的混合蝕刻劑中硫酸的組成比超過(guò)50％時(shí)，蝕刻停止層不會(huì)被蝕刻掉，因此SiO2作為蝕刻停止層是有效的。
圖6是用ICP/RIE干法蝕刻的藍(lán)寶石和GaN的蝕刻速度的曲線圖。
如圖6所示，當(dāng)ICP和RIE的功率增加時(shí)，藍(lán)寶石和氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻速度增加，但是藍(lán)寶石和氮化物系半導(dǎo)體之間的蝕刻選擇率減小。而且，氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻速度高于藍(lán)寶石的蝕刻速度。
這些結(jié)果表明，當(dāng)ICP/RIE用作蝕刻方法時(shí)，蝕刻在氮化物系半導(dǎo)體的緩沖層16處難以實(shí)施蝕刻停止，以致于需要利用諸如光學(xué)分析技術(shù)或剩余氣體分析技術(shù)之類的技術(shù)在緩沖層16處停止蝕刻工序。但是，盡管使用這些技術(shù)，成功概率也可能較低。但是在濕法蝕刻法中，通過(guò)使用氮化物系緩沖層16作為蝕刻停止層可以確保批量生產(chǎn)需要的工序利潤(rùn)。
圖7是采用硫酸和磷酸混合物蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)的藍(lán)寶石和GaN的蝕刻速度的曲線圖。在圖7中，方塊表示藍(lán)寶石的蝕刻率，圓圈表示GaN的蝕刻率。
如圖7所示，在硫酸和磷酸的混合物蝕刻劑中藍(lán)寶石與氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻選擇率可以超過(guò)50。該結(jié)果表明緩沖層16作為藍(lán)寶石襯底17的蝕刻停止層是有效的。實(shí)驗(yàn)證明，盡管蝕刻的工藝溫度是100℃，獲得超過(guò)20的蝕刻選擇率是可能的。
特別地，當(dāng)蝕刻溫度超過(guò)特定值時(shí)，藍(lán)寶石的蝕刻速度超過(guò)1μm/min。
考慮到整個(gè)制造成本、生產(chǎn)率以及工藝穩(wěn)定性，本發(fā)明提出的方法優(yōu)于常規(guī)方法。
在硫酸和磷酸的相關(guān)性、蝕刻劑的混合比以及藍(lán)寶石和氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻速度的檢查中，當(dāng)硫酸百分比超過(guò)50％時(shí)，藍(lán)寶石的蝕刻速度更快以及氮化物系半導(dǎo)體的損壞量更小。另外，如果硫酸的百分比增加超過(guò)90％，那么氮化物系半導(dǎo)體的損壞足夠小，但是藍(lán)寶石蝕刻速度再次變得更慢。
如果硫酸的百分比低于50％，那么藍(lán)寶石蝕刻速度變得太慢，氮化物半導(dǎo)體的損壞增加以及SiO2的蝕刻速度變快，以致SiO2不能作為蝕刻掩模。因此，要求使用包括50％以上硫酸的蝕刻劑，以便通過(guò)增加藍(lán)寶石的蝕刻速度以及藍(lán)寶石和氮化物半導(dǎo)體的蝕刻選擇率確保穩(wěn)定的工藝條件。
然而，僅僅用濕法蝕刻技術(shù)將限制垂直電極型發(fā)光二極管的穩(wěn)定性。
如圖7所示，當(dāng)使用硫酸和磷酸的混合蝕刻劑蝕刻藍(lán)寶石襯底17時(shí)，不容易均勻地蝕刻掉緩沖層16，以露出n型接觸層15，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)硫酸和磷酸的混合蝕刻劑，幾乎不能蝕刻氮化物系半導(dǎo)體蝕刻或不均勻地蝕刻氮化物系半導(dǎo)體。
因此，優(yōu)選地，有效地利用諸如ICP/RIE的干法蝕刻技術(shù)均勻地蝕刻非摻雜的氮化物系列半導(dǎo)體緩沖層16并在氮化物系列半導(dǎo)體的n型接觸層15處停止蝕刻工藝。也就是說(shuō)，使用濕法或干法蝕刻技術(shù)作為通過(guò)蝕刻藍(lán)寶石襯底17制造垂直電極型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，該方法能夠穩(wěn)定地、均勻地除去藍(lán)寶石襯底，并均勻地蝕刻掉氮化物系半導(dǎo)體緩沖層16，以露出n型接觸層15，由此穩(wěn)定地形成第二電極19。
圖8示出了通過(guò)濕法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底之后的緩沖層的照片。
如圖8所示，幾乎沒(méi)有由應(yīng)力引起的薄膜的破裂或損傷，并且蝕刻后的表面是清潔的。
圖9示出了除去藍(lán)寶石襯底之后的氮化物系半導(dǎo)體層的電壓-電流特性曲線的曲線圖。
如圖9所示，在除去藍(lán)寶石襯底17之前沒(méi)有電流流動(dòng)，但除去藍(lán)寶石襯底17之后，施加1V電壓僅有幾pA的電流流動(dòng)，接著通過(guò)ICP/RIE方法除去氮化物系半導(dǎo)體緩沖層16之后電流突增到40PA。此時(shí)，使用BCL3、Cl2、HBr和Ar氣體之一或包含它們當(dāng)中的至少一種的混合氣體作為ICP/RIE或RIE方法所采用的蝕刻氣體。
從該結(jié)果判斷，眾所周知，通過(guò)使用濕法和干法蝕刻技術(shù)有效地蝕刻n型氮化物系半導(dǎo)體緩沖層16和藍(lán)寶石襯底17暴露n型氮化物系半導(dǎo)體接觸層15。
該電壓-電流特性有一個(gè)重要成果，即通過(guò)在每個(gè)工序中使用探針臺(tái)測(cè)量暴露表面的電性能有效地監(jiān)測(cè)蝕刻工序。
可用光學(xué)法檢查蝕刻工序之后的藍(lán)寶石的厚度。也就是說(shuō)，如果將光投射到媒介，那么一部分光在媒質(zhì)的表面上被反射，一部分光穿透媒質(zhì)。光的反射和透射取決于媒質(zhì)的折射率和光的波長(zhǎng)，所以通過(guò)分析反射光和傳輸光的干涉譜可以測(cè)量藍(lán)寶石的厚度。采用該方法的工具的例子是橢率計(jì)(ellipsometer)。
下一步，通過(guò)淀積能夠形成歐姆接觸的導(dǎo)電材料并通過(guò)光刻技術(shù)蝕刻掉該導(dǎo)電材料形成第二歐姆層18和第二電極19，所述導(dǎo)電材料諸如包含Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr、Au和Ag中的至少一種的混合物。
淀積第二電極19之后，通過(guò)在溫度為300℃～700℃的氮?dú)猸h(huán)境中，在加熱爐中進(jìn)行熱處理，以在第二電極19和第二歐姆層18之間形成歐姆接觸，以便降低半導(dǎo)體與金屬之間的接觸電阻。
優(yōu)選地，為了降低發(fā)光二極管的工作電壓，金屬與半導(dǎo)體之間的接觸電阻低于1×10-1Ωcm2。
在形成通孔之后，可以形成第一電極和第二電極。在此情況下，以這種方式實(shí)施工序在氮化物半導(dǎo)體表面上淀積1μm厚的SOG或SiO2保護(hù)層，在10μm～30μm的范圍拋光藍(lán)寶石，通過(guò)照射光或用包括丙酮、鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的至少一種的蝕刻劑或混合物蝕刻劑的濕法蝕刻清洗藍(lán)寶石的表面。在清洗藍(lán)寶石表面之后，通過(guò)在藍(lán)寶石上淀積1μm厚的SiO2且構(gòu)成圖案，并用蝕刻劑進(jìn)行濕法蝕刻形成通孔，該蝕刻劑是包含鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的至少一種的蝕刻劑或混合物。在形成通孔之后，通過(guò)RIE或ICP/RIE干法蝕刻技術(shù)蝕刻掉緩沖層，并形成第二歐姆層18和第二電極19。在除去氮化物半導(dǎo)體表面的SiO2氧化膜之后，用由Ti、Ni、Pt和Au之中至少一種金屬組成的金屬合金形成第一歐姆電極11和第一電極12，并進(jìn)行分離，以分開每個(gè)芯片。
