專利名稱：具有導(dǎo)電性金屬襯底的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及發(fā)光二極管以及發(fā)光二極管的制造 方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)在我們?nèi)粘Ｉ钪姓缪葜遮呏匾?的角色，LED在許多應(yīng)用中極為普遍，如通訊與其他領(lǐng)域， 如手機、家電、及其他電子裝置。最近，舉例來說，就例如 影像顯示、光學(xué)儲存、照明、醫(yī)學(xué)儀器等應(yīng)用而言，對于光 電子學(xué)用的氮化物基底半導(dǎo)體材料的需求(如氮化鎵或GaN) 已戲劇性地增加了 。公知藍光發(fā)光二極管(LED)使用氮化物 的半導(dǎo)體材料來形成，如GaN、 AlGaN、 InGaN及AlInGaN。
大多數(shù)如上所述發(fā)光裝置的半導(dǎo)體層以磊晶方式形成于非 導(dǎo)電性藍寶石襯底上。既然藍寶石襯底為電絕緣體，便不能 直接在藍寶石襯底上形成電極以驅(qū)動電流通過LED。而且， 電極分別直接接觸P型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層，以便完成 LED裝置的制造。然而，這種電極結(jié)構(gòu)與非導(dǎo)電性藍寶石襯 底的本質(zhì)卻表示相當重大的裝置運作限制，例如，必須在P 層上形成半透明接點(面)，以將電流自P電極散布至n電 極。此半透明接點(面)因內(nèi)部反射與吸收而減少了自裝置 發(fā)射的光強度；而且，p與n電極阻礙了光波并減少了來自 裝置的發(fā)光面積；此外，藍寶石襯底是熱量絕緣體(或熱絕 緣體)，且在裝置運作期間所產(chǎn)生的熱能并不能有效地散去， 因此限制了裝置的可靠性。
圖1顯示了公知LED。如其中所示，襯底以1注明，襯 底1通?？蔀樗{寶石。在襯底1上形成緩沖層2，以減少襯
底1與GaN間的晶格失配。緩沖層2可在襯底1上以磊晶方 式生長，且可為A1N、 GaN、 AlGaN、或AlInGaN，隨后依序 形成n-GaN基底層3、多重量子阱(MQW)層4、與p-GaN層5; 利用蝕刻法在n-GaN基底層3上形成暴露區(qū)域6;將導(dǎo)電性 半透明涂層設(shè)置于P-GaN層5上；最后，將n-電極9與p-電極8形成于選定的電極區(qū)域上。n-電極9必須與p-電極位 于裝置的同一側(cè)，以分別將電子與空穴注入MQW活性層。層 4中的空穴與電子的放射性重組將放射出光波。然而，此公 知LED結(jié)構(gòu)的限制包括(l)在p-層5上的半透明接點(面) 并非100%透明，且會阻礙由層4所發(fā)出的光波；(2)因電極 位置之故，自n-電極散布至p-電極的電流并不均勻；以及 (3)由于藍寶石是熱與電絕緣體，熱能會在裝置運作期間累 積。
為增加可用的照光面積，己發(fā)展出垂直式LED。如圖2 所示，典型垂直式LED具有襯底10(—般為硅、GaAs、或Ge); 接著于襯底10上形成過渡金屬多重層12、 p-GaN層14、 MQW 層16、 n-GaN層18;接著在選定作為電極的區(qū)域上形成n-電極20與p-電極22。
美國專利申請第20040135158號顯示一種通過下列步驟 來完成垂直式LED結(jié)構(gòu)的方法(a)在藍寶石襯底上形成緩 沖層；(b)在該緩沖層上形成多層掩模，其中該襯底、該緩 沖層、與該復(fù)數(shù)掩模共同形成一襯底單元；(c)于該多層掩 模上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)，其中該多層磊晶結(jié)構(gòu)包括活性層； 取出該多層磊晶結(jié)構(gòu)；(d)在取出之后，移除與該多層磊晶 結(jié)構(gòu)底側(cè)黏合的該剩余掩模；(e)在該多層磊晶結(jié)構(gòu)的該底 側(cè)上涂布金屬反射膜；(f)將導(dǎo)電性襯底黏合至該金屬反射 膜；以及(g)將P-電極設(shè)置于該多層結(jié)構(gòu)的上表面上，且將 n-電極設(shè)置于該導(dǎo)電性襯底的底側(cè)上
發(fā)明內(nèi)容
在一方面中， 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括在承 載襯底(carrier substrate)上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)；在該 多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積至少一層金屬層；移除該承載襯底。
