專利名稱：在金屬基板上制造高效率紫外線垂直式發(fā)光二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例是關(guān)于發(fā)光二極管(LED)技術(shù)的領(lǐng)域，尤其有關(guān)于垂 直式發(fā)光二極管(VLED)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED已上市數(shù)十年，且研究和開發(fā)工作一直朝向改善其發(fā)光效率，從而 增加可能性應(yīng)用的數(shù)量。為制造發(fā)出近遠(yuǎn)紫外線(UV)光的LED，通常使用 金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積法(MOCVD)在藍(lán)寶石基板上直接外延成長包括氮化 鎵鋁(AlGaN)或氮化鎵銦鋁(AIInGaN)的半導(dǎo)體層。如此的UV發(fā)光二極 管通常具有短于GaN的能隙(室溫下約365nm)的發(fā)射波長。因此，氮化鎵 (GaN)的半導(dǎo)體層多半不會存在UV發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的有效層外；否則，該 GaN層會吸收所發(fā)射的光，導(dǎo)致可觀或全部的效率損失。
然而，因三甲鋁((A1(CH3)3)-)氨(TMA-NH3)加成物的形成，AlGaN 及AlInGaN的層生長速率非常慢，尤其帶有高鋁(A1)含量時。此外，厚AlGaN 或AlInGaN層常會破裂，因而限制了發(fā)光二極管堆迭中半導(dǎo)體層的厚度。 AlInGaN或AlGaN層所承受的應(yīng)力正比于層中的Al含量，故對于既定厚度的 AlGaN或AlInGaN層而言，Al含量愈高，愈可能破裂。例如，藍(lán)寶石上所直 接成長帶有20% Al及0.4pm厚度的AlGaN層已被觀察到沿著某些優(yōu)先的晶 向發(fā)展出帶有微裂縫的非常差的形態(tài)。
此外，對于UV發(fā)光二極管的預(yù)期性能程度，無法接受藍(lán)寶石基板上所 直接成長的AlInGaN或AIGaN層的錯位密度。該錯位密度是測量特定體積的 晶體結(jié)構(gòu)中存有多少晶格不完全度(因藍(lán)寶石與AlGaN或AlInGaN間的晶格失配)。由于錯位是線、圈或點(diǎn)缺陷，該錯位密度被定義為每單位體積中因晶
格失配造成缺陷或不完全度的總數(shù)量，且單位可以表示為錯位數(shù)量/cm3。這些 晶格不完全度或錯位會在LED的發(fā)光效率上具有極大的限制效應(yīng)。
因此，需要改善的技術(shù)來制造uv發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供用以制造由AlInGaN或AlGaN組成的垂直式發(fā)光二 極管(VLED)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，該結(jié)構(gòu)較已知AlInGaN或AlGaNLED結(jié)構(gòu)具有 較佳的晶體品質(zhì)及更快的成長速率。
本發(fā)明的一實施例是制造VLED結(jié)構(gòu)的方法。該方法通常包括在藍(lán)寶石 基板上成長犧牲性GaN層；在該犧牲性GaN層上形成包括AlInGaN或AlGaN 的至少一者的發(fā)光二極管(LED)堆迭；在該發(fā)光二極管堆迭上沉積一或多 層金屬基板；移除該藍(lán)寶石基板；及移除該犧牲性GaN層。
本發(fā)明的另一實施例是制造VLED結(jié)構(gòu)的方法。該方法通常包括在藍(lán)寶 石基板上成長犧牲性GaN層；在該犧牲性GaN層上形成n型摻雜層；在該n 型摻雜層上形成有效層；在該有效層上形成p型摻雜層，其中在該犧牲性GaN 層上的該n型摻雜層、該有效層及該p型摻雜層包括AlInGaN及AlGaN的至 少一者；在該p型摻雜層上沉積一或多層金屬基板；移除該藍(lán)寶石基板；及 移除該犧牲性GaN層。


上文發(fā)明內(nèi)容概述了本發(fā)明，可參照多個實施例(當(dāng)中若干者將在附圖 中說明)而更具體地描述本發(fā)明，詳細(xì)地了解上文所述的本發(fā)明特征。然而， 需注意到，因為本發(fā)明允許其它等效的實施例，故所附附圖僅說明本發(fā)明的 典型實施例，不應(yīng)被視為限制其范圍。
圖1是犧牲性GaN層上所沉積的發(fā)光二極管(LED)堆迭的橫剖面圖示，其依據(jù)本發(fā)明的實施例依序在載體基板上形成。
圖2說明依據(jù)本發(fā)明的實施例對圖1的結(jié)構(gòu)添加反射層及沉積金屬基板。
圖3描繪依據(jù)本發(fā)明的實施例自圖2的結(jié)構(gòu)中移除金屬基板及犧牲性GaN層。
