專利名稱：用于制造垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)合半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造具有頂部和底部接觸結(jié)構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)合半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，使用絕緣藍寶石襯底制造包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)、高電子活動度晶體管(HEMT)的大多數(shù)GaN-基半導(dǎo)體器件。結(jié)果，由于必須形成頂部n-接觸物以與頂部p-接觸物形成電連接，因此用絕緣襯底構(gòu)成的器件結(jié)構(gòu)典型地被構(gòu)造成橫向結(jié)構(gòu)(lateral structure)。
這種結(jié)構(gòu)引起了多個器件性能問題，例如電流擁擠(currentcrowding)和對靜電放電(ESD)的弱阻抗。當需要高電流注入用于使用高功率白色LED或者藍色/UV LD的發(fā)光應(yīng)用時，電流擁擠會變得很嚴重。由于在此類器件中電子被限制在n-型電極附近，因此光電器件中的光子生成相對于增加的電流注入受到限制。換句話說，功率效率受損。這是當前在市場上可用的橫向器件的一個嚴重缺陷。
ESD問題被認為是一個嚴重問題，尤其是當GaN-基LED被用于高電壓環(huán)境中(比如，用于汽車應(yīng)用)時。一旦在器件表面發(fā)生靜電放電，則橫向器件經(jīng)受電荷堆積，這經(jīng)常導(dǎo)致器件在非常短的期間內(nèi)失效，這是因為由于絕緣襯底而在器件中沒有放電路徑。
具有絕緣襯底(例如藍寶石)的橫向器件的另一個嚴重缺點是不良的熱消散。眾所周知，藍寶石是不良的熱導(dǎo)體。因此，當器件經(jīng)歷高電流注入模式時，器件壽命大大縮短。這兩個缺點是GaN-基LED和LD以及藍色/UV LD進一步發(fā)展的主要障礙。
從產(chǎn)品成品率(production yield)的觀點出發(fā)，橫向結(jié)構(gòu)器件也有很多缺點。如圖1所示，因為p電極和n電極均放置在同一個平面中，因此用橫向結(jié)構(gòu)構(gòu)造的器件需要大器件尺寸。因此，器件數(shù)量由于橫向器件需要的晶片基板面(real estate)的數(shù)量而受到限制。
除了上面提出的問題，眾所周知，藍寶石襯底材料是第二硬的材料，僅次于金剛石。這在晶片研磨和拋光過程中產(chǎn)生困難。此外，還難以從晶片分離器件。因此，即使直到前面的制造過程還可以期待高器件產(chǎn)出率，但最終的器件制造產(chǎn)量主要依賴于包括研磨(lapping，搭接)、拋光、以及管芯分離的后續(xù)制造過程。
如圖2所示，近來，垂直結(jié)構(gòu)的GaN-基復(fù)合半導(dǎo)體已經(jīng)有了新的發(fā)展。已經(jīng)引入激光剝離處理以從GaN外延層去除藍寶石襯底。一些技術(shù)已經(jīng)用導(dǎo)電或半導(dǎo)電第二襯底來代替絕緣藍寶石襯底，以使用具有對藍寶石透明的波長(典型的在UV范圍內(nèi))的準分子激光器來制造垂直結(jié)構(gòu)的器件。應(yīng)當注意，在通過激光剝離去除藍寶石襯底后，大多數(shù)其它技術(shù)利用晶片粘合技術(shù)以永久粘合到第二襯底。
然而，這些技術(shù)還沒有產(chǎn)生用于VLED(垂直LED)的大規(guī)模生產(chǎn)的實用晶片級激光剝離處理。兩個主要原因是由于支承晶片和外延層之間的粘合層(bonding adhesive layer)的分層引起的大面積激光剝離的困難。另一個問題是，由于在激光剝離后整個晶片表面的外延層表面不平，因此存在外延層和永久第二襯底之間的晶片粘合的困難。由于這些原因，激光剝離后的最終成品率受到極大阻礙，結(jié)果，根據(jù)其它技術(shù)只有小部分的晶片被制造用于垂直結(jié)構(gòu)器件。