上述方面的施行可包括以下之一或更多該承載襯底可 為藍寶石，金屬層的沉積不包括在襯底上將金屬層黏合或膠 粘至襯底上的結(jié)構(gòu)。金屬層的沉積可應(yīng)用電化學(xué)沉積、無電 化學(xué)沉積、CVD化學(xué)氣相沉積、M0CVD金屬有機CVD、 PECVD 等離子體加強CVD、 ALD原子層沉積、PVD物理氣相沉積、蒸 鍍、或等離子體噴涂、或這些技術(shù)的組合。金屬層可為單層 或多層狀，假使金屬層為多重層，可形成具有不同組成的多 層金屬層，且可使用不同技術(shù)以沉積該金屬層。在實施例中， 最厚層使用電或無電化學(xué)沉積加以沉積。
在另一方面中， 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括設(shè) 置承載襯底；沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)；在該多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積 一或多層金屬層；利用蝕刻定義一或多個臺面(mesa);形成 一或多層非導(dǎo)電層；移除該非導(dǎo)電層的一部分；沉積至少一 或多層金屬層；移除該承載襯底。
上述方面的施行可包括以下之一或更多金屬層可具有 相同或不同組成，且可使用各種沉積技術(shù)來沉積。承載襯底 的移除可使用激光、蝕刻、研磨/拋蝕、或化學(xué)機械研磨、 或濕式蝕刻等。該承載襯底可為藍寶石、碳化硅、硅、鍺、 氧化鋅、或砷化鎵。該多層磊晶結(jié)構(gòu)可為n-型GaN層、 一或 更多具有INGaN/GaN層的量子阱、及p型AlGaN/GaN層。在 該多層磊晶結(jié)構(gòu)上的一或多層金屬層可為氧化銦錫(IT0)、 Ag、 Al、 Cr、 Au、 Pt、 Pd、 Ti、 Ta、 TiN、 TaN、 Mo、 W、耐 火金屬或金屬合金，或這些材料的復(fù)合材料。介于該多層磊 晶結(jié)構(gòu)與該金屬層之間可形成可選(optional)摻雜半導(dǎo)體 層?？墒褂镁酆衔?如光阻)或硬性掩模(Si02， Si3N4,鋁)定義 臺面(mesa)。非導(dǎo)電層可為Si02、 Si3N4、金剛石成分、非導(dǎo) 電性金屬氧化物成分、或陶瓷成分、或這些材料的復(fù)合材料。非導(dǎo)電層可為單一層或具有多個非導(dǎo)電層(如Si02在S"N4之 上)。在一個實施例中，該非導(dǎo)電層為側(cè)壁鈍化層或鈍化層。 部份非導(dǎo)電層可通過剝除或利用或不使用掩模層的干式蝕 刻加以移除，以暴露出導(dǎo)電層，導(dǎo)電層可為一或更多金屬層。 該一或多層金屬層可使用物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉 積(CVD)、等離子體增強CVD(PECVD)、蒸鍍、離子束沉積、 電化學(xué)沉積、無電化學(xué)沉積、等離子體噴涂或噴墨沉積來沉 積。該金屬層可包括鉻(Cr)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、銅、在阻礙 金屬材料(如氮化鈦、鎢、氮化鎢、氮化鉭)上的銅、鉬(Mo)、 鴇(W)、或金屬合金。 一或多層附加金屬層可通過電化學(xué)電 鍍、或無電化學(xué)鍍而形成，該附加金屬層可包括銅(Cu)、鎳 (Ni)、金(Au)、鋁(A1)、或其合金?？沙练e導(dǎo)電性鈍化層(保 護金屬層)，且該導(dǎo)電性鈍化層可為金屬、鎳(Ni)、鉻(Cr)、 鋅(Zn)、金、Pt、 Pd。該鈍化層包括非導(dǎo)電性金屬氧化物(氧 化鉿、氧化鈦、氧化鉅)，二氧化硅、氮化硅、或聚合物材 料。
在一個實施例中，Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作為鏡面層， 鎳作為阻礙層，金作為種晶層，如此以用于電鍍。沉積該鏡 面層(如Ag、 Al、 Pt、 Ti、 Cr)，然后在電或無電化學(xué)沉積金 屬(如Ni、 Cu、 W)之前，在該鏡面層上方形成例如充滿氧 的TiN、 TaN、 TiWN、 TiW的阻礙層。就銅的電化學(xué)沉積而言， 以CVD、 M0CVD、 PVD、 ALD、或蒸鍍工藝來沉積一種晶層；某 些銅的晶種材料層為W、 Au、 Cu、或Ni等。
在發(fā)光二極管的另一制造方法中，包括設(shè)置承載襯底； 沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)；在該多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積一或多層金屬 層；蝕刻一或多個臺面；形成一或多層非導(dǎo)電層；移除該非 導(dǎo)電層的一部份；沉積一或多層金屬層；移除該承載襯底。