在本發(fā)明中，由于通過(guò)拋光以及干法和濕法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底，所以能夠提高生產(chǎn)率，特別是，可以防止外延層受到使用激光移離技術(shù)所引起的熱損傷。此外，通過(guò)利用藍(lán)寶石襯底和氮化物半導(dǎo)體之間蝕刻選擇性，可以提高工藝的可重復(fù)性且便于用標(biāo)準(zhǔn)化工序進(jìn)行批量生產(chǎn)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的垂直電極結(jié)構(gòu)型發(fā)光二極管的剖面圖，圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的垂直電極型發(fā)光二極管的剖面圖，圖12是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的在藍(lán)寶石襯底上觀察到的發(fā)光二極管的平面圖。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，通過(guò)向通孔擴(kuò)展第二歐姆層18和第二電極19在藍(lán)寶石襯底17上形成電極焊盤，以便防止由于接合第二電極19和引線24而施加到該處的壓力損壞氮化物系半導(dǎo)體層15、141、142、143以及11?？梢詫?duì)第二電極19的焊盤的形狀和位置進(jìn)行各種修改，并可以采用圖4的形狀。
同時(shí)，通過(guò)藍(lán)寶石襯底17表面上的凸起和凹坑將光聚集在藍(lán)寶石襯底17的法線方向。這里，優(yōu)選地，凸起和凹坑的單位長(zhǎng)度大于1/4n(“n”是折射率。對(duì)于凹坑來(lái)說(shuō)，“n”是藍(lán)寶石的折射率，對(duì)于凸起來(lái)說(shuō)，“n”是空氣的折射率)，以使凸起和凹陷具有光子晶體的特性。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的具有垂直電板結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖，其中光從基礎(chǔ)襯底中取出。
在第四實(shí)施例中，在藍(lán)寶石襯底17的表面上涂敷諸如ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO等的透明導(dǎo)電物質(zhì)，代表第二歐姆層，并且第二電極19僅圍繞著通孔在狹窄的范圍內(nèi)形成。這是通過(guò)減少不透明的第二電極19的尺寸來(lái)擴(kuò)展光路。為了確保為接合引線留出足夠的空間，在藍(lán)寶石襯底17上比預(yù)定區(qū)域?qū)挼膮^(qū)域內(nèi)涂敷歐姆層23。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖，圖15是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖，圖16是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的從第一電極上觀察到的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片具有以下結(jié)構(gòu)通過(guò)較薄地淀積包含Ni、Ti、Au、Pd、Rh、Pt、Al、Cr和Ag中的至少一種的金屬以及在氧化物的環(huán)境中進(jìn)行熱處理形成透明的第一電極25。
優(yōu)選地，在用Ni/Au、Ti/Ni/Au、Pt、Ni/Pt和Ni/Au/Ni形成第一電極25的情況下，在整個(gè)表面上淀積第一電極25并在400℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理，以形成具有透光性和導(dǎo)電性的歐姆電極。此外，用諸如摻雜Si、ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO等的Inx(GayAl1-y)N的透明導(dǎo)電材料形成第一電極25。
在某些情況下，當(dāng)?shù)谝浑姌O25成為芯片的支撐物時(shí)，可以全部除去藍(lán)寶石襯底17。特別地，在使用Inx(GayAl1-y)N作為第一電極的情況下，通過(guò)氫化物汽相外延(HVPE)形成0.1μm～500μm(優(yōu)選地，大于10μm)厚度的Inx(GayAl1-y)N層，以形成代替藍(lán)寶石襯底17的支撐層。在此情況下，可以保留較薄的藍(lán)寶石襯底17。
在第一電極25上形成用于連接引線24的第一電極焊盤26。這里，第一電極25在第一電極焊盤26的位置具有一個(gè)開口，并且諸如SiNx、SiO2和ZrO的電介質(zhì)膜27涂敷在開口的內(nèi)部。也就是說(shuō)，電介質(zhì)膜27阻止第一電極焊盤26直接與p型接觸層13接觸。這是為了阻止電流只集中在第一電極焊盤26的下面，并為引線接合提供緩沖墊。
同時(shí)，在第一電極焊盤26的正下方設(shè)置的第一電極25由具有肖特基(Schottky)特性的諸如Al、Cr和Ti的金屬形成，以防止電流集中在第一電極焊盤26的正下方。
此外，優(yōu)選地，第一電極焊盤26在不與通孔重疊的區(qū)域處形成，用于防止在接合引線24時(shí)氮化物系半導(dǎo)體薄層被破壞。
不采用先前在第一至第四實(shí)施例中描述的第一歐姆反射層11，因?yàn)橛猛该骰蚩蓾B透的(permeable)導(dǎo)體形成的第一電極25與p型接觸層13形成歐姆接觸。
在藍(lán)寶石17的底面上，第二歐姆和光反射層18和第二電極19在藍(lán)寶石襯底17的整個(gè)表面和通孔的內(nèi)表面上形成。第二歐姆和光反射層18和第二電極19可以集成地形成單層結(jié)構(gòu)或形成具有三層以上的多層結(jié)構(gòu)。第二歐姆和光反射層18和第二電極19可以是Al、Ti/Al、Ti/Al/Au、Rh/Au、Pd/Au、Al/Pt/Au、Ti/Ti/Au等的金屬結(jié)構(gòu)。
可以較厚地形成第一電極19，用于提高在引線框或印刷電路板(PCB)上安裝芯片時(shí)的熱釋放效應(yīng)，并且，優(yōu)選地，通過(guò)被覆Au、Cu、Ni、Al、Pt等金屬形成第一電極19。被覆金屬的工藝可采用電鍍或無(wú)電電鍍。
制造發(fā)光二極管芯片的方法類似于第一實(shí)施例的方法，所不同的是，第一電極焊盤26在用透明材料形成第一電極25并通過(guò)光刻技術(shù)蝕刻第一電極25以露出部分p型接觸層13之后的最后階段形成。
圖17是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的剖面圖，圖18是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的從第一電極的方向觀察到的垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的俯視圖。