圖4描繪依據(jù)本發(fā)明的實施例對圖3的結(jié)構(gòu)添加n電極。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例提供用以制造由AlInGaN或AlGaN組成的紫外線(UV) 垂直式發(fā)光二極管(VLED)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，該結(jié)構(gòu)較已知AlInGaN或AlGaNLED
結(jié)構(gòu)具有較佳的晶體品質(zhì)及更快的成長速率。通過在載體基板上形成犧牲性 GaN層，接著在該犧牲性GaN層上沉積發(fā)光二極管(LED)堆迭而完成。 示范性VLED制造方法
現(xiàn)在參照圖1，使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知悉的各種技術(shù)在載體基板102 上沉積犧牲性GaN層100，例如金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積法(MOCVD)、分子 朿外延法(MBE)及氫化物汽相外延法(HVPE)。因要做n型摻雜、p型摻 雜或無摻雜層用，GaN層100的厚度可自約10nm至10nm不等。例如，摻雜 的犧牲性GaN層100可被摻以硅、鎂或鋅。載體基板102可包括任一支撐GaN 成長的合適材料，如藍(lán)寶石。
可在犧牲性GaN層100上成長多層外延的發(fā)光二極管堆迭104。如圖1 所示，發(fā)光二極管堆迭104可包括犧牲性GaN層100上所成長的n型摻雜層 106、 n型摻雜層106上所沉積的多重量子阱有效層108及有效層108上所形 成的p型摻雜層110。犧牲性GaN層100的內(nèi)含物可使無摻雜或摻雜層得以 直接在載體基板102上成長。n型摻雜層106內(nèi)摻雜物間的適當(dāng)選擇或使無摻 雜層中缺乏摻雜物(各自作為犧牲性GaN層IOO上所長的第一層)都可在發(fā) 光二極管堆迭104的剩余部分中提供改善的晶體品質(zhì)。
有效層108可包括一或多層AlInGaN或AlGaN，用以當(dāng)施加正向偏壓時，通過空穴及電子的輻射性重組而發(fā)射具有靠近遠(yuǎn)紫外線(UV)范圍的波長(即
短于365nm)的光。對于若干實施例，有效層108除了 AlInGaN或AlGaN層 外也可包括非常薄(即厚度少于4nm)的量子阱形式GaN層，其可使有效層 108有較低的缺陷密度及提高發(fā)光強(qiáng)度。
n型摻雜層06是由AlInGaN或AlGaN組成，且與直接在藍(lán)寶石或另外 載體基板上所成長的已知UV發(fā)光二極管相較，其可在犧牲性GaN層100上 以更快的速率及更低的晶格失配成長。例如，此現(xiàn)象是因AlInGaN(或AlGaN) 與GaN之間較AlInGaN (或AlGaN)與藍(lán)寶石之間有更密的晶格匹配。較佳 的晶體品質(zhì)可在發(fā)光二極管堆迭104中造成更低的錯位密度，導(dǎo)致增強(qiáng)的亮 度，因此，該VLED結(jié)構(gòu)最終產(chǎn)生更大的發(fā)光效率。對于若干實施例，可以 更快的生長速率在該犧牲性GaN層上直接成長無糝雜層(未顯示)，接著成長 n型摻雜層106，且該無摻雜層相較于己知的UV發(fā)光二極管也顯示出較佳的 晶體品質(zhì)。為了維持自犧牲性GaN層100至整個發(fā)光二極管堆迭104的層別 的少量晶格失配，p型摻雜層110也可包括AlInGaN或AlGaN。
如圖2所說明的，可在p型摻雜層110的上形成反射層200。反射層200 可包括任一用以導(dǎo)電及反射光的合適材料，如Al、Ag、Au、 AgNi、Ni/Ag/Ni/Au、 Ag/Ni/Au、 Ag/Ti/Ni/Au、 Ti/Al及Ni/Al的金屬或金屬合金。反射層200可反 射有效層108所發(fā)射的光以將光重新導(dǎo)向VLED結(jié)構(gòu)的預(yù)期發(fā)射面(即n型 摻雜層106的表面)。
為了強(qiáng)化此反射率及使更多的光自發(fā)射面射出，對于若干實施例，可在 建構(gòu)反射層200之前，于發(fā)光二極管堆迭104上形成導(dǎo)電透明層(未顯示)。 該導(dǎo)電透明層可包括任一能夠?qū)щ娂白尮馔ㄟ^的合適材料，如銦錫氧化物 (ITO)或所謂全向反射器(ODR)的復(fù)合體結(jié)構(gòu)的組合。如公元2007年3 月6日所申i青名為"Vertical Light-Emitting Diode Structure with Omni-Directional Reflector"的美國專利申請案第11/682,780號所述，ODR能夠全向反射光線， 且可具有高反射率及廣阻帶，因而較以金屬反射器及分布布拉格反射器(DBR)所實現(xiàn)的效果可引起更大的LED光提取，上述專利申請案通過引用 的方式整體并入本文中。