上述方法的施行可包括以下之一或更多金屬層可具有 相同或不同組成，且可利用各種沉積技術(shù)加以沉積?？衫?激光、蝕刻、研磨/拋蝕、或化學(xué)機械研磨、或濕式蝕刻等
完成承載襯底的移除，該承載襯底可為藍寶石。該金屬層的
沉積方式可為電化學(xué)沉積(ECD)、或無電化學(xué)沉積 (ElessCD);利用電化學(xué)沉積、或無電化學(xué)沉積的技術(shù)沉積 該金屬層前，將實施晶種導(dǎo)電層的可選(optional)步驟(例 如，在銅、鎳的ECD前，先通過蒸鍍、濺鍍或CVD、 MOCVD 來沉積銅、鎳、鎢的晶種層)。金屬層的沉積可包括CVD、 PECVD、 PVD、蒸鍍、或等離子體噴涂?？蓪㈦姌O設(shè)置于多層 結(jié)構(gòu)上?？尚纬梢换蚨鄬痈郊咏饘賹佑谠冀饘賹由稀?br> 在發(fā)光二極管的另一制造方法中，該工藝包括設(shè)置承 載襯底；沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)；在多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積一或多 層金屬層；蝕刻一或多個臺面；形成一或多層非導(dǎo)電層；移 除該非導(dǎo)電層的一部分；沉積一或多層金屬層；移除該承載 襯底。
上述方法的施行可包括以下之一或更多金屬層可具有 相同或不同組成，且可利用各種沉積技術(shù)加以沉積?？衫?激光、蝕刻、研磨/拋蝕、或化學(xué)機械研磨、或濕式蝕刻等 完成承載襯底的移除。該承載襯底可為藍寶石。該金屬層的 沉積方式可為電化學(xué)沉積(ECD)、或無電化學(xué)沉積 (ElessCD);利用電化學(xué)沉積、或無電化學(xué)沉積的技術(shù)沉積 該金屬層前，將實施晶種導(dǎo)電層的可選步驟(例如，在銅、 鎳的ECD前，先通過蒸鍍、濺鍍或CVD、 M0CVD來沉積銅、 鎳、鎢的晶種層)。金屬層的沉積可包括CVD、 PECVD、 PVD、 蒸鍍、或等離子體噴涂?？蓪㈦姌O設(shè)置于多層結(jié)構(gòu)上?？稍?原始金屬層上形成一或多層附加金屬層，以保護下方金屬。
在另一方面中， 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括在 襯底(如藍寶石襯底)上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)；在該磊晶層上方 沉積金屬層(利用在晶種金屬層頂部上的電或無電化學(xué)鍍， 將銅或鎳電鍍在利用蒸鍍、CVD、 PVD濺鍍法所沉積的銅、鎳、 或鎢、或Pd的晶種層頂端上，該晶種層沉積在TaN、 TiN、 Ti麗、TiW0x或氮化鎢的阻礙層上)；及移除該襯底(例如，
使用激光剝除技術(shù)、濕式蝕刻或CMP)。
在一個實施例中，該多層磊晶結(jié)構(gòu)包括反射金屬層， 耦合到金屬電鍍層；非導(dǎo)電性鈍化層，耦合到該反射金屬層； p-GaN層，耦合到該鈍化層；多重量子阱(MQW)層，耦合到該 p-GaN層；n-GaN層，耦合到該多重量子阱(MQW)層；及n電 極，耦合到該n-GaN層。
金屬層可為單層或多層狀，假使金屬層為多層，可形成 具有不同組成的多個金屬層，且可使用不同技術(shù)以沉積該金 屬層。在實施例中，最厚層使用電或無電化學(xué)沉積加以沉積。
在一個實施例中，Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作為鏡面層， 鎳作為阻礙層，金作為晶種層，以上整個作為銅電鍍用的主 體襯底(bulk substrate)。沉積該鏡面層(如Ag、 Al、 Ti、 Cr、 Pt)，然后在如金屬Ni或Cu的電或無電化學(xué)沉積前， 在該鏡面層上形成如充滿氧的TiN、 TaN、 TiWN、 TiW的阻礙 層。就銅的電化學(xué)沉積而言，晶種層以CVD、 MOCVD、 PVD、 ALD、或利用Au、 Cu、或Ni等的蒸鍍工藝來沉積。
在另一方面中， 一種發(fā)光二極管的制造方法包括在藍 寶石襯底上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)，其中該多層磊晶結(jié)構(gòu)包括多 重量子阱層(MQW);在多層磊晶結(jié)構(gòu)上涂布金屬電鍍層；移 除該藍寶石襯底；以及在多層結(jié)構(gòu)表面上設(shè)置n-電極。p-電極耦合到該金屬電鍍層或該金屬電鍍層本身作為P-電極。
如上述方面的施行可包括以下之一或更多該金屬電鍍 層可利用電或無電化學(xué)鍍而形成。該金屬電鍍層亦可利用無 電化學(xué)鍍加以形成，且以聚酰亞胺層保護藍寶石襯底?？衫?用激光剝除技術(shù)(LLO)移除襯底。該多層磊晶結(jié)構(gòu)可具有反 射金屬層，耦合到金屬電鍍層；鈍化層，耦合到該反射金屬 層；p-GaN層，耦合到該鈍化層；n-GaN層，耦合到多重量 子阱(MQW)層；n電極，耦合到該n-GaN層；且該金屬電鍍層