與第五實(shí)施例相比，第六實(shí)施例的特征在于用晶格結(jié)構(gòu)的p型接觸層18上的歐姆金屬形成第一電極28，以使光通過(guò)，通過(guò)蝕刻工藝將藍(lán)寶石襯底17的底部邊緣切成斜面，并由第一電極28形成第一電極焊盤29。
在該結(jié)構(gòu)中，由于藍(lán)寶石襯底17的底部邊緣被切成斜面，所以沿著斜切表面形成反射和歐姆層18。
該結(jié)構(gòu)能夠有效地反射導(dǎo)向底表的入射光，以將入射光導(dǎo)向第一電極28的方向。該斜切結(jié)構(gòu)幫助光傳送到第二電極19和歐姆層18并在芯片的側(cè)向發(fā)射。發(fā)射出去的光被引線框反射，以向上發(fā)射。
這里，在形成通孔的蝕刻工藝期間，斜面作為單個(gè)芯片之間的邊界。這里，蝕刻需要通過(guò)使蝕刻掩膜的開口比形成通孔的區(qū)域狹窄，在蝕刻工藝期間不將藍(lán)寶石襯底17分離成芯片單元。
圖19是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光二極管包括引線框20、在引線框20上接合的芯片100以及將芯片100的電極連接到引線框21的引線24。芯片100被熒光材料200覆蓋，引線框20和21被樹脂600覆蓋。在芯片100發(fā)射光的情況下，可以不配備熒光材料200。
芯片100包括順序堆積的第一電極12、第一接收器接觸層140、接收器襯底130、第二接收器接觸層120、接收器粘附金屬層110、外延粘附接觸層10、光反射層9、導(dǎo)電透明層8、p型接觸層13、p型覆蓋層141、發(fā)光層142、n型覆蓋層143和n型接觸層15、歐姆層18以及形成在n型接觸層15上的第二電極19。
這里，接收器襯底130用作發(fā)光二極管的支撐物和電流通路。接收器襯底130可以是諸如Si、GaAs、GaP、InP和InAs的半導(dǎo)體襯底；諸如ITO、ZrB和ZnO的導(dǎo)電氧化物襯底以及諸如Cu、W、CuW、Au、Ag、Mo和Ta的金屬膜或金屬襯底中的任意一種。由于接收器襯底應(yīng)該是電流通路和發(fā)光二級(jí)管的元件，因此要求接收器襯底具有導(dǎo)電性。
用包含Ti、Sn、In、Pt、Ni、Pd、Ag、Au、Rh和Ag中的至少一種的易熔金屬形成接收器粘附金屬層110和外延粘附接觸層10。通過(guò)熱壓縮接合兩個(gè)金屬層110和10，以致接收器襯底130和外延層彼此粘附。這里，可以用具有導(dǎo)電性的環(huán)氧薄膜代替粘附金屬層110和10。
由于將通過(guò)熱壓縮粘附到接收器襯底的氮化物半導(dǎo)體晶片浸入硫酸和磷酸的蝕刻劑，因此，優(yōu)選地，易熔金屬和金屬襯底或金屬膜由不被硫酸和磷酸的混合物損壞的材料制成。由于Pt和Au不受硫酸和磷酸的混合物溶液的影響，因此，該金屬結(jié)構(gòu)包含Pt和Au，優(yōu)選地，該金屬結(jié)構(gòu)為Tt/Au、Ti/Au、Ge/Au、Rh/Pt/Au等。
此外，用lnx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)形成緩沖層16、n型接觸層15、n型敷層143、發(fā)光層142、p型敷層141以及p型接觸層13，并且光反射層9形成為包含Ni、Cr、Al、Ag、Au、Cu、Rh、Pd以及Pt中的至少一種金屬的單層或多層結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)光反射性能。可以除去光反射層9，但是，優(yōu)選地，形成光反射層9，以增強(qiáng)光取出效率。這里，n型接觸層15用其濃度大于1018原子/cm3的硅摻雜劑摻雜，p型接觸層13用其濃度大于1018原子/cm3的Mg摻雜劑摻雜。
第一電極12由包含Ni、Cr、Rh、Pd、Au、Ti、Pt、Ta和Al之中至少一種的金屬合金形成，第二電極19由包含Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr和Au之中至少一種的金屬合金形成。
這里，可以由諸如ITO、ZnO、InO、SnO和Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)的透明導(dǎo)電材料形成第一電極12和第二電極19，電極可以是單層結(jié)構(gòu)或包含Al、Ti/AI、Ti/Au、Rh/Au、Pd/Au和AI/Pt/Au之中至少一種的多層結(jié)構(gòu)。
歐姆層18用于降低第二電極19和n型接觸層15的歐姆接觸電阻，并且，歐姆層18可以由如ITO、ZrB、ZnO、InO和SnO的透明導(dǎo)電材料形成，以利于電流分布和增加光取出效率。
第二接收器接觸層120由Ni、Au、Ti、Pd、Rh、Pt、Al、Cr和Ag之中任意一種或至少兩種的混合物形成，第二接收器接觸層120為薄膜狀，以便透明且導(dǎo)電。特別地，在使用Pt形成第二接收器接觸層120的情況下，通過(guò)溫度約為300℃～500℃的熱處理，它的厚度可小于200。
在芯片100中，用導(dǎo)電膏22將第一電極12的表面貼在引線框20上，并通過(guò)引線24將第二電極19連接到引線框21。在上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中，在芯片的上側(cè)和下側(cè)上分開地形成第二電極19和第一電極12，以減小芯片的尺寸。結(jié)果，每個(gè)晶片的生產(chǎn)率增加。此外，由于作為芯片結(jié)構(gòu)的接收器襯底130具有優(yōu)越的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，因此它可以有效地釋放熱量和靜電。而且，由于電流在芯片的整個(gè)表面均勻地流動(dòng)，因此它可以在高電流下工作。相應(yīng)地，用單元器件可以獲得高的光輸出。在使用金屬作為輔助襯底的情況下，可以通過(guò)施加熱壓縮或被覆較厚的金屬形成金屬襯底。至于金屬膜的形成，優(yōu)選地，使用淀積、電鍍或化學(xué)鍍。
現(xiàn)在，將說(shuō)明用于制造上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的方法。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光二極管在制造的中間階段的剖面圖。圖21是圖20的下一個(gè)階段以及闡明電極襯底如何粘附到其上形成外延層和接觸層的基礎(chǔ)襯底的剖面圖。圖22是圖21的下一階段以及闡明如何除去基礎(chǔ)襯底的剖面圖。圖23是圖22的下一階段以及闡明如何形成第一和第二電極的剖面圖。
如圖20所示，通過(guò)使用金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積、液相外延、分子束外延、氫化物汽相處延以及金屬有機(jī)汽相處延之中至少一種方法，在藍(lán)寶石(Al2O3)上順序淀積緩沖層、n型接觸層15、n型敷層143、發(fā)光層142、p型敷層141以及p型接觸層13。
下一步，如圖21所示，在p型接觸層13上形成歐姆電極或?qū)щ娡该麟姌O8以及光反射層9，以及在光反射層9上形成外延接觸金屬層10。這里，通過(guò)電子束(E-beam)、熱蒸發(fā)以及濺射技術(shù)淀積光反射層9并形成歐姆電極或?qū)щ娡该麟姌O8。