已經(jīng)做出其他努力以克服制造VLED的晶片粘合問題。代替使用晶片粘合方法，圖3中示出的一種其它技術(shù)附加了金屬支承物。然而，眾所周知，由于粘結(jié)層(bonding layer)和支承結(jié)構(gòu)分層，因此激光剝離成品率非常低。如果粘合不是足夠的牢固以經(jīng)得起高能激光沖擊波，則在激光剝離后，GaN外延層可能彎曲或破裂。一旦GaN外延層存在彎曲或破裂，則難以執(zhí)行諸如清洗、脫膠、和器件分離的后續(xù)激光剝離處理。因此，即使其它加工成品率可以保持非常高，但是最終器件加工成品率卻變得非常低。這些問題主要歸因于使用的臨時晶片粘合技術(shù)和非優(yōu)化的激光處理技術(shù)。
如圖3所示，基于另一種技術(shù)的傳統(tǒng)垂直器件的另一個問題是不良的器件性能。由于經(jīng)常在藍寶石襯底上使用噴砂處理(sandblasting)來產(chǎn)生均勻的激光束能量分布，因此GaN表面在激光剝離后非常粗糙，這導(dǎo)致器件的不良反射率。另外，形成在n-GaN層上的金屬反射層達不到非金屬反射材料(例如ITO)的高度。
因此，需要一種用于制造垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)合半導(dǎo)體器件的方法，其能夠提供可靠和可重復(fù)的激光剝離處理同時獲得高器件性能，以將激光剝離處理應(yīng)用于垂直結(jié)構(gòu)的器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于制造新型垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)合半導(dǎo)體器件的改進的技術(shù)，其使用改進的激光剝離處理用于GaN-基復(fù)合半導(dǎo)體器件的大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的一個方面采用雙粘合處理用于臨時粘接到支承晶片，并且除使用具有一定外延厚度晶片的GaN初始緩沖層之外，還使用AlGaN緩沖層，以確?？煽亢涂芍貜?fù)的激光剝離處理。
在一個實施例中，本發(fā)明描述了一種制造方法，用于通過優(yōu)化激光剝離處理和金屬化處理來構(gòu)造垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)合半導(dǎo)體用于大規(guī)模生產(chǎn)。第一，為了防止在激光剝離期間聚合體-基粘合劑的熱損傷，除了傳統(tǒng)的GaN或者AlN緩沖層之外，還使用充當擴散阻擋物(diffusion barrier)的AlGaN緩沖層和厚GaN外延層(＞5μm)。第二，使用雙粘合技術(shù)，以減少由高能激光沖擊波引起的損傷，并有助于使脫膠處理變得容易。第三，在GaN外延層和厚金屬支承層之間設(shè)置銦錫氧化物(ITO)薄膜，以獲得垂直器件的高效率的光性能和電性能。最后，使用分級的Cu合金-基厚金屬支承層，以獲得垂直器件的良好的機械支承、高電導(dǎo)率、以及良好的熱消散。
本發(fā)明的優(yōu)點包括制造適于大規(guī)模生產(chǎn)的高可靠性和高成品率的垂直結(jié)構(gòu)的LED。本發(fā)明在激光剝離處理之前使用雙粘合處理，以使外延層和支承晶片在激光剝離后易于分離，并使用AlGaN阻尼層預(yù)防激光束的高能沖擊波。該附加緩沖層減少了由照射在薄外延薄膜上的高能激光束引起的破裂的產(chǎn)生。


參考以下的附圖對本發(fā)明進行描述，其中圖1示出傳統(tǒng)橫向結(jié)構(gòu)的GaN-基LED，其中，兩個金屬接觸物形成在器件的頂部；圖2是根據(jù)另一傳統(tǒng)技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)的GaN-基LED，其中，在去除原始藍寶石襯底后，使用金屬粘結(jié)層將GaN薄膜粘合到第二襯底(諸如Si、GaAs等)上；