為P-電極或具有耦合到該金屬電鍍層的p-電極。
在另一方面中， 一種制造發(fā)光二極管(LED)的垂直裝置 結(jié)構(gòu)可通過在藍寶石襯底上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)而加以制造， 其中該多層磊晶結(jié)構(gòu)包括多重量子阱活性層(MQW);在多層 磊晶結(jié)構(gòu)上涂布金屬層；移除該藍寶石襯底；以及在多層結(jié) 構(gòu)表面上設(shè)置n-電極，且該金屬層為p-電極或具有耦合到 該金屬層的P-電極。
金屬層可為單層或多層狀，假使金屬層為多層，可形成 不同組成的多個金屬層，且可使用不同技術(shù)以沉積該金屬 層。在實施例中，最厚層使用電或無電化學(xué)沉積加以沉積。
在一個實施例中，Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作為鏡面層， 鎳作為阻礙層，金作為晶種層，以上整個作為銅電鍍用的主 體襯底。沉積該鏡面層(如Ag、 Al、 Ti、 Cr、 Pt)，然后在如 金屬Ni或Cu的電或無電化學(xué)沉積前，在該鏡面層上形成如 充滿氧的TiN、 TaN、 TiWN、 TiW的阻礙層。就銅的電化學(xué)沉 積而言，晶種層以CVD、 M0CVD、 PVD、 ALD、或利用Au、 Cu、 或Ni等蒸鍍工藝來沉積。
在另一方面中，垂直式LED包括在臨時襯底上所形成的 多層磊晶層；在多層磊晶層上形成金屬電鍍層，利用電化學(xué) 或無電化學(xué)沉積技術(shù)沉積該金屬層前，將實施晶種導(dǎo)電層的 可選步驟(例如，在銅、鎳的ECD前，先通過蒸鍍、濺鍍或 CVD、 M0CVD來沉積銅、鎳、鎢的晶種層)，其中在形成金屬 電鍍層后，該臨時襯底利用激光剝除加以移除。
在一個實施例中，Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作為鏡面層， 鎳作為阻礙層，金作為晶種層，以上整個作為銅電鍍用的主 體襯底。沉積該鏡面層(如Ag、 Al、 Ti、 Cr、 Pt)，然后在如 金屬Ni或Cu的電或無電化學(xué)沉積前，在該鏡面層上形成例 如充滿氧的TiN、 TaN、 TiWN、 TiW的阻礙層。就銅的電化學(xué) 沉積而言，晶種層以CVD、 M0CVD、 PVD、 ALD或利用Au、 Cu 或Ni等蒸鍍工藝來沉積。
在另一方面中，垂直式發(fā)光二極管包括金屬電鍍層；反 射金屬層，耦合到該金屬電鍍層；鈍化層，耦合到該反射金
屬層；p-GaN層，耦合到該鈍化層；多重量子阱(MQW)層，耦 合到該p-GaN層；n-GaN層，耦合到該多重量子阱(MQW)層； n-電極，耦合到該n-GaN層；以及p-電極，耦合到該金屬電 鍍層。
在一個實施例中，Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作為鏡面層， 鎳作為阻礙層，金作為晶種層，以上整個作為銅電鍍用的整 體襯底。沉積該鏡面層(如Ag、 Al、 Ti、 Cr、 Pt)，然后在如 金屬Ni或Cu的電或無電化學(xué)沉積前，在該鏡面層上形成例 如充滿氧的TiN、 TaN、 TiWN、 TiW的阻礙層。就銅的電化學(xué) 沉積而言， 一晶種層以CVD、 M0CVD、 PVD、 ALD或利用Au、 Cu、或Ni等蒸鍍工藝來沉積。
本發(fā)明的優(yōu)點可包括以下之一或更多不使用晶圓黏合 或膠粘，且以較不復(fù)雜的沉積工藝(例如物理氣相沉積 (PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體加強CVD(PECVD)、蒸 鍍、離子束沉積、電化學(xué)沉積、無電化學(xué)沉積、等離子體噴 涂、或噴墨沉積)來取代復(fù)雜、冗長、 一次一個晶圓黏合/ 膠粘工藝。因n-GaN導(dǎo)電性良好，故不需要n-電極的半透明 接點(面)，且因此可自LED裝置放射更多光輸出。而且， 由于在裝置的每一邊只需要一個電極，故該LED裝置阻擋較 少光波。此外，電流可均勻地自n-電極散布至p-電極，因 此增加了LED效能。再者，該金屬襯底可比藍寶石襯底散去 更多熱量，所以更多電流將用于驅(qū)動LED。所得的LED可以 更小尺寸取代公知LED。對相同LED尺寸而言，以相同驅(qū)動 電流可自垂直式LED輸出遠高于公知LED的光波。


為更加了解本發(fā)明的其他特征、技術(shù)概念、以及目的， 可仔細地閱讀以下優(yōu)選實施例的說明及附圖，以下為附圖說 明
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的公知LED;