在該階段，為了最小化除去藍(lán)寶石襯底17之后施加到氮化物系半導(dǎo)體外延層的應(yīng)力，可以通過(guò)臺(tái)面蝕刻在x和y方向蝕刻將外延層蝕刻掉一段預(yù)定距離。這里，通過(guò)蝕刻諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)以及感應(yīng)耦合等離子體/反應(yīng)離子蝕刻(ICE/RIE)的干法蝕刻技術(shù)進(jìn)行臺(tái)面蝕刻，優(yōu)選地，氮化物系半導(dǎo)體外延層幾乎完全被除去。
此外，第一接收器接觸層140在由半導(dǎo)體或金屬制成的接收器襯底130的上表面上形成。第二接收器接觸層120和接收器粘附金屬層110在接收器襯底130的底面上形成。
下一步，當(dāng)外延粘附金屬層10和接收器粘附金屬層110互相接觸時(shí)，通過(guò)在200至600℃的溫度下施加1至6MPa的壓力1分鐘至1小時(shí)融合并粘結(jié)兩個(gè)粘附金屬層10和110。
這里，由于外延層15、143、142、141以及13和接收器襯底130可能被高溫和高壓損壞，因此，優(yōu)選地，在320℃的溫度下實(shí)施工序約30分鐘。
此外，在真空中或Ar、He、Kr、Xe和Rn或N2、鹵素和空氣(包括O2)的氣體環(huán)境中實(shí)施熱壓工序，以通過(guò)接觸層克服金屬和半導(dǎo)體之間的能隙。
此時(shí)，優(yōu)選地，易熔金屬形成為這種多層結(jié)構(gòu)，或形成為包含Pt或Au的合金，以免被硫酸和磷酸的混合物溶液損壞。
同時(shí)，接收器襯底可代替粘附層10和110通過(guò)使用這種導(dǎo)電環(huán)氧薄膜粘附在外延層上。
此外，接收器襯底由金屬襯底或金屬膜形成。在使用金屬襯底作為接收器襯底的情況下，通過(guò)熱壓縮涂敷金屬襯底，在由金屬膜形成接收器襯底的情況下，這樣形成金屬膜在第一電極層上淀積和熱處理歐姆接觸和可以用作籽晶材料的Pt/Au，然后被覆0.1μm至100μm的厚度的Au。
下一步，如圖22所示，通過(guò)使用機(jī)器拋光、濕法蝕刻以及干法蝕刻之中至少一種方法除去藍(lán)寶石襯底17。
這里，緩沖層16和部分n型接觸層15與藍(lán)寶石襯底17一起被除去。
由于緩沖層16吸收波長(zhǎng)比370nm短的光，因此當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)射波長(zhǎng)比370nm短的光時(shí)，應(yīng)該除去緩沖層16。然而，當(dāng)制造發(fā)射波長(zhǎng)超過(guò)370nm的光的發(fā)光二極管時(shí)，緩沖層16可以不必除去。
同時(shí)，為了降低接觸電阻，優(yōu)選地，在膜質(zhì)量差的區(qū)域除去n型接觸層15的一部分。
現(xiàn)在，詳細(xì)說(shuō)明淀積接收器襯底之后如何除去藍(lán)寶石襯底17、緩沖層16以及部分接觸層15。
在接收器襯底上淀積1μm至2μm厚的諸如旋涂玻璃(SOG)、SiNx以及SiO2的保護(hù)層，以防止在濕法蝕刻過(guò)程中接收器襯底被蝕刻掉，之后，研磨藍(lán)寶石襯底17，然后將研磨后的表面拋光為鏡狀表面。
這里，可通過(guò)以下方法研磨藍(lán)寶石襯底17化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、ICP/RIE干法蝕刻、使用氧化鋁(Al2O3)粉末或鹽酸(HCl)的機(jī)器拋光或用包含硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或多種的蝕刻劑的濕法蝕刻。
此時(shí)，藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17的厚度越薄越好，然而，如果藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17的厚度太薄，氮化物半導(dǎo)體薄膜層可能被損壞，因此，優(yōu)選地，厚度范圍從5μm至300μm(優(yōu)選地，厚度為20μm至150μm)。
同時(shí)，研磨后的藍(lán)寶石襯底17的表面粗糙度應(yīng)小于10μm。這是因?yàn)楫?dāng)蝕刻藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17和緩沖層16時(shí)，藍(lán)寶石襯底17的粗糙度反映到n型接觸層2，以致發(fā)光二極管的層狀結(jié)構(gòu)可能被損壞，或不均勻的厚度引起發(fā)光二極管的質(zhì)量不均，導(dǎo)致之后的成品率減小。
在研磨和拋光之后，通過(guò)一種或多種濕法或干法蝕刻技術(shù)蝕刻掉藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17?？梢酝ㄟ^(guò)作為先前的蝕刻技術(shù)的干法或濕蝕刻法蝕刻藍(lán)寶石。對(duì)于干法蝕刻，優(yōu)選地，采用ICP/RIE或RIE，對(duì)于濕法蝕刻，優(yōu)選地，使用包含鹽酸(HCl)，硝酸(HNO3)，氫氧化鉀(KOH)，氫氧化鈉(NaOH)，硫酸(H2SO4)，磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或多種的蝕刻劑。對(duì)于干法蝕刻，為了快速地蝕刻掉藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底，需要增加ICP和RIE的功率。然而，因?yàn)楦逫CP和RIE功率可能損壞氮化物系半導(dǎo)體外延層，所以在增加ICP和RIE的功率時(shí)要謹(jǐn)慎考慮。
這里，如下實(shí)施藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17的濕法蝕刻。
在通過(guò)試圖用包含鹽酸(HCl)，硝酸(HNO3)，氫氧化鉀(KOH)，氫氧化鈉(NaOH)，硫酸(H2SO4)，磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOHO+HNO3+H2O)中的一種或多種的蝕刻劑蝕刻測(cè)試用的藍(lán)寶石襯底17而測(cè)試藍(lán)寶石襯底17的蝕刻速度，蝕刻劑的溫度超過(guò)100℃時(shí)，以便于測(cè)量，之后在其中藍(lán)寶石具有對(duì)應(yīng)于藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17的110％～120～厚度的時(shí)間過(guò)程中浸入工件。
取蝕刻藍(lán)寶石具有110％～120％厚度的蝕刻時(shí)間的原因是由于藍(lán)寶石襯底17的厚度不規(guī)則，使蝕刻工序之后藍(lán)寶石的殘留量最小。
這里，緩沖層16的蝕刻速度與藍(lán)寶石襯底的蝕刻速度的1/50。
緩沖層16對(duì)藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17的蝕刻選擇率超過(guò)50。
相應(yīng)地，盡管蝕刻進(jìn)程比除去藍(lán)寶石襯底17所需的時(shí)間要長(zhǎng)，但是由于緩沖層被更慢地蝕刻掉，因此緩沖層16底下的其他層不被損壞。
在此期間，優(yōu)選地，保持蝕刻劑的溫度高于100℃，以縮短蝕刻時(shí)間。為了保持蝕刻劑的溫度高于100℃，通過(guò)直接加熱法加熱蝕刻劑，其中蝕刻劑位于加熱器上或直接接觸加熱器，或通過(guò)使用鹵燈吸收光的間接加熱法熱量蝕刻劑。
此外，為了保持蝕刻劑的溫度高于沸點(diǎn)，可以施加壓力。在使用濕法蝕刻的情況下，藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底17在20分鐘被蝕刻掉22.16μm，以致蝕刻速度是1.1μm/min。