圖3是根據(jù)另一傳統(tǒng)技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)的GaN-基LED，其中，在去除原始藍寶石襯底后，將厚金屬層沉積到GaN薄膜上代替晶片粘合；圖4是根據(jù)本發(fā)明的垂直結(jié)構(gòu)的GaN-基LED，其中，AlGaN第二緩沖層被添加到初始GaN/AlN緩沖層和中間Au層，并且在去除原始藍寶石襯底后，將厚銅合金層沉積到ITO(銦錫氧化物)接觸層；圖5示出在激光剝離之前，使用膠/環(huán)氧樹脂雙粘附層附著到藍寶石支承晶片上的GaN-LED晶片；圖6示出使用擴散板穿過藍寶石襯底的激光；圖7示出在激光剝離后去除藍寶石襯底；圖8示出去除Ga滴和清洗表面，以及形成透明ITO反射層/接觸層；圖9示出在ITO接觸層上沉積Au中間層和厚銅合金金屬支承層；圖10示出脫膠粘附膠/環(huán)氧樹脂層以及去除藍寶石支承物；圖11示出通過化學(xué)或者激光劃片進行器件分離；以及圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的最終垂直器件結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
根據(jù)特定方法、技術(shù)、器件結(jié)構(gòu)、和實施例對本發(fā)明進行描述。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會發(fā)現(xiàn)，該描述用于說明以及提供實施本發(fā)明的最好的模式。此外，參數(shù)、厚度、溫度等被提供用于描述用于實施本發(fā)明的最好的模式，并不用于限制本發(fā)明。
圖4至圖12示出根據(jù)本發(fā)明的使用激光剝離處理制造垂直結(jié)構(gòu)的GaN-基LED 100的過程。本實施例使用激光剝離處理來去除原始襯底，然后使用金屬沉積處理，以形成金屬襯底用于機械支承和電傳導(dǎo)。本發(fā)明中描述的制造方法不限于LED，而是能夠擴展到包括生長在絕緣襯底的GaN-基外延薄膜的任何器件結(jié)構(gòu)，例如，激光二極管(LD)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)、高電子活動晶體管(HEMT)。這些應(yīng)用是示例性的，因為還可以進一步理解，本發(fā)明能夠應(yīng)用于另外的或其它的材料。
如圖5所示，GaN-基LED結(jié)構(gòu)150A-150F生長在帶有適當外延生長設(shè)備(諸如金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCBVD)、分子束外延(MBE)、或者氣相外延(VPE)等)的藍寶石晶片200上。與其中單層GaN或者AlN是公用緩沖層的傳統(tǒng)技術(shù)相反，除了GaN或AlN緩沖層116之外，本發(fā)明還使用AlGaN緩沖層114。AlGaN層114用于創(chuàng)建熱障(thermal barrier)。在激光剝離處理期間，在GaN外延層和粘合層之間交界處，溫度可增加到250C。因此，由于熱積累，在激光剝離期間，聚合體-基粘附層很可能會損壞GaN外延層并且與其反應(yīng)，這使得難以在脫膠處理期間去除熱損壞的粘合劑。本發(fā)明使用AlGaN有助于減少粘合劑損壞，因此提高器件產(chǎn)品成品率。另外，將總外延層的厚度設(shè)置到一定厚度，以防止在GaN/粘合劑交界處溫度升高。有利地，為了將界面溫度維持在200C以下，將外延層厚度選擇為大于5μm。為了實現(xiàn)此目標，n-GaN層生長超過4μm厚。可以理解其它的厚度和溫度變化。