圖2顯示一現(xiàn)有技術(shù)的公知垂直式LED;
圖3至圖8顯示制造垂直式LED的示例工藝的操作。
具體實施例方式
在閱讀本詳細說明時，可同時參照附圖并將其視為詳細 說明的一部分。
參考圖3至圖8，垂直式LED的制造方法將在這里介紹。 在說明中，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)所給的參考符號也將使用于發(fā)明 制造方法的步驟中。
在下面所述的工藝涉及起初生長于藍寶石上的InGaN LED的一個實施例。接著利用電或無電化學(xué)鍍來沉積厚接點 (面)，以用于所得的LED裝置的導(dǎo)電或?qū)?；使用電或無 電化學(xué)鍍以代替晶圓黏合。該工藝可應(yīng)用于任何利用黏合將 磊晶層貼附至新主要襯底以提升光、電、熱性質(zhì)的光電裝置 中。
回到圖示，圖3顯示在載體40上的示例性InGaN LED 的多層磊晶結(jié)構(gòu)，在一個實施例中該載體40可為藍寶石襯 底。形成于該藍寶石襯底40上的該多層磊晶結(jié)構(gòu)包括n-GaN 基底層42、 MQW活性層44及p-GaN層46。例如，該n-GaN 基底層42具有例如約4u m的厚度。
該MQW活性層44可為InGaN/GaN(或AlGaN/GaN) MQW活 性層。 一旦電流通過該n-GaN基底層42與p-GaN層46之間 時，便可激發(fā)該MQW活性層44并因此產(chǎn)生光。所產(chǎn)生的光 可具有介于250nm與600nm間的波長。該p-層可為p+-GaN 基底層，如p+-GaN、 p+-InGaN、或p+-AlInGaN層且其厚度可 介于0. 01與0. 5 u m之間。
接下來，如圖4所顯示，實施臺面定義工藝以及在該p-GaN
層46上方形成p型接點(面)48。在多層磊晶結(jié)構(gòu)上的接 點(面)48可為氧化銦錫(IT0)、 Ag、 Al、 Cr、 Pt、 Pd， Ti， Ta， TiN, TaN， Ni、 Au、 Mo、 W、耐火金屬或金屬合金，或 這些材料的復(fù)合材料(如Ni/Au)。此外，也可形成直接反射 Ag沉積，以作為金屬接點(面)。在圖4中，個別LED裝置 形成于臺面定義之后，以離子耦合等離子體蝕刻將GaN蝕刻 成分離的裝置；亦可使用其他臺面定義工藝，如激光、鋸(saw) 或噴射水刀(water jet)。
接下來，如圖5所示，沉積鈍化層50并實施反射金屬 沉積，以在蝕刻進入該鈍化層50的視窗中形成反射金屬52， 如Al、 Ag、 Ni、 Pt、及Cr等，以允許該反射金屬52接觸層 46。該鈍化層50為非導(dǎo)電性，該反射金屬52形成鏡面。
圖6顯示在該結(jié)構(gòu)上沉積薄金屬層或多重金屬層53(Cr、 Pt、 Pt/Au、 Cr/Au、 Ni/Au、 Ti/Au、 TaN/Au、 among others)， 以作為電/無電化學(xué)鍍工藝的阻礙/晶種層。然而，若使用無 電工藝、濺鍍、或磁控濺鍍工藝代替電鍍，則不需要該沉積 操作。將一金屬襯底層60沉積于其上。
現(xiàn)在回到圖7，該多層磊晶結(jié)構(gòu)以如電與無電化學(xué)鍍的 技術(shù)涂布金屬襯底層60。由于無電化學(xué)鍍，藍寶石襯底40 利用可輕易去除而不致?lián)p傷藍寶石的聚酰亞胺層或涂層、或 特厚層的無電電鍍金屬(如Ni或Cu等)加以保護。
接下來，移除該藍寶石襯底40。在圖8所示的一個實施 例中，將激光剝除(LLO)操作施加于該藍寶石襯底40。以激 光剝除移除藍寶石襯底為已知，參照Cheung等人于2000年 6月6日公布的美國專利號第6071795號，發(fā)明名稱為"通 過選擇性光學(xué)工藝自透明襯底分離薄膜"，以及參照Kelly 等人在期刊Physica Status Solidi (a) vol.159, 1997, pp.
R3-R4中的"用于第三族氮化物薄膜剝除的光學(xué)工藝"。再者， 在藍寶石(或其他絕緣及/或硬性)襯底上制造GaN半導(dǎo)體層 的極有利方法示出在由Myung Cheol Yoo在2002年4月9 曰提出申請的美國專利申請第10/118317號，發(fā)明名稱為"以 金屬支座5薄膜制造垂直式裝置的方法"，以及由Lee等人 于2002年4月9日提出申請的美國專利申請第10/118316
號，發(fā)明名稱為"垂直式結(jié)構(gòu)的制造方法"。此外，GaN與藍 寶石(-及其他材料)的蝕刻方法示出在由Yeoni等人于2002 年4月9日提出申請的美國專利申請第10/118318號，發(fā)明 名稱為"改良GaN-基底發(fā)光二極管的光輸出的方法"，在此 以提及方式將其并入，視為完全地公開于此。在其他實施例 中，該藍寶石襯底以濕式或千式蝕刻或化學(xué)機械研磨來移 除。
