用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置的制作方法

专利名称：用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支 撑衬底的垂直构造的半导体发光装置。更特别地，本发明涉及1) 一种用于通过使用具有 III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜来制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底； 2) 一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法，通过使用具有厚的金属膜和金属箔片 的高性能的散热支座，来减少在诸如激光剥离、晶片粘结等等之类的制造工艺期间对从蓝 宝石衬底上分离的所述多层发光结构薄膜造成的损坏，能够改善所述半导体发光装置的整 体性能；和3) —种具有散热支座的垂直构造的半导体发光装置。
背景技术：
大体而言，半导体发光装置具有在正向电流流动时产生光的发光二极管(LED)和 激光二极管(LD)。特别的是，所述LED和LD具有常见的p-η结，当在所述发光装置上施加 电流时，电流被转化为光子，所述发光装置因而发出光。根据半导体的材料不同，所述LED和LD发出来的光具有从长波长到短波长的各种 波长。尤其是，由宽带隙(band-gap)半导体制成的LED提供可见频带中的红光、绿光和蓝 光，并且已经广泛用在工业中，诸如用于电子装置的显示器、交通灯和用于显示装置的各种 光源。由于近年来白色光的发展，它将被广泛用作下一代普遍的照明光源。III-V族氮基半导体通常是异质外延地(hetro-印itaxially)生成在蓝宝石的上 部，以获得高质量的半导体薄膜，蓝宝石、碳化硅(Sic)、硅(Si)及类似的材料用作初始衬 底。其中，由于所述蓝宝石衬底与III-V族氮基半导体具有显著不同的晶格常数和热 膨胀系数，因而难以层叠具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜。进而，由于所述蓝 宝石的导热性差，不能在LED上使用大的电流。由于所述蓝宝石衬底自身是电绝缘体，因而 难以对从外部流入的静电做出反应，因静电而造成故障的可能性高。这些缺陷不仅会降低 装置的可靠性，而且会造成封装工艺上的很多限制。进一步而言，绝缘体的蓝宝石初始衬底具有MESA结构，其中在与具有III-V族氮 基半导体的多层发光结构的生长方向相同的生长方向上形成η型欧姆接触电极和ρ型欧姆 接触电极二者。由于LED芯片面积应当会高于某个尺寸，这限制了 LED芯片面积的减小，妨 碍了 LED芯片产量的提高。MESA结构的LED除了所述生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上部的这些缺点 之外，由于所述蓝宝石衬底的导热性差，因此难以将在所述发光装置工作期间不可避免所 产生的大量热量向外释放。由于这些原因，限制了将附有蓝宝石衬底的MESA结构用到诸如大显示器和普通 照明的灯的大面积和大功率(即，大电流)的发光装置中。当在发光装置上长时间施加高 电流时，所产生的热量致使发光活动层的内部温度会逐渐升高，从而逐渐降低了 LED的发光效率。与蓝宝石衬底不同的是，碳化硅(SiC)衬底不仅具有优良的导热和导电性，而且 允许层叠和生长多层发光结构薄膜，因为它具有与III-V族氮基半导体类似的晶格常数和 热膨胀系数(TEC)，这些是在半导体单晶薄膜生长中的重要因素。进一步而言，它允许制造 各种类型的垂直构造的发光装置。但是，由于高质量的SiC衬底不容易生产，制造它比制造其它单晶体衬底更昂贵， 因此难以大批量生产。因此，最需要的是，根据技术、经济和性能，通过使用层叠在和生长在蓝宝石衬底 上的具有III-V族氮基半导体的多层发光结构来提供一种高性能的发光装置。如上文所述，通过在蓝宝石、SiC或者Si等等初始衬底的上部生长高质量的具有 III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜、从所述初始衬底上剥离所述具有III-V族氮基 半导体的多层发光结构薄膜、以及使用所述剥离产物，人们作出了许多努力来制造高性能 的垂直构造的LED，目的是为了解决与通过使用层叠/生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底 的上部的具有III-V族氮基半导体的多层发光结构的薄膜所制造的MESA结构的LED相关 联的问题。图1是图示通过使用现有的激光剥离(LLO)工艺来分离蓝宝石衬底的过程的剖视 图。如图1所示，当强能量源的激光束照射到透明的蓝宝石衬底110的背侧时，界面 120处强烈吸收所述激光束，从而在瞬间产生900°C或者更高的温度，造成所述界面处的氮 化镓(GaN)、InCaN的热化学离解，进而将蓝宝石衬底110与氮基半导体薄膜130分离开。但是，在许多文献中都报道了，在具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜 的激光剥离工艺中，由于晶格常数和热膨胀系数的差异，在厚的蓝宝石衬底和III-V族氮 基半导体薄膜之间所产生的机械应力，半导体单晶体薄膜在从蓝宝石衬底上分离开后，会 受到损坏或者破损。当多层发光结构薄膜受到损坏或者破损时，会造成大的泄漏电流，降低了发光装 置的芯片成品率，以及降低了发光装置的整体性能。因此，当前正在研究通过使用可以使多 层发光结构薄膜和分离的多层发光结构薄膜受到的破坏最小化的蓝宝石衬底激光剥离工 艺来制造高性能的垂直构造的LED。因此，人们已经建议用各种方法，使得在用LLO工艺分离蓝宝石初始衬底时，使具 有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜的损坏和破坏最小化。图2是图示根据现有技术，在应用激光剥离工艺之前，通过应用晶片粘结和电镀 工艺，在生长方向上紧密地附接形成传导性(conductive)支座，以防止半导体多层发光结 构薄膜损坏或者破裂的工艺的剖视图。参考图2中的(a)，在通过用激光束照射到透明的蓝宝石衬底的背侧以剥离具有 III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜220、230之前，通过用晶片粘结的方式在粘结层 240a的上部形成牢固地附着且结构稳固的传导性支座250。参考图2的(b)所示，在从由 蓝宝石衬底210上剥离多层发光结构薄膜220、230之前，通过用电镀工艺在晶种层240b的 上部形成牢固地附着且结构稳固的传导性支座250。图3是图示根据图2中所用的现有技术的工艺，通过引入所述牢固地附着且结构稳固的传导性支座所制造的垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置的剖视图。图3中的(a)所表示的图是图示通过使用图2中的(a)所表示的用于制造传导 性支座的方法来制造的半导体发光装置的剖视图。