外延生長之后，制造處理包括在GaN外延層上執(zhí)行金屬化和鈍化層形成，以形成金屬接觸件并提供保護層。特別地，如圖5所示，從GaN LED層通過藍寶石襯底形成溝道160。以這種方式設(shè)計溝道，以減輕在激光剝離期間GaN外延層116和藍寶石襯底200之間的壓縮應(yīng)力，這樣，使得GaN外延層在激光剝離期間的破裂或彎曲最小化。溝道尺寸被設(shè)計成同激光束光斑大小(比如7×7mm)一樣，以減輕在激光剝離處理期間產(chǎn)生的沖擊波。溝道有利地窄于約100μm寬，并以小于2μm延伸到藍寶石襯底中。溝道有利地使用反應(yīng)離子刻蝕來形成，優(yōu)選地是Ar和Cl2或BCl3氣體混合物的感耦等離子體反應(yīng)離子刻蝕(ICP RIE)。在完成制造處理后，藍寶石襯底的背面在激光剝離前被研磨和拋光，以獲得平滑的表面。
再次參見圖5，為了在通過激光剝離去除藍寶石襯底之后保持非常薄的GaN外延薄膜，完全處理過的具有藍寶石襯底200的GaN-基LED晶片被粘合到臨時的支承晶片。在本發(fā)明中，使用膠220和環(huán)氧樹脂230的兩層臨時粘結(jié)劑。使用雙粘合技術(shù)有兩個原因。第一個原因是，減少由高能激光束的沖擊波產(chǎn)生的損害。如果粘合很薄或者很弱，則在激光剝離后GaN外延層經(jīng)常由于激光束沖擊波而產(chǎn)生大量的破裂和彎曲外延層，這極大地降低了激光剝離處理成品率。第二個原因是，通過使用具有溶劑可溶的超級膠的第一粘結(jié)層和具有高粘結(jié)強度和較高沖擊波阻抗的第二層，有助于使脫膠處理變得較容易。因為超級膠對沖擊波具有弱粘結(jié)強度和阻抗，因此將SU-85環(huán)氧樹脂涂于第一超級膠粘結(jié)層。由于同超級膠相比，Su-8對沖擊波具有更高的粘結(jié)強度和更大的阻抗，因此Su-8一旦被完全固化則難以將其去除。
通過使用多重旋轉(zhuǎn)的旋涂(spin coating)來涂超級膠層，以使超級膠層的厚度維持在約30μm的厚度。在超級膠粘合后，使用旋涂以厚于約20微米的厚度在超級膠層頂部涂SU-85。用UV燈通過藍寶石支承晶片210來固化SU-85。由于SU-85由UV光固化，因此使用UV光透明的藍寶石支承物對固化SU-85環(huán)氧樹脂是有用的。提供臨時晶片粘合的如下詳細處理步驟用于闡明最好的模式。
超級膠粘合處理(在GaN/藍寶石晶片200上)；1.將GaN/藍寶石晶片浸泡在丙酮中，然后浸泡在異丙醇中，用N2吹干。
2.將GaN/藍寶石晶片浸泡在DI(去離子的)H2O中，用N2吹干。
3.涂超級膠到晶片中心的約1/3到1/2處。
4.加速旋轉(zhuǎn)涂布機到2000rmp(1～2秒)并立即減速到零。
5.檢查完全覆蓋；如果沒有被完全覆蓋，則用超級膠填充空區(qū)域并重復(fù)步驟4。
6.一旦晶片被超級膠完全覆蓋，加速到2000rpm并保持30秒。
7.減速到零并停止。
8.內(nèi)層固化2分鐘。
9.重復(fù)步驟3到9以獲得5個涂層。
10.在建議時間內(nèi)固化超級膠(過夜固化)。
SU-85粘合處理(在藍寶石支承晶片210上)；1.將藍寶石支承晶片浸泡在丙酮中，然后浸泡在異丙醇中，然后浸泡在DIH2O中，用N2吹干2.脫水烘干藍寶石支承晶片和涂布有超級膠的GaN/藍寶石晶片
2.1用熱盤在120C加熱支承晶片10分鐘2.2從熱盤移開，并冷卻2分鐘3.用注射器注射SU-85到藍寶石支承晶片(拋光面)或者GaN/藍寶石晶片(超級膠面)4.在SU-85滴的上部放置其它晶片，并允許自然地散布環(huán)氧樹脂5.用鑷子施加緩和的壓力；過量SU-85從周圍擠出，其隨后可以用刀片或者晶片切邊器很容易地去除6.軟烘干以去除溶劑6.1.對于1/4晶片(在熱盤上)6.1.1.70C-2.5分鐘6.1.2.90C-5分鐘6.1.3.70C-2分鐘6.1.4.在潔凈的表面上冷卻6.2對于1/2到整個晶片(在熱盤上)6.2.1.70C-2.5分鐘6.2.2.90C-10分鐘6.2.3.70C-2分鐘