如圖8所示，在n-GaN層42頂端上圖案化n型電極/焊 墊70以完成垂直式LED。在一個實施例中，可利用CVD、 PVP、 或電子束蒸鍍來沉積如Ni/Cr(Ni與n-GaN接觸)的焊墊70， 該焊墊70以具有掩模層的濕式或干式蝕刻或以具有負片掩 模層的剝除技術(shù)(負片掩模層表示其中我們不想有該材料) 來形成。
該薄金屬層或薄膜53設(shè)置作為該金屬襯底層60的晶種 材料。該薄金屬膜53可與該金屬襯底層60相同或不同材料， 只要可利用電化學(xué)沉積或無電化學(xué)沉積將該金屬襯底層60 電鍍于該薄膜53的頂端上即可。
雖然本發(fā)明已通過舉例及參照優(yōu)選實施例加以敘述，應(yīng)該了解 本發(fā)明并非限制于此。相反地，應(yīng)包括各種修改與類似排列及方法， 且因此所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)賦予最廣義的解釋，以包括所有各種 修改與類似排列及方法。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光二極管的制造方法，包括在承載襯底上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)；在所述多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積至少一層金屬層；移除所述承載襯底。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述承載襯底包括藍寶石。
3、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述金屬層的沉積包括電化學(xué)沉積。
4、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述金屬層的沉積包括在沉積至少一金屬層后，進行一或更 多無電化學(xué)沉積。
5、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述金屬層的沉積包括利用CVD、 PECVD、 PVD、 ALD、 M0CVD、 蒸鍍及等離子體噴涂其中之一來施加。
6、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 在所述金屬層上沉積一或多層附加金屬層。
7、 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括設(shè)置承載襯底；沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)；在所述多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積一或多層金屬層; 使用蝕刻定義一或多個臺面(mesa);形成一或多層非導(dǎo)電層； 移除所述非導(dǎo)電層的一部分； 沉積至少一或多層金屬層；以及 移除所述承載襯底。
8、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述承載襯底包括藍寶石、碳化硅、氧化鋅、硅及砷化鎵其 中之一。
9、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述多層磊晶結(jié)構(gòu)包括n型GaN或AlGaN層；—或多個具有InGaN/GaN層的量子阱；以及 p型GaN或AlGaN層。
10、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中在所述多層磊晶結(jié)構(gòu)上的所述一或多層金屬層包括氧化銦 錫(IT0)、銀、Al、 Cr、 Pt、 Ni、 Au、 Mo、 W、耐火金屬或金屬合金或金屬層其中之一。
11、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 介于所述多層磊晶結(jié)構(gòu)與所述金屬層間的可選(optional) 摻雜半導(dǎo)體層。
12、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述臺面(mesa)通過聚合物及/或蝕刻用的硬性掩模加以定 義。
13、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 所述非導(dǎo)電層包括Si02 、 Si3N4、類金剛石薄膜、非導(dǎo)電性金 屬氧化物成分，或陶瓷成分其中之一。
14、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 移除所述非導(dǎo)電層的一部分。