参考图3中的(a)所图示的用晶片粘 结来粘结的垂直构造的LED区，它是用作为导热和导电体的支座310、粘结层320a、具有ρ 型欧姆接触电极的多层金属层330、ρ型半导体包覆(cladding)层340、发光活动层350、η 型半导体包覆层360以及η型欧姆接触电极370连续构造的。优选的是使用诸如硅(Si)、 锗(Ge)、锗化硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)之类具有优良导热和导电性的半导体晶片作为支座 310。但是，如图3中的(a)所示的用于所述垂直构造的发光装置(LED)的支座310，当 通过用晶片粘结来粘结Si支座或者另一种传导性(conductive)的支座时，因为它与生长 有/层叠有多层发光结构薄膜340-360的蓝宝石衬底的热膨胀系数(TEC)差别很大，会造 成所述多层发光结构薄膜内出现明显的晶片翘曲(warpage)和细微裂纹。这样的问题进一 步造成工艺难度，降低了由其所制造的LED的性能以及产品的成品率(product yield)。图3中的(b)所示的图形是图示通过使用图2的(b)中所表示的用于制造所述传 导性支座的方法来制造的半导体发光装置的剖视图。参考图3的(b)所示的通过电镀的 方式形成的垂直构造的LED的剖视图，通过LLO和电镀工艺所形成的垂直构造的发光装置 (LED)与图3的(a)具有相同的结构，除了它具有晶种层320b，而不是粘结层320a。导电性 支座310是通过电镀形成的厚金属膜，优选的是用诸如Cu、Ni、W、Au、M0之类的单金属或者 由它们组成的合金来形成。具有图3中的(b)所描述的结构的LED支座310，由于有通过电镀形成的所述金属 或者合金厚膜，因此具有比蓝宝石衬底高很多的热膨胀系数和柔性，从而会在诸如机械锯 割或者激光划刻等等之类的“芯片制造工艺”过程中造成卷曲、晶片翘曲、破损、等等。因此，亟需研发适于制造高性能的垂直构造的发光装置的高效率的散热支座，以 便解决在使用LLO工艺制造垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置时，晶片翘曲、破裂、 微裂纹、对包括退火和芯片处理的后处理有限制、低成品率，等等问题。

发明内容
本发明的第一方面在于提供一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬 底，使得在晶片粘结或者激光剥离工艺过程中，在具有III-V族氮基半导体的多层发光结 构薄膜内的晶片翘曲或者破裂最小化。本发明的第二方面在于提供一种高质量的垂直构造的半导体发光装置，使用具有 包括在所述支撑衬底内的金属箔片和厚金属膜的高性能散热支座等等，不会造成微裂纹。本发明的第三方面在于提供一种通过使用用于制造半导体发光装置的所述支撑 衬底来制造具有高性能的散热支座的垂直构造的半导体发光装置的方法。为了获得所述第一方面，根据本发明的用于制造垂直构造的半导体发光装置的支 撑衬底包括由具有与层叠有包括III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜的蓝宝石衬底 的热膨胀系数有5ppm或者更小差异的材料形成的所选择的支撑衬底；在所述所选择的支 撑衬底上形成的牺牲层；在所述牺牲层的上部形成的厚金属膜；和在所述厚金属层的上部 形成的由钎焊或者铜焊合金材料形成的粘结层。
为了获得所述第二方面，根据本发明一个实施例的垂直构造的半导体发光装置包 括具有III-V族氮基半导体的发光结构，在其上部形成有第一欧姆接触电极，在其底部上 连续形成有第二欧姆接触电极、绝缘薄膜、第一传导性薄膜、第二传导性薄膜和第一厚金属 膜，在其侧面形成有钝化薄膜；通过第一粘结层在所述第一厚金属膜的底部上粘结的金属 箔片；以及通过第二粘结层在所述金属箔片的底部粘结的第二厚金属膜。为了获得所述第三方面，跟据本发明的实施例的用于制造垂直构造的半导体发光 装置的方法包括(a)制备第一晶片，在蓝宝石衬底的上部连续形成具有III-V族氮基半导 体的多层发光结构薄膜、多个第二欧姆接触电极、第一厚金属膜和第一一第一粘结层；(b) 制备由在所述上表面上的第一一第二粘结层和在其底部表面上形成第二一第一粘结层形 成的金属箔片；(c)制备由在所选择的支撑衬底的上表面上的牺牲层、第二厚金属膜和第 二一第二粘结层所形成的第二晶片；(d)粘结所述第一晶片、所述金属箔片和所述第二晶 片，以粘结所述第一一第一粘结层和第一一第二粘结层，并粘结所述第二一第一粘结层和 第二一第二粘结层；(e)通过激光剥离工艺从所述步骤(d)的产物上分离所述第一晶片的 蓝宝石衬底；(f)隔离通过步骤(e)暴露的多层发光结构薄膜；(g)在步骤(f)中隔离的每 个多层发光结构的表面上形成多个第一欧姆接触电极和在其侧面的钝化薄膜；(h)分离所 述第二晶片的所选择的支撑衬底；以及(i)通过垂直切割在步骤(h)的产物来制造芯片。


图1是图示根据现有技术在制造垂直构造的半导体发光装置中的常见的激光剥 离工艺(LLO)的剖视图。图2是图示根据现有技术在执行激光剥离工艺之前在垂直构造的半导体发光装 置的生长方向上形成的支撑衬底的剖视图。图3是图示根据现有技术通过粘结支撑衬底和使用激光剥离工艺来制造的III-V 族氮基半导体发光装置的剖视图。图4(a)至图4(f)是图示用于制造垂直构造的半导体发光装置的各种模式的支持 衬底的示例的剖视图。图5是图示具有由金属箔片和多个厚金属膜构成的散热支座的垂直构造的半导 体发光装置的实施例的剖视图。图6是图示使用根据本发明的支撑衬底来制备垂直构造的半导体发光装置的方 法的流程图。图7至图17是图示图6中所示的用于制备垂直构造的半导体发光装置的方法的 每一个步骤的剖视图。图18和图19是图示具有由金属箔片和一个厚金属膜组成的散热支座的垂直构造 的半导体发光装置的示例。
具体实施例方式在下文中，参考附图来详细描述用于制备半导体发光装置的支撑衬底、使用所述 支撑衬底来制备垂直构造的半导体发光装置的方法以及垂直构造的半导体发光装置。用于泡丨备垂盲构造的发光装I1的支擔I寸底