6.2.4.在潔凈的表面上冷卻7.UV曝光7.1使用均勻的UV源(諸如光刻機的UV燈)7.1.1.強度在沒有藍寶石支承晶片的SU85上為7～7.5mW/cm2。
7.1.2.強度在未拋光的藍寶石支承晶片上為5.0mW/cm2。
7.2.15μm厚的薄膜需要約200mJ/cm2劑量(在此強度為40秒)7.3.在薄膜較厚的情況下曝光120秒(或20分鐘的最大值曝光)8.硬烘干，用于增加SU85和超級膠之間的交聯(lián)8.1.1.70C-1分鐘8.1.2.90C-2分鐘8.1.3.在清潔的表面上冷卻參見圖6，使用248nm的KrF紫外線(UV)準分子激光器用于激光剝離。該示例性激光器的脈沖持續(xù)時間是38ns。選擇此波長的原因在于，為了在GaN/藍寶石界面處將GaN分解成金屬Ga和氣體氮(N2)，激光應(yīng)該能夠傳輸穿過藍寶石，并在GaN外延層中被吸收。選擇具有7×7mm方束的激光束，并且光束功率密度在600～1,200mJ/cm2之間。還發(fā)現(xiàn)所需的激光束能量密度強烈地依賴于藍寶石襯底表面的表面粗糙度。為了在激光剝離后獲得光滑的GaN表面，使用高于800mJ/cm2的光束能量?？梢岳斫猓梢愿淖冞@些參數(shù)以獲得好的結(jié)果。
基于上述的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)藍寶石襯底的表面粗糙度是用于在激光剝離后獲得光滑的GaN表面的一個重要過程參數(shù)。如果在激光剝離期間使用未拋光的藍寶石表面，則GaN表面非常粗糙，這導(dǎo)致在形成最終器件后由于粗糙表面的不良反射率引起的LED器件的不良光輸出。然而，如果使用拋光表面，則能夠獲得非常光滑的GaN表面，因此能獲得較高的光輸出。然而，由于激光束局部的在拋光的藍寶石表面上，則同具有較小的激光束能量的區(qū)域相比，用較高的激光束能量照射的區(qū)域通常導(dǎo)致在GaN表面的破裂。因此，為了獲得高產(chǎn)量的激光剝離處理并同時獲得高器件性能，選擇藍寶石晶片的最佳表面粗糙度是重要的。根據(jù)傳統(tǒng)的技術(shù)，噴砂處理通常用于在拋光的藍寶石表面獲得均勻激光束分布，然而，噴砂處理非常不可靠并且不可重復(fù)以每次獲得相同的表面粗糙度。本發(fā)明中，在激光束和藍寶石襯底之間放置用對248nm的UV激光透明的材料制成的擴射板，以在藍寶石表面獲得均勻激光束功率分布，從而提高激光剝離處理產(chǎn)量。擴射板的表面粗糙度rms(均方根)優(yōu)選地設(shè)置為小于30μm，并且使用藍寶石用于擴射體。
如圖7所示，激光剝離后，在激光剝離期間由GaN分解產(chǎn)生的過量Ga滴用HCl溶液(HCl∶H2O＝1∶1，室溫)或者煮沸的HCl蒸汽清洗30秒。由于Ga在室溫融化，因此Ga在激光剝離期間以液態(tài)形成，并且能夠容易地用酸溶液清洗掉。用酸清洗過的GaN表面進一步用干刻蝕清潔，有利地使用感耦反應(yīng)離子刻蝕(ICP RIE)。為了制造原子平坦表面，還對剝離的n-GaN表面執(zhí)行ICP拋光。由于使用如圖8所示的較高反射表面可增加光輸出，因此平坦表面對于產(chǎn)生隨后被沉積的反射結(jié)構(gòu)的高反射率是重要的。
對于增加光提取和改善垂直結(jié)構(gòu)器件的電氣性能而言，獲得良好的光學(xué)反射率和電接觸特性是重要的。為了滿足這些需要，優(yōu)選地使用ITO(銦錫氧化物)薄膜用于圖8所示的n-接觸層和反射層。即使ITO是透明的非金屬接觸物，其能夠形成到n-GaN的良好n-型接觸，這可以與用于其它技術(shù)的Ti/Al相提并論。此外，ITO薄膜的高反射率用于形成垂直結(jié)構(gòu)的反射器是理想的。眾所周知，ITO的反射率超過90％，而傳統(tǒng)技術(shù)使用的金屬薄膜的最好反射率已知最大的是60～70％。使用電子束蒸發(fā)在清潔的n-GaN表面沉積透明的導(dǎo)電和反射ITO薄膜。ITO薄膜厚度選擇在75～150nm范圍內(nèi)，以獲得最佳反射率。