15、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 移除所述部分包括剝除、濕式或干式蝕刻，以暴露出導(dǎo)體層。
16、 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述導(dǎo)體層包括一或多層金屬層。
17、 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，所 述導(dǎo)體層沉積于鈍化層頂部，其中所述鈍化層包括一或多層 非導(dǎo)電層。
18、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其中 沉積一或多層金屬層包括物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉 積(CVD)、等離子體加強CVD(PECVD)、蒸鍍、離子束沉積、 電化學(xué)沉積、無電化學(xué)沉積、等離子體噴涂或噴墨沉積。
19、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 使用PVD、蒸鍍、離子束沉積、CVD或電子束沉積其中之一 來沉積一或多層金屬層。
20、 如權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述金屬層包括下列其中之一鉻(Cr)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、 在氮化鉭上的銅、鉬(Mo)、鎢(W)，或金屬合金。
21、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 通過電化學(xué)電鍍或無電化學(xué)鍍來形成一或多層附加金屬層。
22.所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 通過電化學(xué)電鍍或無電化學(xué)鍍在晶種層的頂部上形成一或 多層附加金屬層，所述晶種層包括銅、鎢、金、鎳、鉻、鈀、 鉑或其合金。
23、 如權(quán)利要求22所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述附加金屬層其中之一包括銅(Cii)、鎳(Ni)、金(Au)、 鋁(Al)或其合金。
24、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 沉積非導(dǎo)電性鈍化層。
25、 如權(quán)利要求24所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述鈍化層包括非導(dǎo)電性金屬氧化物(氧化鉿、氧化鈦、 氧化鉭)、二氧化硅、氮化硅或聚合物材料其中之一。
26、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 以濕式蝕刻、化學(xué)機械研磨或干式蝕刻來移除所述鈍化層的 一部份。
27、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 沉積最終金屬，所述最終金屬包括銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、 鉑(Pt)、鋅(Zn)及其合金其中之一。
28、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，包括 以激光、CMP、濕式蝕刻、離子注入其中之一來移除藍寶石 襯底。
29、 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括 設(shè)置承載襯底；沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)；使用蝕刻定義一或多個臺面(mesa);形成一或多層非導(dǎo)電層；移除所述非導(dǎo)電層的一部分；沉積一或多層金屬層；移除所述承載襯底。
30、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述承載襯底包括藍寶石。
31、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中臺面(mesa)使用聚合物及/或蝕刻用的硬性掩模加以定 義。
32、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，包 括沉積非導(dǎo)電性鈍化層。
33、 如權(quán)利要求32所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述鈍化層包括非導(dǎo)電性金屬氧化物、二氧化硅、氮化硅、 聚合物材料其中之一。