图4(a)是图示根据本发明的用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底的 实施例的剖视图。参考图4(a)，根据本发明的用于制造发光装置的支撑衬底400包括所选择的支撑 衬底410、牺牲层420、厚金属膜430和粘结层440。当通过激光剥离或者另一种工艺将多层发光结构薄膜从层叠有具有III-V族氮 基半导体的多层发光结构薄膜的透明蓝宝石衬底(初始衬底)上分离时，所选择的支撑衬 底410吸收机械冲击(或者震动)，并且起到支座的作用，使所分离的具有几微米(ym)厚 度的多层发光结构薄膜的损坏最小化。所选择的支撑衬底410是由与蓝宝石衬底的热膨胀系数差5ppm或者更小的材料 形成的。这使晶片的翘曲最小化，晶片的翘曲经常是由于在晶片粘结后支撑衬底400和蓝 宝石衬底之间的热膨胀系数的差异造成的，在将所述多层发光结构薄膜从所述蓝宝石衬底 上分离之前执行晶片粘结以粘结支撑衬底400与所述蓝宝石衬底。因此，所选择的支撑衬 底 410可以是由诸如蓝宝石、5比、66、6&六8、5106、51、六11]\%0、六15比、81860、1102、5士02、 Si-AU GaN, ZnO、玻璃之类的单晶体、多晶体或者非晶体衬底晶片构成，与蓝宝石衬底相比 具有相同或者差5ppm或者更少的热膨胀系数。牺牲层420可以是在从最终完成的垂直构造的发光装置上分离和除去所选择的 支撑衬底410时必需的材料层，并且可以是与氮气或者氧气结合的单晶体、多晶体或者非 晶体化合物。当通过用激光剥离工艺除去所选择的支撑衬底410时，可以用作牺牲层420 的材料可以是 GaN, InGaN, ZnO、GaZnO, MgZnO, InZnO、InN、In2O3、GaInO3、MgInO4、CuInO2, ZnlnO、ITO、SnO2, Si3N4, SiO2, BeMgO, TiN、VN、CrN, TaN 之类。进一步而言，如果是通过用化学蚀刻工艺除去所选择的支撑衬底410时，那么可 用于牺牲层420的材料可以是金属、合金、固溶体、氧化物、氮化物或者耐热(thermophile) 有机材料。进一步而言，当牺牲层420是由耐热粘性材料合成，那么所述牺牲层可以是从由 耐热性粘接剂、耐热性胶带、硅酮(silicone)粘接剂和聚乙烯醇缩丁醛树脂所组成的组中 选择的至少一种材料。进一步而言，如果牺牲层420是SOG(旋涂玻璃)薄膜，则牺牲层420可以包括硅 酸盐或者硅酸材料，如果牺牲层420是SOD (旋涂电介质)薄膜，则牺牲层420可以包括硅 酸盐、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷(methyl silsequioxane) (MSQ)、氢倍半硅氧烷(hydrogen silsequioxane) (HSQ)、MQS+HSQ、全氢硅氮烷(perhydrosilazane) (TCPS)或聚硅氮烷，等等。进一步而言，如果牺牲层420是由光刻胶制成，则牺牲层420可以是从由AZ系列、 SU-8系列、TLOR系列、TDMR系列和GXR系列所组成的组中所选择的至少一个。可以根据所选择的支撑衬底410的特性、分离方法和最终制造的垂直结构来适当 地选择牺牲层420的构成材料。厚金属膜430使在制造发光装置时源于热变形和结构变形得到的应力得到衰减。 厚金属膜430也可以作为加强材料之间的粘结的粘性增强层，以及防止材料扩散的扩散阻 挡层。厚金属膜430可以具有大约0. 1-999 μ m的厚度，优选的是0. 1-500 μ m。厚金属膜430由具有从高导电和导热性的Au、Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si中选择的至少一种成份的金属、合金或者固溶体构成。厚的金属膜430可以通过物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)的方式， 优选的是通过电镀或者无电镀的方式，形成于牺牲层420上。粘结层440是粘结具有蓝宝石衬底的第一晶片(图10中1001)、金属箔片(图10 中810)和第二晶片(图10中1002)所必需的材料层，第二晶片是根据本发明的支撑衬底 400。粘结层 440 可以是由具有从 Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si 和 Ge 中选 择的至少一种成份的焊接或者钎焊合金材料构成。根据本发明的用于制造具有上述结构的垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底 400可以通过在所选择的支撑衬底410上连续层叠牺牲层420、厚金属膜430和粘结层440 来制造。图4(a)至图4(f)是图示根据本发明的用于制造垂直构造的半导体发光装置的支 撑衬底的各种模式的例子的剖视图。图4(a)和图4(d)是图示没有被图案化的例子的剖视图。图4(d)中所图示的厚 金属膜比图4(a)中的金属膜相对较厚。图4(13)、4((3)、4(6)和4(f)是图示牺牲层420、厚金属膜430和粘结层440的一部 分或者全部被图案化的例子的剖视图。图4(b)和4(e)是图示粘结层440和厚金属膜430 被图案化的例子的剖视图，图(c)和4(f)是图示图案化被形成为直到牺牲层420的例子的 剖视图。进一步而言，这样的图案化可以形成为直到所选择的支撑衬底410的一部分，虽 然在此处并未示出。如图4(b)、4(c)、4(e)和4(f)所示，这样图案化粘结层440、厚金属膜 430、牺牲层420及其之类，便于在制造半导体发光装置期间除去所选择的支撑衬底410和 单个芯片的处理。垂肓构造的半导体发光装置I图5是图示根据本发明的垂直构造的半导体发光装置的例子的剖视图。参考图5，垂直构造的半导体发光装置500包括散热支座510，其中在金属箔片512 的上部和底部上通过粘结层516、518粘结两个厚金属膜514a、514b。厚金属膜514a形成于 层叠/生长有具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜的蓝宝石衬底的那一侧，厚金 属膜514b对应于在图4中图示的本发明的支撑衬底400的那一侧所形成的厚金属膜430。如图5所示，所述垂直构造的半导体发光装置包括在散热支座510的上部的导电 性多层结构520、530、第二欧姆接触电极540、绝缘(insulating)薄膜550、具有III-V族氮 基半导体的多层发光结构薄膜560、第一欧姆接触电极570和侧面钝化薄膜580。侧面钝化薄膜580在结构上连接到绝缘薄膜550，保护多层发光结构薄膜560的侧 面部分和上表面的一部分。散热支座510是通过在金属箔片512和厚金属膜514a、514b之间通过晶片粘结工 艺516a-516b、518a-518b引入粘结层516,518而形成的。金属箔片512，是散热支座510的一部分，不仅支撑多层发光结构薄膜560在结 构上稳定，并且是在施加电流的同时释放在垂直构造的发光装置的工作期间所产生的热量 的介质。关于这样的功能，金属箔片512可以用轧压处理后的具有导电和导热性的厚度 为0. 1-999 μ m的金属、合金或者固溶体中选择的一种材料所形成的，优选的是，包括从Cu、 Al、Ni、Nb、W、Mo、Ta、Ti、Au、Ag、Pd、Pt、Cr、Fe、V、Si 和 Ge 中选择的至少一种成份。