該蝕刻速度值得緊密注意且不引起與批量生產(chǎn)有關(guān)的問(wèn)題?？紤]到批量生產(chǎn)，該濕法蝕刻技術(shù)與其他技術(shù)相比蝕刻是有利的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)一個(gè)濕法蝕刻設(shè)備一次可以濕蝕刻多個(gè)晶片。
這里，可以用構(gòu)成圖案的SiO2掩模部分地除去藍(lán)寶石襯底17或用沒(méi)有構(gòu)成圖案的SiO2掩模完全除去藍(lán)寶石襯底17，以便露出氮化物半導(dǎo)體層。
在采用本發(fā)明進(jìn)行批量生產(chǎn)的情況下，重要的是要保證藍(lán)寶石襯底17與氮化物系半導(dǎo)體的蝕刻選擇率足夠大的工藝條件。對(duì)于批量生產(chǎn)有效的方法是使用氮化物系半導(dǎo)體作為蝕刻停止層。由Inx(GayAl1-y)N系材料(1≥x≥0，1≥y≥0)制成的氮化物半導(dǎo)體層可以用作蝕刻停止層。優(yōu)選地，對(duì)于蝕刻停止，增加鋁的組成比以及使用摻雜濃度為1×1017cm-3的Mg的p-Inx(GayAl1-y)N系材料。
當(dāng)通過(guò)在330℃下用硫酸和磷酸的3∶1混合物溶液的濕蝕刻法蝕刻未摻雜的GaN、摻雜Mg的p-GaN以及摻雜Si的n-GaN時(shí)，表現(xiàn)出的蝕刻速度的順序如下p-GaN＜未摻雜的GaN＜n-GaN，因此它們的損傷率處于同一級(jí)，當(dāng)溫度增加超過(guò)300℃時(shí)損傷率顯著地增加。
根據(jù)該結(jié)果判斷，在通過(guò)用硫酸和磷酸的混合物蝕刻劑與氮化物半導(dǎo)體一起蝕刻藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底形成通孔的情況下，優(yōu)選地，使用未摻雜的GaN或摻雜Mg的GaN且在低于330℃的溫度下實(shí)施蝕刻工序，以增加藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底和氮化物半導(dǎo)體之間的蝕刻選擇率。
此外，可以通過(guò)淀積旋涂玻璃(SOG)、SiNx以及SiO2之中任意一種形成保護(hù)層，以防止接收器襯底130被損壞或通過(guò)添加不被蝕刻劑損壞的Au、Pt、Fh、以及Pd中的一種或多種形成保護(hù)層。
可以在接收器襯底130上形成不被蝕刻劑蝕刻以及強(qiáng)耐諸如ICP/RIE的干法蝕刻的諸如Pt和Au的金屬以及諸如SOG、SiNx和SiO2的薄膜以保護(hù)接收器襯底130，該蝕刻劑包含鹽酸(HCI)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或多種。
如圖23所示，在用ICP/RIE或RIE的干蝕刻法蝕刻掉緩沖層16之后，順序地形成第二歐姆層18和第二電極19。通過(guò)淀積形成第二層歐姆層18且移離諸如ITO、InSnO以及ZnO的導(dǎo)電透明電極或可以與n型接觸層15形成歐姆接觸的Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr以及Au中的一種或合金，然后在300℃至700℃的溫度下在包含氮?dú)夂脱鯕獾沫h(huán)境中實(shí)施熱處理。
優(yōu)選地，用Ti/Al、Ti/Ni/Au、Ni/Ti/Au、Ni/Au、Ti/Cr/Au、以及Cr/Ni/Au形成第二歐姆層18和第二電極19的結(jié)構(gòu)，以及在完全地淀積第二歐姆電極的情況下，可以薄薄地淀積第二歐姆層，以增強(qiáng)透光性。此外，在第一接收器接觸層140上形成第一電極12。
順序地，通過(guò)切割/鋸切或劃片/制動(dòng)將發(fā)光二極管襯底分為芯片。
下一步，使用導(dǎo)電膏22將芯片裝接在引線框20上，并通過(guò)接合引線將第二電極19連接到引線框21。
順序地，在芯片摻雜熒光物質(zhì)200之后用環(huán)氧樹脂封裝該芯片。如上所述，通過(guò)后側(cè)研磨以及干法或濕法蝕刻除去藍(lán)寶石襯底17，生產(chǎn)率提高，并可以防止外延層由于使用激光移離技術(shù)造成熱損傷。
此外，如圖24所示，可以通過(guò)使用濕法蝕刻使藍(lán)寶石襯底構(gòu)成各種形狀的圖案增加光取出效率并聚集光，以在n型接觸層15的表面上形成精細(xì)凸起和凹坑。
圖24是通過(guò)后側(cè)研磨和蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底之后N型接觸層1 5的截面輪廊以及光取出效應(yīng)的附圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的具有垂直電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的剖面圖。
如圖25所示，在藍(lán)寶石襯底17上順序地淀積緩沖層16、n型接觸層15、n型敷層143、發(fā)光層142、p型敷層141以及p型接觸層13，并在p型接觸層13上順序地淀積第一歐姆接觸層8、接觸金屬層9以及具有光反射性能的外延粘附金屬10。在外延粘附金屬10上順序地形成接收器粘附層110、接收器歐姆接觸層120、接收器襯底130、第一接收器接觸層140以及第一電極12。
形成貫穿藍(lán)寶石襯底17和緩沖層16的通孔。通過(guò)通孔露出n型接觸層15，并且第二反射和歐姆層18和第二電極19通過(guò)通孔連接到n型接觸層15。
本發(fā)明的第八實(shí)施例具有通過(guò)使用易熔金屬10和110并使用熱壓技術(shù)使接收器襯底130和氮化物半導(dǎo)體互相接合的結(jié)構(gòu)，形成貫穿藍(lán)寶石襯底17和緩沖層16的通孔，通過(guò)通孔形成與n型接觸層15接觸的第二歐姆層18和第二電板19。
優(yōu)選地，在粘附金屬層110和p型接觸層13之間形成外延光反射層9，并且第一歐姆接觸層8可以代替導(dǎo)電的透明電極，以增強(qiáng)光反射性能。
本發(fā)明可適用于在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上形成的Inx(GayAl1-y)Nf系的各種氮化物系半導(dǎo)體以及具有470nm波長(zhǎng)的藍(lán)色氮化物系發(fā)光器件，特別地，在制造氮化物系發(fā)光器件的情況下，用作緩沖層的Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥，1≥y≥0)層可以被除去，以使本發(fā)明用于發(fā)射約365nm或低于365nm的光的器件，365nm是GaN的帶隙波長(zhǎng)。
本發(fā)明是LED照明領(lǐng)域中的核心技術(shù)，能夠增強(qiáng)可靠性和亮度以及通過(guò)減小芯片的尺寸制造高亮度/高性能的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，以提高器件的生產(chǎn)率和性能。
已經(jīng)用附圖表示的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是僅僅是示例性的，各種改進(jìn)都是可能的且為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求限制。
如上所述，在本發(fā)明中，在各頂面和底面上分開地形成兩個(gè)電極，以減小芯片尺寸，增加每個(gè)晶片的芯片生產(chǎn)率。