34、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，包 括以濕式蝕刻、化學(xué)機械研磨及干式蝕刻其中之一來移除所 述鈍化層的一部分。
35、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，包 括通過電化學(xué)電鍍或無電化學(xué)鍍在晶種層的頂部上形成一 或多層附加金屬層，所述晶種層包括銅、鎢、金、鎳、鉻、 鈀、鉑及其合金其中之一。
36、 如權(quán)利要求35所述的發(fā)光二極管的制造方法，包 括在鏡面層的頂部上形成晶種層，所述鏡面層包括利用物理 氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體強化 CVD(PECVD)、蒸鍍、離子束沉積其中之一所沉積的Ag、 Al、 Ti、 Cr、 Pt、 Pd、 Ag/Pt、 Ag/Pd或Ag/Cr。
37、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，包 括在所述金屬層上沉積一或多層附加金屬層。
38、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中所述承載襯底的移除包括利用激光剝除(LLO)技術(shù)。
39、 如權(quán)利要求29所述的發(fā)光二極管的制造方法，其 中移除所述承載襯底包括利用干式蝕刻、化學(xué)移除技術(shù)、或 化學(xué)機械移除技術(shù)。
40、 一種發(fā)光二極管的制造方法，包括 設(shè)置承載襯底；沉積多層磊晶結(jié)構(gòu)，其具有p-節(jié)點、多重量子阱(MQW) 及n-節(jié)點；在所述多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積一或多層第一金屬層，所述 第一金屬層電耦合到所述p-節(jié)點； 以蝕刻定義一或多個臺面； 形成一或多層非導(dǎo)電層； 移除所述非導(dǎo)電層的一部份；沉積一或多層第二金屬層，其電耦合到所述第一金屬層 其中之一，其中所述第二金屬層其中之一與所述n-節(jié)點及 MQW電絕緣；移除所述承載襯底。
41、 一種n-GaN在上LED晶圓的制造方法，包括 設(shè)置承載襯底；在所述承載襯底上沉積n-GaN部分； 在所述n-GaN部分上沉積活性層； 在所述活性層上沉積p-GaN部分； 沉積一或多層金屬層； 施加掩模層；蝕刻所述金屬、所述P-GaN層、所述活性層、及所述n-GaN層；移除所述掩模層； 沉積鈍化層；移除在所述P-GaN頂部上的所述鈍化層的部份，以暴露 所述金屬；沉積一或多層金屬層； 沉積金屬襯底；移除所述承載襯底以暴露所述n-GaN表面。
42、 如權(quán)利要求41所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述n-GaN在上LED晶圓實質(zhì)上平滑且平坦。
43、 如權(quán)利要求42所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述n-GaN在上LED晶圓具有小于IOOOOA的表面粗糙度。
44、 如權(quán)利要求41所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述承載襯底為藍寶石。
45、 如權(quán)利要求41所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述金屬襯底以下列方式其中之一來沉積電化 學(xué)電鍍、無電化學(xué)鍍、濺鍍、化學(xué)氣相沉積、電子束蒸鍍、 熱噴涂。
46、 如權(quán)利要求41所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述金屬襯底包括下列其中之一的金屬或金屬合 金銅、鎳、鋁、Ti、 Ta、 Mo、 W。
47、 如權(quán)利要求41所述的n-GaN在上LED晶圓的制造 方法，其中所述承載襯底以激光剝除(LLO)、濕式蝕刻、化 學(xué)機械研磨其中之一來移除。
全文摘要
一種發(fā)光二極管的制造系統(tǒng)與方法，包括在承載襯底(carrier substrate)上形成多層磊晶結(jié)構(gòu)；在所述多層磊晶結(jié)構(gòu)上沉積至少一層金屬層；移除所述承載襯底。
文檔編號H01L21/00GK101099223SQ200580046415
公開日2008年1月2日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者忠 段 申請人:美商旭明國際股份有限公司