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另外，厚金属膜514a、514b，它们也是金属箔片512的一部分，支撑着多层发光结 构薄膜560，功能在于作为介质施加电流，并释放热量。如前所述，厚金属膜514a、514b减弱 在通过晶片粘结工艺使用支撑衬底400制造发光装置时热变形和结构变形获得的应力。厚 金属膜514a、514b可以具有0. 1-999 μ m的厚度。定位于金属箔片512和厚金属膜514a和514b之间的粘结层516、518可以用包括 从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中选择的至少一种成份的钎焊或者铜 焊合金材料合成。在金属箔片512的上部和底部上层叠每个粘结层516、518之前，可以另外形成加 强材料之间的粘结的粘性增强层和防止材料扩散的扩散阻挡层，虽然并未示出。反射性的第二欧姆接触电极540，与具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄 膜560直接接触，由具有从Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、Ag系列合金、Al系 列合金、Rh系列合金、CNTN(碳纳米管网络)、透明传导氧化物、透明传导氮化物中选择的至 少一种材料构成，以朝上方向反射从多层发光结构薄膜560产生的光子。绝缘薄膜550方便于所述隔离工艺以形成单个的芯片，并由诸如5102、51版、六11 IT0、Al203、MgF、Sn02、Zn02之类的透明氧化物、透明氮化物或者透明氟化物构成。优选的是， 绝缘薄膜550具有全方向反射(ODR)和分布布拉格反射(DBR)结构。当传导性的厚膜是通过电镀工艺形成时，具有在第二欧姆接触电极540上形成的 第一传导性薄膜530、加强材料之间粘结的粘性增强层、防止材料扩散的扩散阻挡层或者晶 种层的第二传导性薄膜520由具有从六11、六1、六8、诎、肋、11~、11、￥、卩(1、1、0、慰、01、]\10、丁&、 Nb、Pt、NiCr, Tiff, Cuff, TiN、CrN和TiWN中选择的至少一种材料形成。保护多层发光结构薄膜560的侧面的侧面钝化薄膜580与绝缘薄膜550在结构上 接触并且连接，并且用从Si3N4、SiO2和绝缘材料中选择的至少一种材料形成。形成于多层发光结构薄膜560的上部的第一欧姆接触电极570可以由具有从Al、 Ti、Cr、Ta、Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、In、La、Sn、Si、Ge、Zn、Mg、NiCr、PdCr、CrPt、NiTi、 111(州、3比、3比111^、4163111^31稀土金属和合金、金属硅化物、半导体硅化物丄^^、 透明传导性氧化物和透明传导性氮化物中选择的至少一种材料形成，以便形成具有低接触 电阻率的欧姆接触电极。特别是，优选的是，执行诸如退火、氧化、渗氮之类的表面处理来形 成具有低接触电阻率的欧姆接触电极。多层发光结构薄膜560具有当通过第一欧姆接触电极570和第二欧姆接触电极 540施加电流时产生光子的发光装置结构，并包括η型半导体包覆层、发光活动层和ρ型半 导体包覆层，每一层都由具有Inx(GayAlh)N(C)彡χ彡1，0彡y彡1，x+y > 0)成份的单晶 体所形成。参考图5，当第一欧姆接触电极570是η型欧姆接触电极，第二欧姆接触电极540 是P型欧姆接触电极时，优选的是，η型半导体包覆层被定位于第一欧姆接触电极570的底 部上，P型半导体包覆层被定位于第二欧姆接触电极540的上部。还优选的是，在多层发光结构薄膜560的表面上形成通过表面纹理化或者图案化 处理的光提取结构层或者铝膜纳米格偏光片(nano-grid polarizer)，第一欧姆接触电极 570或者第二欧姆接触电极540与多层发光结构薄膜560接触，将所述发光装置内产生的大 多数光子朝外释放。使用所沭支撑衬底来制造垂盲构造的半导体发光装置的方法
图6是图示根据本发明的用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法的流程图。 图7至图17是图示在图6中所示的每个步骤的剖视图。将参考图7至图17来描述图6。参考图6，用于制造垂直构造的半导体发光装置600的方法包括制备第一晶 片(S610)、制备金属箔片(S620)、制备第二晶片(S630)、粘结(S640)、分离蓝宝石衬底 (S650)、隔离多层发光结构(S660)、第一晶片的后处理(S670)、分离所选择的支撑衬底 (S680)和制造单个的芯片(S690)。在制备第一晶片的步骤(S610)中，在蓝宝石衬底的上部形成具有III-V族氮基 半导体的多层发光结构薄膜和其它欧姆接触电极等等，然后，用第一厚金属膜IOlOa和第 一一第一粘结层1020al形成的第一晶片1001形成于它们的上面(图10的(a))。图7是图示制备第一晶片1001的步骤。参考图7，在蓝宝石衬底710的上部层叠 多层发光结构薄膜720之后(图7的(a))，然后连续层叠第二欧姆接触电极730、绝缘薄膜 740和第一传导性薄膜750 (图7的(b))，再层叠第二传导性薄膜760 (图7的(c))。多层发光结构薄膜720是通过属于常见的III-V族氮基半导体薄膜的生长装备的 MOCVD和MBE生长系统在蓝宝石衬底710上连续层叠/生长基本层、η型半导体包覆层、发 光活动层和P型半导体包覆层而形成的，所述基本层是低温和高温缓冲层。例如，III-V族氮基半导体薄膜720可以使用MOCVD (金属有机化学气相沉积)、液 相外延、氢化物气相外延、分子束外延或者MOVPE (金属有机气相外延)装备层叠在透明蓝 宝石衬底710的上部。所述发光装置的多层发光结构是通过在蓝宝石衬底的上部，在600°C 或者更低的温度直接层叠/生长低温缓冲层，进而连续层叠/生长高温缓冲层、掺Si的η 型半导体包覆层、半导体发光活动层和掺Mg的ρ型半导体包覆层而形成的。所述III-V族氮基半导体薄膜的低温和高温缓冲层、η型半导体包覆层、半导体发 光活动层、P型半导体包覆层中的每一层具有Inx(GayAl1I)Nd ^ χ ^ 0,1 ^ y ^ 0, x+y > 0)的成份。所述发光活动层可以是分别由Inx(GayAlh)N阻挡层和Inx(GayAly)N阱层构成 的单量子阱(SQW)结构或者多量子阱(MQW)结构。具有在InN( 0. 7eV)带隙的长波长和 AlN( 6. 2eV)带隙的短波长之间的宽带隙的发光装置可以通过控制发光活动层的In、Ga、 Al的成份比例来制造。所述阱层的带隙可以比所述阻挡层的带隙低，以给其阱提供电子和 孔穴载子来提高内部量子效率。特别的是，所述阱层和阻挡层中至少有一个可以是掺Si或 者掺Mg来改善发光特性并降低正向工作电压。在分离所述蓝宝石衬底之后，第一欧姆接触电极，是η型欧姆接触电极(图14中 的1410)，形成于所述η型半导体包覆层的表面上，第二欧姆接触电极730和绝缘薄膜740 是P型欧姆接触电极，形成于所述P型半导体包覆层的表面上。在所述P型半导体包覆层 的上部形成第二欧姆接触电极730和绝缘薄膜740之前，可以进一步通过表面纹理化或者 图案化而形成光提取结构层或者铝膜纳米格偏光片，所述P型半导体包覆层是多层发光结 构薄膜720的最上部。第一传导性薄膜750形成于第二欧姆接触电极730的上部，如图7(b)所示。当传 导性厚膜是通过用电镀工艺形成时，具有加强材料之间的粘结的粘性增强层和防止材料扩 散的扩散阻挡层或者晶种层的第二传导性薄膜760，形成于绝缘薄膜740和第一传导性薄 膜750的上部(图7的(c))。