此外，由于本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有一個(gè)結(jié)構(gòu)，即在通孔中用金屬形成第二電極，因此第二電極能夠有效地釋放熱量和靜電。
此外，由于電流在芯片的整個(gè)表面上均勻地流動(dòng)，因此芯片可以在高電流下工作。因此，用單個(gè)器件可以獲得高的光學(xué)輸出。
而且，本發(fā)明中，由于使用雙側(cè)研磨以及干法或濕法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石襯底，因此提高了生產(chǎn)率，特別地，在使用激光移離技術(shù)的情況下，可以防止外延層受到熱損傷。此外，使用藍(lán)寶石襯底和氮化物半導(dǎo)體之間的蝕刻選擇率，可以提高工序可重復(fù)性以及便于用標(biāo)準(zhǔn)化工序批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管器，包括具有通孔的基礎(chǔ)襯底；在基礎(chǔ)襯底上形成的第一導(dǎo)電接觸層；在第一導(dǎo)電接觸層上形成的有源層；在有源層上形成的第二導(dǎo)電接觸層；在第二導(dǎo)電接觸層上形成的第一電極；以及通過(guò)通孔連接到第一導(dǎo)電接觸層的第二電極。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括在基礎(chǔ)襯底和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的緩沖層，且該緩沖層具有與基礎(chǔ)襯底的通孔部分重疊的通孔；以及在第二電極焊盤和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的歐姆和反射層。
3.如權(quán)利要求2的發(fā)光二極管，其中第二電極在通孔的外面擴(kuò)展，以便在基礎(chǔ)襯底上形成焊盤。
4.如權(quán)利要求2的發(fā)光二極管，其中第一電極為包含Ni、Cr、Rh、Pd、Au、Ti、Pt、Au和Ta中至少一種金屬的單層或多層結(jié)構(gòu)；并且第二電極為包含Ti、Al、Rh、Pt、Ta、Ni、Cr、Au和Ag中至少一種金屬的單層或多層結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一導(dǎo)電接觸層、有源層、第二導(dǎo)電接觸層以及緩沖層包括Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)。
6.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中基礎(chǔ)襯底由具有10μm至500μm的厚度的藍(lán)寶石制成。
7.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一導(dǎo)電接觸層是p型，第二導(dǎo)電接觸層是n型。
8.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中通過(guò)基礎(chǔ)襯底和緩沖層形成的通孔越接近第一導(dǎo)電接觸層越窄。
9.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中基礎(chǔ)襯底上設(shè)有其它層的表面上沒(méi)有的凸起和凹坑。
10.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括通過(guò)導(dǎo)電膏與第一電極接合并通過(guò)引線接合與第二電極建立電連接的引線框。
11.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，還包括包括在第一電極和第二導(dǎo)電接觸層之間形成的包含反射層的歐姆層；以及透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層在第二電極和第一導(dǎo)電接觸層之間形成且在通孔的外部擴(kuò)展以覆蓋基礎(chǔ)襯底的預(yù)定區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11的發(fā)光二極管，其中透明導(dǎo)電層由ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO和Inx(GayAl1-y)N中至少一種形成。
13.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一電極由透明導(dǎo)電材料形成。
14.如權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，還包括在第二電極和第一導(dǎo)電接觸層之間形成且覆蓋通孔的內(nèi)表面以及基礎(chǔ)襯底表面的歐姆層和光反射層。
15.如權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，其中第一電極由ITO、ZrB、ZnO、InO、SnO和Inx(GayAl1-y)N中至少一種形成。
16.如權(quán)利要求15的發(fā)光二極管，其中第一電極由厚度為0.1μm至200μm的Inx(GayAl1-y)N形成。
17.如權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，還包括在第一電極上形成的第一電極焊盤。
18.如權(quán)利要求17的發(fā)光二極管，還包括在第一電極被除去的區(qū)域和被第一電極焊盤覆蓋的區(qū)域處形成的介質(zhì)層。
19.如權(quán)利要求13的發(fā)光二極管，還包括通過(guò)導(dǎo)電膏與第二電極接合以及通過(guò)引線接合與第一電極建立電連接的引線框。
20.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一電極由可以形成歐姆層以及具有透光的晶格結(jié)構(gòu)的金屬制成。21、如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中半導(dǎo)體氮化物層設(shè)有一個(gè)具有削邊的表面，在所述表面的對(duì)側(cè)形成氮化物半導(dǎo)體。
22.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管，其中第一和第二導(dǎo)電層和有源層由Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)形成。
23.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括在基礎(chǔ)襯底上形成緩沖層、第一導(dǎo)電接觸層、有源層和第二導(dǎo)電接觸層；在第二導(dǎo)電接觸層上形成保護(hù)膜；研磨基礎(chǔ)襯底；在基礎(chǔ)襯底上形成氧化膜(SiO2)；通過(guò)用光刻蝕刻掉氧化膜暴露部分基礎(chǔ)襯底；通過(guò)蝕刻掉露出的部分基礎(chǔ)襯底形成通孔；通過(guò)蝕刻掉通過(guò)通孔蝕刻露出的緩沖層暴露第一導(dǎo)電接觸層；以及形成通過(guò)通孔連接到第一導(dǎo)電接觸層的第二電極。
24.如權(quán)利要求23的方法，還包括在500℃至700℃的溫度下使用具有氮?dú)饣蜓鯕猸h(huán)境的熔爐對(duì)基礎(chǔ)襯底進(jìn)行熱處理。