為了制造具有帶有厚、軟金屬薄膜支承層(～100μm)的薄、硬GaN外延層(小于10μm)的垂直結(jié)構(gòu)的器件，如圖9所示，在兩層之間形成中間層120以減少可能積累在GaN外延層150和金屬層122-126之間的交界處的壓縮應(yīng)力是重要的。設(shè)置中間層120的另一個原因是，金屬中間層比直接對非金屬ITO表面執(zhí)行電鍍產(chǎn)生更好的電鍍特性。在不從真空室去除晶片的情況下，使用電子束蒸發(fā)器將大約1-μm厚的金(Au)薄膜120連續(xù)地沉積到ITO表面118上。在原位置的連續(xù)層沉積對防止污染是有用的，其對在ITO和Au層之間形成良好的薄膜粘附是重要的。為了進一步改善ITO和Au之間的粘附，在ITO和Au層之間沉積30～50nm厚的Cr粘附層。
在圖9中，通過電鍍或無電鍍(electroless plating，也稱化學(xué)鍍)沉積厚金屬支承層120-126。使用電鍍或者無電鍍，這是因為同傳統(tǒng)的沉積方法相比，其是一種快速和廉價的沉積技術(shù)。在成本效率方面，這對于垂直結(jié)構(gòu)的器件的大規(guī)模生產(chǎn)是重要的。支承層的主要功能在于，支承層120-126不僅為薄GaN外延層提供良好的剛性機械支承，而且還提供良好的電傳導(dǎo)和熱消散。為了滿足這些需要，在Au/Cr粘附層上沉積分級的Cu合金層。
在Cu合金層之前沉積第一Au緩沖層120。Au層120能夠通過諸如真空蒸發(fā)等技術(shù)來形成。沉積Au層120以提高現(xiàn)有層和Cu合金層之間的粘附度。電鍍初始的硫酸鹽-基軟銅層，以逐漸軟化由于厚金屬層引起的應(yīng)力積累。將初始的軟Cu合金層厚度設(shè)置到～10μm。將鍍覆速率設(shè)置到3～5μm/小時，以形成密集和均勻的Cu鍍層。靠近軟Cu層122電鍍硬Cu層124以提供結(jié)構(gòu)剛度。硬Cu鍍的鍍覆速率高達20μm/小時。對于Cu合金鍍來說，含有錫(Sn)和鐵(Fe)的金屬合金的鍍?nèi)芤汉虲u硫酸鹽溶液混合，以提高Cu支承層的機械強度和電導(dǎo)率。Cu合金支承層的總厚度是70～90μm(圖9)。在Cu合金鍍結(jié)束時，電鍍了0.5～1μm厚的Au層，以防止Cu合金層被氧化。在用于封裝垂直器件的芯片粘合處理和引線接合處理期間，Au保護層126對于在單個芯片和金屬-基環(huán)氧樹脂之間獲得良好的粘附是重要的。
厚金屬沉積之后，使用溶劑從GaN/金屬支承晶片將藍寶石支承晶片210去除，并且結(jié)果在圖10示出。此脫膠處理包括以下步驟將GaN/金屬晶片浸泡在丙酮中3～5小時，以從支承藍寶石晶片溶解超級膠層。為了使得脫膠處理容易和快速，積累在藍寶石晶片邊緣的過量金屬用機械方法修整，比如修邊器或者刀片。還可以使用化學(xué)處理。通過去除過量金屬，溶劑能夠更容易的滲透到超級膠層內(nèi)部并加速脫膠處理。分離的GaN/金屬晶片在超聲波清潔器中被進一步浸泡并用異丙醇清洗。使用沖洗和干燥劑用DI水進一步清洗GaN器件表面。
如圖11所示，圖10的晶片被支承在薄膜410上，單個器件通過劃線片切成小方塊，這可以使用化學(xué)或者激光處理來執(zhí)行。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的最終垂直器件結(jié)構(gòu)。結(jié)果是相對于其它傳統(tǒng)制造技術(shù)具有高產(chǎn)量的高質(zhì)量激光二極管。