如果需要的话，通过使用常规设置成多个矩形或者方形的图案化和干式蚀刻工艺，可以将沟槽形成为直达多层发光结构薄膜720的发光活动层，或者更深，以便于形成单 个的芯片，即使图7中未示。形成于多层发光结构薄膜720的上部的反射性第二欧姆接触电极730通过用具 有从Ag、Al、Rh、Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、Ag系列合金、Al系列合金、Rh系列合金、 CNTN、透明传导氧化物和透明传导氮化物中选择的至少一种材料形成。绝缘薄膜740可以 由诸如Si02、SiNx, A1N、ITO, A1203、MgF、SnO2, ZnO2等等之类的透明氧化物、透明氮化物或 者透明氟化物形成。优选的是，绝缘薄膜740是ODR结构和DBR结构。第一传导性薄膜750和第二传导性薄膜760可以是由具有从Au、Al、Ag、Rh、Ru、 Ir、Ti、V、Pd、W、Cr、Ni、Cu、Mo、Ta、Nb、Pt、NiCr、Tiff, CuW、TiN、CrN 和 TiffN 中所选择的至 少一种材料形成。制备第一晶片的步骤(S610)可以通过接下来的程序来执行。在形成于蓝宝石衬底710上的多层发光结构薄膜720上形成多个第二欧姆接触电 极。然后，再在多层发光结构薄膜720和多个第二欧姆接触电极730上形成绝缘薄膜740。 接着通过应用绝缘薄膜740的部分蚀刻和沉积，再在多个第二欧姆接触电极730上形成多 个第一传导性薄膜750。当通过用电镀工艺形成厚金属膜IOlOa时，在绝缘薄膜740和多个 第二欧姆接触电极730之上形成具有增强材料之间粘结的粘性增强层和防止材料扩散的 扩散阻挡层或者晶种层的第二传导性薄膜760。在制备金属箔片的步骤中(S620)，在金属箔片810的上表面和底表面上分别形成 第二一第一粘结层1020bl和第一一第二粘结层1020a2(图10的(b))。图8是图示具有散热支座(图5的510)的金属箔片810的剖视图。金属箔片810 是用从轧压处理后的具有导热和导电性的厚度为0. 1-999 μ m的金属、合金或者固溶体中 选择的一种形成。优选的是，金属箔片810包括从01^1、附、恥^0、了3、1^11^8、卩(1、 Pt、Cr、Fe、V、Si和Ge中选择的至少一种成份。在金属箔片810的上表面和底表面上形成第一一第二粘结层1020a2和第二一第 一粘结层1020bl之前，可以形成粘性增强层来改善粘结步骤(S640)中的粘结效果。在制备第二晶片的步骤(S630)中，具有与图4所示的支撑衬底400的相同结构的 第二晶片1002是通过在所选择的支撑衬底910上连续层叠/生长牺牲层920、第二厚金属 膜IOlOb和第二一第二粘结层1020b2来制备的(图10的(C))。牺牲层920、厚金属膜IOlOb和第二一第二粘结层1020b2可以是通过物理气相沉 积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或者电镀的方式连续地形成于所选择的支撑衬底910上。特别的是，牺牲层920是通过从由电子束蒸发、热蒸发、MOCVD (金属有机化学气 相淀积)、溅镀(sputtering)和PLD (脉冲激光沉积)中所选择的至少一种方法形成，并且 第二厚金属膜IOlOb和第一晶片的第一厚金属膜IOlOa是通过电镀或者无电镀的方式形成 于所述第一晶片上。另外，在第二厚金属膜IOlOb上形成进一步的扩散阻挡层或者粘性增强层之后， 可以形成第二 一第二粘结层1020b2。在粘结步骤(S640)中，第一晶片1001的第一一第一粘结层1020al和金属箔片 810的第一一第二粘结层1020a2、金属箔片810的第二一第一粘结层1020bl和第二晶片 1002的第二一第二粘结层1020b2粘结为晶片到晶片的粘结(图11)。对于这样的粘结，优选的是，每个粘结层是由具有从Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge中选择 的至少一种材料的钎焊或者铜焊合金材料形成。进一步而言，在形成每个粘结层之前，可以 另外形成加强材料之间的粘结的粘性增强层和防止材料扩散的扩散阻挡层。在粘结步骤(S640)中，第一厚金属膜IOlOa和第二厚金属膜IOlOb让热和结构应 力衰减，并提供其它功能。因此，所述厚金属膜可以由从具有高导热和导电性的Au、Cu、Ni、 Ag、Mo、Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt、Si中所选择的至少一种成份的金属、合金或者固溶 体构成，并可以通过用物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)的方式形成，优选的是 通过电镀或者无电镀的方式形成。粘结步骤(S640)可以在100°C至600°C的温度和IMPa至200MPa的压力下通过热
压粘结方法来执行。在粘结步骤之后，制造从第一晶片1001的蓝宝石衬底710到第二晶片1002的所 选择的支撑衬底910的垂直构造产物，如图11中所示。在分离蓝宝石衬底的步骤(S650)中，所述第一晶片的蓝宝石衬底710从粘结步骤 (S640)的粘结产物上分离(参见图12)。蓝宝石衬底710可以通过使用一般的激光剥离工艺来分离。当强能量源的激光束 照射到所述蓝宝石衬底的背侧时，在具有III-V族氮基半导体单晶体的多层发光结构薄膜 720和蓝宝石衬底710之间的界面吸收所述强激光，使得通过热化学离解存在于所述界面 的氮化镓(GaN)来剥离蓝宝石衬底710。此处，优选的是，进一步包括用从H2S04、HC1、K0H和BOE中选择的至少一种在30°C 至200°C的温度下来处理多层发光结构薄膜720暴露于空气中的表面的步骤。还优选的是， 通过机械_化学研磨和相继的湿式蚀刻工艺完全除去蓝宝石衬底710。所述蓝宝石衬底的 湿式蚀刻工艺可以在从硫酸(H2SO4)、铬酸(CrO3)、磷酸(H3PO4)、镓(Ga)、镁(Mg)、铟(In)、 铝(Al)和它们的混合物中选择的蚀刻溶液中执行。所述湿式蚀刻溶液的温度可以是200°C 或者更高。在完成蓝宝石衬底710的分离之后，如图12所示，从第一晶片1001的多层发光结 构薄膜720到第二晶片1002的所选择的支撑衬底910形成一个产物。在隔离多层发光结构的步骤(S660)中，执行多层发光结构薄膜720的隔离以提供 多个发光装置，所述多层发光结构薄膜的表面通过从蓝宝石衬底710分离被暴露出来(见 图 13)。图13是在执行隔离多层发光结构薄膜720为单个芯片尺寸和形状之后的多层发 光结构薄膜720的剖视图，所述多层发光结构薄膜从所述蓝宝石衬底分离，并被暴露到空 气中。参考图13，使用湿式蚀刻或者干式蚀刻工艺，执行多层发光结构薄膜720的隔离 处理，直到绝缘薄膜740暴露在空气中。在后处理所述第一晶片的步骤(S670)中，在每个隔离的多层发光结构薄膜720上 形成第一欧姆接触电极1410，并且在多层发光结构薄膜720的侧面形成钝化薄膜1420。图14是形成有侧面钝化薄膜1420和第一欧姆接触电极1410的产物的剖视图。参考图14，后处理步骤可以包括清洁、形成薄的侧面钝化膜1420和第一欧姆接触 电极1410以及退火，等等。