25.如權(quán)利要求23的方法，還包括在研磨基礎(chǔ)襯底之前粘結(jié)輔助襯底。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中輔助襯底是以下襯底中的一種諸如藍(lán)寶石、玻璃和石英的介質(zhì)襯底；諸如Si、GaAs、InP和InAs的半導(dǎo)體襯底；諸如氧化銦錫(ITO)、ZrB和ZnO的導(dǎo)電氧化膜襯底；諸如CuW、Mo、Au、Al和Au的金屬襯底；一種金屬膜。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中通過(guò)使用電鍍或化學(xué)鍍淀積Au、Cu、Pt和Ni中的一種或多種形成單層或多層結(jié)構(gòu)的金屬膜。
28.如權(quán)利要求25的方法，其中通過(guò)使用易熔金屬作為粘合劑的熱壓接合輔助襯底，易熔金屬由In、Au、Sn、Pd、Rh、Ti、Pt、Ni、Au和Ge中的至少一種金屬制成。
29.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)使用BOE溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻技術(shù)或通過(guò)RIE干法蝕刻技術(shù)蝕刻氧化膜。
30.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)使用包含鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或多種的混合物溶液作為蝕刻劑形成通孔。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中蝕刻劑在超過(guò)100℃的溫度下使用。
32.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)使用鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物的濕法蝕刻技術(shù)，以及ICP/RIE或RIE的干法蝕刻技術(shù)形成通孔。
33.如權(quán)利要求32的方法，其中濕法蝕刻技術(shù)用于蝕刻掉基礎(chǔ)襯底，干法蝕刻技術(shù)用于蝕刻掉氮化物半導(dǎo)體層。
34.如權(quán)利要求32的方法，其中通過(guò)使用探針監(jiān)控通孔中的電特性決定是否暴露第一導(dǎo)電接觸層。
35.如權(quán)利要求32的方法，其中通過(guò)使用光學(xué)干涉原理的光學(xué)測(cè)量技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)襯底的厚度以及是否暴露第一導(dǎo)電接觸層的厚度。
36.如權(quán)利要求32的方法，其中干法蝕刻技術(shù)使用BCl3、Cl2、HBr和Ar中的至少一種作為蝕刻氣體。
37.如權(quán)利要求32的方法，其中使用干法和濕法蝕刻技術(shù)蝕刻掉基礎(chǔ)襯底。
38.如權(quán)利要求23的方法，還包括淀積第一電極之前在第二導(dǎo)電接觸層上形成第一歐姆層；以及形成第二電極之前在第一導(dǎo)電接觸層上形成第二歐姆層。
39.如權(quán)利要求23的方法，其中在形成第一電極的步驟中，暴露第二導(dǎo)電接觸層的開口在第一電極中形成，第一電極由透光導(dǎo)電材料形成，并且該方法還包括在第一電極上形成接觸第二導(dǎo)電接觸層的第一電極焊盤的步驟。
40.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)將Ti、Au、Cu、Ni、Al和Ag中的至少一種通過(guò)電鍍形成第一和第二電極中的至少一個(gè)電極。
41.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)淀積Ti、Ni、Pt以及Au中的一種或多種，然后在超過(guò)400℃的溫度下在氮?dú)饣蜓鯕猸h(huán)境中進(jìn)行熱處理形成第一或第二電極。
42.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)再次形成0.1μm至200μm厚的Inx(GayAl1-y)N形成第一電極。
43.如權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)使用鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物的濕法蝕刻技術(shù)或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光研磨和拋光基礎(chǔ)襯底。
44.如權(quán)利要求23的方法，還包括通過(guò)實(shí)施干法蝕刻技術(shù)和濕法蝕刻技術(shù)中至少一種技術(shù)將基礎(chǔ)襯底分為單個(gè)芯片的步驟。
45.如權(quán)利要求44的方法，其中通過(guò)使用鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物的濕法蝕刻技術(shù)將基礎(chǔ)襯底分為單個(gè)芯片。
46.如權(quán)利要求23的方法，其中在通過(guò)蝕刻基礎(chǔ)襯底露出的區(qū)域形成通孔時(shí)，形成用于將基礎(chǔ)襯底分為單個(gè)芯片的分裂線并同時(shí)形成便于光取出的凸起和凹坑。
47.如權(quán)利要求23的方法，還包括在基礎(chǔ)襯底上形成緩沖層之前，在形成通孔的區(qū)域形成蝕刻停止層的步驟。
48.如權(quán)利要求47的方法，其中蝕刻停止層包括SiO2簇層或摻雜Mg的p型Inx(GayAl1-y)N(1≥x≥0，1≥y≥0)的氮化物半導(dǎo)體。
49.如權(quán)利要求31的方法，其中研磨基礎(chǔ)襯底，以便使基礎(chǔ)襯底的厚度變?yōu)?0μm至200μm。
50.一種蝕刻藍(lán)寶石襯底的方法，包括在藍(lán)寶石襯底上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜層；以及通過(guò)將藍(lán)寶石襯底浸入由鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物組成的蝕刻劑實(shí)施濕法蝕刻。
51.如權(quán)利要求50的方法，還包括通過(guò)RIE或ICP/RIE技術(shù)干法蝕刻藍(lán)寶石襯底的步驟。
52.如權(quán)利要求51的方法，其中在濕法蝕刻之前實(shí)施干法蝕刻。
53.如權(quán)利要求50的方法，其中在濕法蝕刻工藝過(guò)程中鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物溶液的蝕刻劑被加熱到超過(guò)100℃。
54.如權(quán)利要求53的方法，其中通過(guò)使用光吸收的間接加熱技術(shù)加熱蝕刻劑。
55.一種發(fā)光二極管器，包括具有頂面和底面的導(dǎo)電接收器襯底；在接收器襯底的底面上形成的第一電極；在接收器襯底的頂面上形成并具有導(dǎo)電性的連接層；在連接層上形成的第一導(dǎo)電接觸層；在第一導(dǎo)電接觸層上形成的有源層；在有源層上形成的第二導(dǎo)電接觸層；以及在第二導(dǎo)電接觸層上形成的第二電極。