本發(fā)明的優(yōu)點包括制造適于大規(guī)模生產(chǎn)的具有高可靠性和高產(chǎn)量的垂直結(jié)構(gòu)的LED。本發(fā)明在激光剝離處理之前使用雙粘合處理，以便在激光剝離后容易分離外延層和支承晶片，并使用AlGaN阻尼層來預(yù)防激光束的高能沖擊波。這個附加的緩沖層減少了由照射薄外延薄膜的高能激光束引起的破裂的產(chǎn)生。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件的方法，包括以下步驟在晶體襯底上制造多個垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件；使用激光剝離處理去除所述襯底；以及制造金屬支承結(jié)構(gòu)代替所述襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述制造金屬支承結(jié)構(gòu)代替所述襯底的步驟包括以下步驟使用電鍍或者無電鍍中的至少一種來鍍所述金屬支承結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述垂直結(jié)構(gòu)是GaN-基垂直結(jié)構(gòu)，所述晶體襯底包括藍寶石，并且所述金屬支承結(jié)構(gòu)包括Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述垂直結(jié)構(gòu)是GaN-基垂直結(jié)構(gòu)，所述晶體襯底包括藍寶石，并且所述金屬支承結(jié)構(gòu)包括Cu。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在所述光電子器件和所述金屬支承結(jié)構(gòu)之間制造緩沖層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括以下步驟在所述光電子器件和所述金屬支承結(jié)構(gòu)之間制造緩沖層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述制造金屬支承結(jié)構(gòu)的步驟在p-型金屬接觸層或者n-型金屬層接觸表面上執(zhí)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述制造金屬支承結(jié)構(gòu)的步驟在p-型金屬接觸層或者n-型金屬層接觸表面上執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述制造金屬支承結(jié)構(gòu)代替所述襯底的步驟包括以下步驟沉積形成n-接觸物的ITO(銦錫氧化物)層；在所述ITO層上沉積Au緩沖層；以及使用電鍍或者無電鍍中的至少一種，在所述Au層上鍍Cu層。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述GaN-基垂直結(jié)構(gòu)包括緩沖層，所述緩沖層除了包括GaN或AlN緩沖層，還包括AlGaN緩沖層，以提供熱擴散阻擋物以保護聚合體-基粘合層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，根據(jù)如下規(guī)則從所述GaN層通過所述襯底形成溝道a)溝道尺寸大致類似于激光束光斑尺寸，例如7×7mm，以在激光剝離處理期間減輕沖擊波；b)所述溝道有利地窄于大約100微米寬，并延伸到所述藍寶石襯底中不深于約3微米；以及c)所述溝道有利地使用反應(yīng)離子刻蝕來形成，優(yōu)選地是感耦等離子反應(yīng)離子蝕刻(ICP RIE)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，為了減輕沖擊波并易于在激光剝離之后的脫膠處理期間的分層，根據(jù)以下步驟，對在GaN外延層和支承晶片之間的使用諸如超級膠和SU-85環(huán)氧樹脂的聚合體-基粘合劑的粘合層進行雙涂布a)使用旋涂來涂超級膠層；b)所述超級膠層厚度為大約30微米厚；c)同樣使用旋涂以厚于20微米的厚度涂所述SU-85；d)用UV燈固化SU-85；以及e)使用UV燈透明藍寶石支承物來固化所述SU-85環(huán)氧樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟通過在激光束和所述藍寶石襯底之間設(shè)置擴散板，使用由對激光束透明的材料制成的擴散板，以獲得均勻的激光束功率分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟在剝離的GaN晶片上執(zhí)行ICP RIE刻蝕和拋光，其中，所述刻蝕和拋光暴露并制造純n-GaN的原子平坦表面，并且其中，所述平坦表面對產(chǎn)生隨后沉積的反射結(jié)構(gòu)的高反射率尤其有益。