在后处理所述第一晶片的步骤(S670)中，通过所述第一欧姆接触电极材料沉积 和退火工艺，在为多层发光结构薄膜720的缓冲层或者η型半导体包覆层的上部形成热稳 定的第一欧姆接触电极。优选的是，通过使用从Si3N4，SiO2或者电绝缘材料中选择的至少 一种材料，在III-V族氮基半导体装置的侧面或者表面上形成钝化薄膜1420。另外，第一欧姆接触电极1410可以由具有从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、稀土金属和合金、金属硅化物、半导性的硅化物、CNTN、透明传导氧化物和透明传导 氮化物中选择的至少一种材料形成。在分离所选择的支撑衬底的步骤中(S680)，使用化学蚀刻工艺的激光剥离工艺从 第二晶片1002上分离所选择的支撑衬底910。图15是图示在所选择的支撑衬底910从第二晶片1002上分离之后的产物的剖视图。如上面所描述的分离蓝宝石，当所选择的支撑衬底910是透光的，根据所述牺牲 层所用的材料，通过在透明的所选择的支撑衬底910的背侧照射具有适当吸收波长范围的 激光束来分离所选择的支撑衬底910。当照射激光束时，在牺牲层920和透明的所选择的支 撑衬底910之间的界面吸收强激光，使得所选择的支撑衬底910通过热化学离解牺牲层920 的材料或者由于机械冲击引起的分离来剥离所选择的支撑衬底910。可以有额外的用诸如 H2SO4,HCl,KOH和BOE之类的酸、碱或者盐溶液在30°C至200°C的温度下处理暴露在空气中 的牺牲层920的残留物的步骤。除了所述激光剥离工艺，所选择的支撑衬底910可以通过机械_化学研磨和后继 的湿式蚀刻工艺来完全除去。用于牺牲层920的材料可以是与氮或者氧化合的单晶体、多 晶体或者非晶体化合物，其示例包括 GaN、InGaN、ZnO, InN、In2O3, ITO、SnO2, In2O3> Si3N4, SiO2, BeMgO, MgZnO, TiN、VN、CrN, TaN 之类。进一步而言，牺牲层920可以是从由金属、合金、固溶体、氧化物、氮化物和耐热有 机材料组成的组中所选择的至少一种材料，通过化学蚀刻从所选择的支撑衬底910分开。 在这种情况下，完全除去了所选择的支撑衬底910，从而不必须进行额外的激光剥离工艺。当由金属箔片810和厚金属膜1010a、IOlOb所形成的散热支座(图17的1710) 的厚度足够厚以在结构上是稳定的，可以用额外的支座粘结工艺来执行制造单个芯片的步 骤。但是，优选的是，当散热支座1710不是足够厚得使结构稳定，由金属、合金或者传导性 的粘接剂构成的附加粘结层形成为辅助支座，并且粘到散热支座1710，使其具有足够的厚 度，然后执行制造单个芯片的步骤。此处，所述辅助支座可以由具有好的导热和导电性的诸如Si、Ge、SiGe、ZnO、GaN、 AlGaN, GaAs, A1N、BeO等等之类的单晶体或者多晶体晶片，或者是诸如Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、 Ti、Au、Ag、Cr,NiCr, Cuff, CuMo, Niff 等等之类的金属箔片，或者是诸如 Cu/Mo/Cu、Cu/W/Cu、 Ni/Mo/Ni、Cu/Ti/Cu、Cu/A1N/Cu、Cu/A1203/Cu、Cu/GaAs/Cu、Cu/Si/Cu 等等之类的层压板形 成。另外，在用有机或者无机粘结材料在第一晶片1001的表面上粘结临时支撑衬底 之后，可以执行分离所选择的支撑衬底的步骤(S680)。在制造单个芯片的步骤(S690)中，通过垂直切割从所述粘结步骤(S640)到分离
18所选择的支撑衬底的分离步骤(S680)产生的产物形成单个的芯片。图16是图示制造单个芯片的过程的剖视图。参考图16，通过使用诸如激光划刻或者锯割之类的机械切割工艺在隔离成芯片形 状的侧面钝化薄膜1420之间进行切割，形成所述单个芯片。此处，在单个的芯片内会有由 于机械冲击和因激光切割和锯割工艺中产生的大量的热而出现的热解离所造成的微裂纹。 但是，在本发明的半导体发光装置中，金属箔片810或者所述第一、第二厚金属膜1010a、 1010b可以吸收机械冲击并释放热量，使得这样的问题可以缓解。图17是图示单芯片形式的垂直构造的半导体发光装置。参考图17，最终完成的半导体发光装置具有垂直的结构，其中具有两个厚金属膜 1010a、IOlOb和金属箔片810的散热支座1710牢固地形成于顶部。垂盲构造的半导体发光装置II虽然图5和图17图示的是具有两个厚金属膜和所述金属箔片的散热支座510、 1710，但是可以只形成所述两个厚金属膜中的一个。在图18和图19中图示具有这种结构 的半导体发光装置的例子。图18是图示根据本发明的另一例垂直构造的半导体发光装置的剖视图。图18中所示的垂直构造的半导体发光装置1800包括散热支座1810，其中第二厚 金属膜IOlOb通过粘结层1020bl、1020b2粘结到金属箔片810的底部，而不形成第一厚金 属膜1010a。根据本发明的实施例的半导体发光装置1800具有第二厚金属膜IOlOb—金属箔 片810—多层发光结构薄膜720的垂直结构。图18中图示的垂直构造的半导体发光装置可 以通过图6中的图示的方法形成。但是，在用于制备第一晶片的步骤(S610)中不形成第一 厚金属膜1010a。图19是图示根据本发明的另一例垂直构造的半导体发光装置的剖视图。图19中所示的垂直构造的半导体发光装置1900包括散热支座1910，其中第一厚 金属膜IOlOa通过粘结层1020al、1020a2粘结在金属箔片810的上部，而不形成第二厚金 属膜1010b。根据本发明的实施例的半导体发光装置1900具有金属箔片810—第一厚金属膜 IOlOa—多层发光结构薄膜720的垂直结构。在图19中图示的垂直构造的半导体发光装置可以通过图6中图示的方法来形成。 但是，在用于制备第二晶片的步骤(S620)中不形成第二厚金属膜1010b，或者当所选择的 支撑衬底910被分离时，在晶片与晶片粘结后，除去第二厚金属膜1010b，直到第二厚金属 膜 1010a。可以通过使用图4中的通过物理或者化学蚀刻工艺图案化的支撑衬底除去第二 厚金属膜1010a。根据本发明的所述支撑衬底、垂直构造的半导体发光装置及其制造方法可以容易 地应用于其它领域。特别的是，它们也适用于具有垂直构造的激光二极管、晶体管等等使用 同质外延(homo-印itaxial)的III-V族氮基半导体衬底和具有III-V族氮基半导体(其 通过在蓝宝石衬底的上部生长III-V族氮基半导体而形成)的多层发光结构薄膜的各种光 电装置。