56.如權(quán)利要求55的發(fā)光二極管，還包括在第二導(dǎo)電接觸層上形成并具有暴露第二導(dǎo)電接觸層的通孔的緩沖層，以及在緩沖層上形成并具有與緩沖層的通孔重疊的通孔的基礎(chǔ)襯底，其中基礎(chǔ)襯底具有與緩沖層的通孔重疊的通孔并且第二電極通過(guò)通孔連接到第二導(dǎo)電接觸層。
57.如權(quán)利要求55的發(fā)光二極管，還包括在第一電極和接收器襯底之間形成的第一接收器歐姆接觸層；在接收器和連接層之間形成的第二接收器歐姆接觸層；以及在接收器襯底和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的光反射層。
58.如權(quán)利要求57的發(fā)光二極管，還包括在光反射層和第一導(dǎo)電接觸層之間形成的導(dǎo)電透明電極；以及在第二電極和第二導(dǎo)電接觸層之間形成的第二電極歐姆層。
59.如權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中由包含Ti、Ni、Sn、In、Pd、Ag、Au、Pt和Al中的至少一種金屬形成連接層。
60.如權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中連接層是具有導(dǎo)電性的環(huán)氧薄膜。
61.如權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中第一導(dǎo)電接觸層是p型，第二導(dǎo)電接觸層是n型。
62.如權(quán)利要求56的發(fā)光二極管，其中導(dǎo)電接收器襯底由諸如Si、GaP、InP、InAs、GaAs和SiC的半導(dǎo)體襯底、金屬襯底、以及諸如Au、Al、CuW、Mo和W的金屬膜中的至少一種形成。
63.如權(quán)利要求56的方法，其中光反射層包括Ni、Al、Ag、Au、Cu、Pt以及Rh中的至少一種金屬。
64.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上順序地淀積緩沖層、n型接觸層、有源層和p型接觸層；在接收器襯底的各個(gè)相對(duì)側(cè)形成第一和第二接收器接觸層；在p型接觸層和第二接收器接觸層中至少一個(gè)層上形成連接層；通過(guò)以使p型接觸層和第二接收器接觸層互相面對(duì)的狀態(tài)的熱壓縮連接藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底和接收器襯底；研磨和拋光藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底；在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上淀積氧化膜(SiO2)；通過(guò)光蝕刻氧化膜暴露部分藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底；通過(guò)蝕刻掉藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底形成通孔；以及在n型接觸層和第一接收器接觸層上分別形成第二電極和第一電極。
65.如權(quán)利要求64的方法，還包括通過(guò)在研磨和拋光藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底之后蝕刻掉藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底暴露n型接觸層；以及在n型接觸層和第一接收器接觸層上分別形成第二電極和第一電極。
66.如權(quán)利要求65的方法，還包括在p型接觸層和第二接收器接觸層中的至少一個(gè)層上形成連接層之前，在p型接觸層上形成導(dǎo)電透明電極層和光反射層的步驟。
67.如權(quán)利要求65的方法，其中通過(guò)濕法蝕刻技術(shù)、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)和ICP/RIE干法蝕刻技術(shù)中的至少一種技術(shù)蝕刻藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底，濕法蝕刻技術(shù)使用鹽酸(HCl)，硝酸(HNO3)，氫氧化鉀(KOH)，氫氧化鈉(NaOH)，硫酸(H2SO4)，磷酸(H3PO4)以及Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O)中的一種或混合物。
68.如權(quán)利要求67的方法，其中通過(guò)濕法蝕刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)除去藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底和緩沖層，濕法蝕刻技術(shù)用于蝕刻藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底，干法蝕刻技術(shù)用于蝕刻緩沖層。
69.如權(quán)利要求64的方法，其中在真空或包括Ar、He、Kr、Xe和N2中的至少一種氣體環(huán)境中實(shí)施熱壓縮。
70.如權(quán)利要求64的方法，其中在溫度為200℃至600℃、1MPa至6Mpa的壓力下實(shí)施熱壓縮1至60分鐘。
71.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上順序地淀積緩沖層、n型接觸層、有源層和p型接觸層；研磨和拋光藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底；在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上淀積氧化膜(SiO2)；通過(guò)光蝕刻氧化膜暴露部分藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底；通過(guò)蝕刻掉藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底形成通孔；以及在p型接觸層上連續(xù)地形成歐姆接觸層和籽晶金屬；以及通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍技術(shù)在籽晶金屬上形成接收器金屬層。
72.如權(quán)利要求71的方法，其中歐姆層和籽晶金屬為包括Pt、Ni、Cu和Au中至少一種的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)；并且接收器金屬為包括Au、Cu、Pt和Ni中至少一種的單層或多層金屬結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括具有通孔的基礎(chǔ)襯底、具有與基礎(chǔ)襯底的通孔部分重疊的通孔的緩沖層、在緩沖層上形成的第一導(dǎo)電接觸層、在第二導(dǎo)電接觸層上形成的第一敷層、在第一敷層上形成的發(fā)光層、在發(fā)光層上形成的第二敷層、在第二導(dǎo)電敷層上形成的第二導(dǎo)電接觸層、在第二導(dǎo)電接觸層上形成的第一電極和通過(guò)通孔與第一導(dǎo)電接觸層連接的第二電極。
文檔編號(hào)H01L33/10GK1619845SQ20041004873
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者金成珍, 崔容碩, 金彰淵, 韓英憲, 俞淳載 申請(qǐng)人:Itswell株式會(huì)社