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟使用電子束蒸發(fā)在所述結(jié)構(gòu)的底部沉積透明的導(dǎo)電反射層，其中，優(yōu)選地使用ITO(銦錫氧化物)用于n-接觸層和反射層。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟沉積軟Cu合金層，以逐漸的軟化由于厚金屬層積累的應(yīng)力，其中，所述初始軟Cu合金層的厚度設(shè)置到～10μm，并且其中，鍍覆速率設(shè)置到3～5μm/小時。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟沉積硬Cu層以提供結(jié)構(gòu)剛度，其中，硬Cu電鍍的鍍覆速率高達20μm/小時，其中，對于所述Cu合金鍍，包含錫(Sn)和鐵(Fe)的金屬合金電鍍?nèi)芤号cCu硫酸鹽溶液混合，以提高Cu合金支承層的機械強度和導(dǎo)電率，其中，所述Cu合金支承層的總厚度是70～90μm，并且其中，在所述Cu合金鍍結(jié)束時，0.5～1μm厚的Au層被電鍍以防止Cu合金層氧化。
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟通過化學(xué)或者激光劃片來切割單個器件。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法制造的垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件。
21.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法制造的垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件。
22.一種包括多個層的垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件，包括GaN-基發(fā)光二極管和接近其頂部的一個接觸物；ITO(銦錫氧化物)接觸層，設(shè)置于晶體襯底上的所制造的垂直結(jié)構(gòu)的激光二極管的下面；含Au的緩沖層，鄰近所述ITO層；含銅的支承層，鄰近所述Au層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件，其中，使用電鍍或者無電鍍中的至少一種構(gòu)造所述支承層。
全文摘要
一種用于制造垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件的方法，包括在晶體襯底上制造多個垂直結(jié)構(gòu)的光電子器件，然后使用激光剝離處理去除襯底。該方法然后制造金屬支承結(jié)構(gòu)代替襯底。在一方面中，制造金屬支承結(jié)構(gòu)代替襯底包括以下步驟使用電鍍和無電鍍中的至少一種來電鍍金屬支承結(jié)構(gòu)。在一方面中，垂直結(jié)構(gòu)是GaN－基垂直結(jié)構(gòu)，晶體襯底包括藍寶石，并且金屬支承結(jié)構(gòu)包括銅。本發(fā)明的優(yōu)點包括制造適于大規(guī)模生產(chǎn)的高可靠性和高成品率的垂直結(jié)構(gòu)的LED。
文檔編號H01S5/323GK1998065SQ200480018620
公開日2007年7月11日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月4日
發(fā)明者劉明哲 申請人:劉明哲