虽然，已经描述了特定的实施例，要理解的是，本领域技术人员可以做出如权利要 求所限定的各种改变和修改而不偏离此处实施例的范畴。因此真正的保护范围由权利要求 限定。工业应用当垂直构造的半导体发光装置是通过使用根据本发明的支撑衬底所制造的时候， 它不仅可以改善具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜的LED的成品率，并且改善 散热和防止分离所述蓝宝石衬底引起静电。进一步而言，当垂直构造的半导体发光装置是通过使用根据本发明的支撑衬底来 制造时，可以消除所述晶片粘结期间的晶片翘曲，通过减少在用激光剥离工艺分离所述蓝 宝石衬底等等期间在所述多层发光结构薄膜中的应力，并且使分离所述多层发光结构薄膜 为晶片粘结材料最小化。另外，当垂直构造的半导体发光装置是通过使用根据本发明的支撑衬底所制造 时，因为可以自由执行诸如退火、侧面钝化等等之类的后处理，它可能提供不造成热或者机 械损坏的高可靠性的发光装置。另外，当垂直构造的半导体发光装置是通过使用根据本发明的支撑衬底所制造 时，由于可以在本发明中使用湿式蚀刻，它比现有的机械和激光工艺有显著高的制造芯片 的成品率。根据本发明的支撑衬底不仅允许通过应用晶片粘结制造高质量的氮基半导体单 晶体多层薄膜，而且允许在分离所述蓝宝石衬底后的进行任何一类后处理，使得它适于制 造具有包括所述金属箔片或者厚金属膜的高性能的散热支座的发光装置。
权利要求
1.一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底，包括由具有和蓝宝石衬底的热膨胀系数相差5ppm或者更少的材料所形成的所选择的支撑 衬底，在所述蓝宝石衬底上层叠有包括III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜；形成于所述所选择的支撑衬底上的牺牲层；形成于所述牺牲层的上部的厚金属膜；和形成于所述厚金属膜的上部的由钎焊或者铜焊合金材料形成的粘结层。
2.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述所选择的支撑衬底是由从蓝宝石A1203、 氮化铝A1N、MgO, AlSiC, BN、BeO, TiO2, Si02、GaN、ZnO和玻璃所组成的组中选择的至少一种 材料构成的单晶体、多晶体或者非晶体衬底。
3.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述的牺牲层包括⑴从由 GaN、InGaN、ZnO> GaZnO> MgZnO> InZnO、InN、In203、Galn03、Mgln04、Culn02、 ZnInO, ITO、SnO2, Si3N4, SiO2, BeMgO, MgZnO, TiN、VN、CrN 和 TaN 所组成的组中选择的至少 一种材料，如果所述牺牲层是由与氧或者氮结合的单晶体、多晶体或者非晶体物质所构成 的；( )从由可以被化学蚀刻的金属、合金、固溶体、氧化物、氮化物和耐热有机材料所组 成的组中所选择的至少一种材料，如果所述牺牲层是由可通过化学蚀刻方式除去的材料构 成；(iii)从由聚酰亚胺、硅酮粘接剂和聚乙烯醇缩丁醛树脂所构成的耐热粘接剂所组成 的组中所选择的至少一种材料，如果所述牺牲层是由耐热粘接材料构成的；(iv)硅酸盐或者硅酸材料，如果所述牺牲层是旋涂玻璃薄膜，(ν)硅酸盐、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氢倍半硅氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷 (MSQ) +氢倍半硅氧烷(HSQ)、全氢硅氮烷(TCPQ和聚硅氮烷，如果所述牺牲层是旋涂电介 质，或者(vi)从由AZ系列、SU-8系列、TLOR系列、TDMR系列和G)(R系列组成的组中所选择的 至少一种材料，如果所述牺牲层是由光刻胶构成的。
4.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述的厚金属膜包括从由Au、Cu、Ni、Ag、M0、 Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si所组成的组中所选择的至少一种成份。
5.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述的厚金属膜具有0.l-999um的厚度。
6.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述粘结层是由包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、 Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si和Ge所组成的组中所选择的至少两种成份的合金形成。
7.根据权利要求1所述的支撑衬底，其中所述的牺牲层、所述的厚金属膜和所述粘结 层中至少有一个被图案化，或者所述牺牲层、所述的厚金属膜、所述粘结层和所选择的支撑 衬底中有一部分被图案化。
8.一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法，包括(a)制备在蓝宝石衬底的上部的用具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜、第 二欧姆接触电极、第一厚金属膜和第一一第一粘结层连续形成的第一晶片；(b)制备由在上表面上的第一一第二粘结层和在底表面上的第二一第一粘结层所形成 的金属箔片；(c)制备根据权利要求1至7任意一项所述的用于制备半导体发光装置的支撑衬底，作为第二晶片，该第二晶片由在所选择的支撑衬底的上表面的牺牲层、第二厚金属膜和第 二一第二粘结层连续形成；(d)粘结所述第一晶片、所述金属箔片和所述第二晶片，以粘结所述第一一第一粘结层 与所述第一一第二粘结层，以及粘结所述第二一第一粘结层与所述第二一第二粘结层；(e)通过激光剥离工艺从所述步骤(d)的产物分离所述第一晶片的所述蓝宝石衬底；(f)隔离通过所述步骤(e)所暴露的所述多层发光结构薄膜；(g)在通过所述步骤(f)隔离的每个多层发光结构的表面形成多个第一欧姆接触电 极，并在其侧面形成钝化薄膜；(h)分离所述第二晶片的所选择的支撑衬底；以及(i)通过垂直切割所述步骤(h)的产物来制造芯片。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述步骤(a)的多层发光结构薄膜包括η型半导 体包覆层、发光活动层和P型半导体包覆层，其中每一层由具有Inx(GayAlh)NO) ^ χ ^ 1, 0彡y彡1，x+y > 0)成份的单晶体构成。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(a)包括 (al)在所述多层发光结构薄膜上形成第二欧姆接触电极；(a2)在所述多层发光结构薄膜和所述第二欧姆接触电极上形成绝缘薄膜；(a3)在所述第二欧姆接触电极上形成第一传导性薄膜；(a4)在所述绝缘薄膜和所述第二欧姆接触电极上形成第二传导性薄膜；(a5)在所述第二传导性薄膜上形成所述第一厚金属膜；和(a6)在所述第一厚金属膜上形成所述第一一第一粘结层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述的第二传导性薄膜包括扩散阻挡层和粘性 增强层，且如果是通过电镀或者无电镀的方式形成的，所述第一厚金属膜进一步包括种子层。