可在反射層200上沉積一或多層金屬基板202。金屬基板202用以導(dǎo)電及 p-n接合的散熱，且可包括如Cu、 Ni、 Au、 Ag、 Co、 Pd、 Pt、 W、 Cr或Ti 元素的金屬或金屬合金并具有超過25pm的厚度。金屬基板202的各層可包括 不同的材料，且可使用任一合適的技術(shù)沉積該等層，例如電化學(xué)沉積法 (ECD)、無電化學(xué)沉積法(ElessCD)、化學(xué)汽相沉積法(CVD)、等離子輔 助化學(xué)汽相沉積法(PECVD)、物理汽相沉積法(PVD)、蒸發(fā)或等離子噴涂 技術(shù)。例如，對于若干實施例，可用無電電鍍沉積金屬晶種層(未顯示)，接 著可在該金屬晶種層上電鍍金屬基板202的額外層別。對于若干實施例，反 射層202可當(dāng)作為該金屬晶種層。
現(xiàn)在參照圖3，可移除載體基板102，接著移除犧牲性GaN層100?？捎?任一合適的技術(shù)移除載體基板102，例如脈沖激光照射、化學(xué)機(jī)械研磨法 (CMP)、濕法刻蝕及選擇性光輔助化學(xué)刻蝕。這些方法為本領(lǐng)域的技術(shù)人員 所知悉的，本文便不再詳述。載體基板102的移除可裸露犧牲性GaN層100。 盡管VLED多半以犧牲性GaN層100所覆蓋的發(fā)光二極管堆迭104來發(fā)射若 干光，但對于產(chǎn)生UV光的有效層108所發(fā)射短于約365nm的波長，GaN可 作為強(qiáng)光吸收器，導(dǎo)致不想要的光損失及效率低的VLED。因為GaN的能隙 具有較波長短于365nm的光子低的能量，故會發(fā)生此吸收。因此，可用任一 合適的技術(shù)移除該犧牲性GaN層以裸露n型摻雜層106，例如濕法刻蝕、干 法刻蝕、機(jī)械拋光及化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)。
此外，因為GaN會吸收發(fā)光二極管堆迭104發(fā)射的近遠(yuǎn)紫外線光，故發(fā) 光二極管堆迭104中除有效層108外的層別最好不含GaN。如上述，對于若 干實施例，由AlGaN或AlInGaN組成的有效層108在量子阱中可包括GaN， 其可使有效層108有較低的缺陷密度及提高發(fā)光強(qiáng)度。
現(xiàn)在參照圖4中的功能性VLED結(jié)構(gòu)400，外部連接用的接觸墊402可
9與n型摻雜層106結(jié)合。對于若干實施例，為了強(qiáng)化VLED結(jié)構(gòu)400的光發(fā) 射，n型摻雜層106的發(fā)射面404可是粗糙的或有紋理的。
盡管前述是針對本發(fā)明的多個實施例，在不脫離本發(fā)明的基本范圍下當(dāng) 可設(shè)計其它或進(jìn)一步的實施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由權(quán)利要求的范圍確定。
權(quán)利要求
1.一種制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括在一藍(lán)寶石基板上成長一犧牲性GaN層；在所述犧牲性GaN層上形成一發(fā)光二極管堆迭，所述發(fā)光二極管堆迭包括AlInGaN及AlGaN的至少一者；在所述發(fā)光二極管堆迭上沉積一或多層金屬基板；移除所述藍(lán)寶石基板；及移除所述犧牲性GaN層。
2. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述犧牲 性GaN層包括n型摻雜、無摻雜或p型摻雜GaN層。
3. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中以鎂、硅 及鋅中至少一者摻雜所述犧牲性GaN層。
4. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述犧牲 性GaN層具有介于10nm與10pm之間的厚度。
5. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述發(fā)光 二極管堆迭的毗鄰所述犧牲性GaN層的一層是無摻雜層。
6. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述金屬 基板包括Cu、 Ni、 Au、 Ag、 Co、 Pd、 Pt、 W、 Cr、 Ti或其合金中至少一者。
7. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述金屬 基板包括一層以上。
8. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述金屬 基板具有超過25pm的厚度。
9. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中沉積所述 一或多層金屬基板包括電化學(xué)沉積法、無電化學(xué)沉積法、化學(xué)汽相沉積法、 等離子增 強(qiáng)化學(xué)汽相沉積法、物理汽相沉積法、蒸發(fā)或等離子噴涂技術(shù)中至少一者。
10. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，更包括在所述 發(fā)光—極管堆迭與所述金屬基板之間沉積一反射層。
11. 如權(quán)利要求10的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，更包括在所 述發(fā)光二極管堆迭與所述反射層之間沉積一導(dǎo)電透明層。
12. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中移除所述藍(lán)寶石基板包括脈沖激光照射、化學(xué)機(jī)械研磨法、濕法刻蝕及選擇性光輔助 化學(xué)刻蝕中至少一者。
13. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中移除所述 犧牲性GaN層包括濕法刻蝕、干法刻蝕、機(jī)械拋光及化學(xué)機(jī)械研磨法中至少一者。
14. 如權(quán)利要求1的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，更包括在移除 所述犧牲性GaN層后，形成與裸露的發(fā)光二極管堆迭結(jié)合的電極。
15. —種制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括 在一藍(lán)寶石基板上成長一犧牲性GaN層； 在所述犧牲性GaN層上形成一 n型摻雜層；在所述n型摻雜層上形成一有效層；在所述有效層上形成一 p型摻雜層，其中在所述犧牲性GaN層上的所述 n型摻雜層、所述有效層及所述p型摻雜層包括AlInGaN及AlGaN的至少一 者；在所述p型摻雜層上沉積一或多層金屬基板； 移除所述藍(lán)寶石基板；及 移除所述犧牲性GaN層。
16. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述犧 牲性GaN層包括n型摻雜、無摻雜或p型摻雜GaN層。
17. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中以鎂、硅及鋅中至少一者摻雜所述犧牲性GaN層。
18. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述犧 牲性GaN層具有介于10nm與10pm之間的厚度。
19. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述金 屬基板包括Cu、 Ni、 Au、 Ag、 Co、 Pd、 Pt、 W、 Cr、 Ti或其合金中至少一 者。
20. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中沉積所 述一或多層金屬基板包括電化學(xué)沉積法、無電化學(xué)沉積法、化學(xué)汽相沉積法、 等離子輔助化學(xué)汽相沉積法、物理汽相沉積法、蒸發(fā)或等離子噴涂技術(shù)中至 少一者。
21. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，更包括在所 述p型摻雜層與所述金屬基板之間沉積一反射層。
22. 如權(quán)利要求21的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，更包括在所 述p型摻雜層與所述反射層之間沉積一導(dǎo)電透明層。
23. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中移除所 述犧牲性GaN層包括濕法刻蝕、干法刻蝕、機(jī)械拋光及化學(xué)機(jī)械研磨法中至 少一者。
24. 如權(quán)利要求15的制造一垂直式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述p 型摻雜層及所述n型摻雜層均不包括GaN。
全文摘要
提供制造由AlInGaN或AlGaN組成的紫外線(UV)垂直式發(fā)光二極管(VLED)結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)較已知AlInGaN或AlGaN發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)具有較佳的晶體品質(zhì)及更快的成長速率。通過在載體基板上形成犧牲性GaN層，接著在該犧牲性GaN層上沉積發(fā)光二極管(LED)堆迭而完成。然后在后續(xù)處理步驟中移除該犧牲性GaN層。
文檔編號H01L27/14GK101689553SQ200880022949
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
發(fā)明者陳長安 申請人:旭明光電股份有限公司