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(b)进一步包括在形成所述粘性增强 层之后，在所述金属箔片的上表面和底表面上形成所述第一一第二粘结层和所述第二一第一粘结层。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(c)包括在所述第二厚金属膜上在进 一步形成所述扩散阻挡层或者粘性增强层之后，形成所述第二一第二粘结层。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(c)的牺牲层是通过从由电子束蒸 发、热蒸发、金属有机化学气相淀积、溅镀和脉冲激光沉积所组成的组中所选择的一种方法 形成。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述的第一厚金属膜或者所述第二厚金属膜是 通过电镀或者无电镀的方式形成。
16.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(d)是通过在100°C至600°C的温度 和IMpa至200Mpa的压力下的热压粘结方法来执行的。
17.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(e)在所述激光剥离工艺之后，进一 步包括化学一机械研磨或者湿式蚀刻工艺。
18.根据权利要求8所述的方法，其中在所述步骤(h)中，所述所选择的支撑衬底是通 过使用所述激光剥离工艺或者是通过化学蚀刻除去所述牺牲层来分离的。
19.根据权利要求8所述的方法，其中所述的步骤(h)是在所述第一晶片的表面上用有 机或者无机粘结材料粘结临时支撑衬底之后执行的。
20.根据权利要求8所述的方法，其中在所述步骤(h)之后，在除去所述所选择的支撑 衬底和所述牺牲层之处，形成单独的辅助支座。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述的辅助支座是由i)从由Si、Ge、SiGe、SiO、GaN,AlGaN, GaAs、AlN和BeO所组成的组中所选择的单晶体 或者多晶体晶片；ii)从由Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo 和 Niff 所组成的组中所选 择的金属箔片；或者iii)从由Cu/Mo/Cu、Cu/ff/Cu、Ni/Mo/Ni、Cu/Ti/Cu、Cu/AIN/Cu、Cu/A1203/Cu、Cu/GaAs/ Cu和Cu/Si/Cu所组成的组中所选择的层叠结构形成的。
22.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(a)中形成所述第二欧姆接触电极之前， 或者在步骤(g)中形成所述第一欧姆接触电极之前，在所述多层发光结构薄膜的上部通过 表面纹理化、图案化工艺进一步形成光提取结构层和铝膜纳米格偏光片中的至少一个。
23.一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法，包括(a)制造在蓝宝石衬底的上部分上的由包括III-V族氮基半导体的多层发光结构薄 膜、第二欧姆接触电极和第一一第一粘结层所连续形成的第一晶片；(b)制造用在上表面上的第一一第二粘结层和在底表面上的第二一第一粘结层所形成 的金属箔片；(c)制造权利要求1至7中任意一项所述的用于制造半导体发光装置的支撑衬底作为 第二晶片，该第二晶片用在所选择的支撑衬底的上部的牺牲层、第二厚金属膜和第二一第 二粘结层形成；(d)粘结所述第一晶片、所述金属箔片和所述第二晶片，以粘结所述第一一第一粘结层 与所述第一一第二粘结层，并粘结所述第二一第一粘结层和所述第二一第二粘结层；(e)通过激光剥离工艺从所述步骤(d)的产物分离所述第一晶片的所述蓝宝石衬底；(f)隔离通过所述步骤(e)所暴露的多层发光结构薄膜；(g)在通过所述步骤(f)隔离的每个多层发光结构的表面上形成多个第一欧姆接触电 极，且在其侧面形成钝化薄膜；(h)分离所述第二晶片的所选择的支撑衬底；以及(i)通过垂直切割所述步骤(h)中的产物来制造芯片。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述的步骤(h)是用有机或者无机粘结材料在 所述第一晶片的表面上粘结临时支撑衬底之后来执行的。
25.根据权利要求23所述的方法，其中在所述步骤(h)之后，在除去所述所选择的支撑 衬底和所述牺牲层之处形成单独的辅助支座。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述的辅助支座由以下材料形成i)从由Si、Ge、SiGe、SiO、GaN,AlGaN, GaAs、AlN和BeO所组成的组中所选择的单晶体 或者多晶体晶片；ii)从由Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo 和 Niff 所组成的组中所选 择的金属箔片；或者iii)从由 Cu/Mo/Cu、Cu/ff/Cu、Ni/Mo/Ni、Cu/Ti/Cu、Cu/AIN/Cu、Cu/A1203/Cu、Cu/GaAs/ Cu和Cu/Si/Cu所组成的组中所选择的层叠结构。
27.一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法，包括(a)制造在蓝宝石衬底的上部的用具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜、多 个第二欧姆接触电极、第一厚金属膜和第一一第一粘结层连续形成的第一晶片；(b)制造由在上表面上的第一一第二粘结层和在底表面上的第二一第一粘结层所形成 的金属箔片；(c)制造用牺牲层和第二一第二粘结层在所选择的支撑衬底的上部连续形成的第二晶片；(d)粘结所述第一晶片、所述金属箔片和所述第二晶片，以粘结所述第一一第一粘结层 与所述第一一第二粘结层，并粘结所述第二一第一粘结层与所述第二一第二粘结层；(e)通过激光剥离工艺从所述步骤(d)的产物上分离所述第一晶片的所述蓝宝石衬底；(f)隔离通过步骤(e)所暴露的所述多层发光结构薄膜；(g)在通过用所述步骤(f)隔离的每个多层发光结构的表面形成多个第一欧姆接触电 极，并在侧面形成钝化薄膜；(h)分离所述第二晶片的所选择的支撑衬底；以及(i)通过垂直切割所述步骤(h)的产物来制造芯片。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述的步骤(h)是用有机或者无机粘结材料在 所述第一晶片的表面上粘结临时支撑衬底之后执行的。
29.根据权利要求27所述的方法，其中在步骤(h)之后，在除去所选择的支撑衬底和所 述牺牲层之处形成单独的辅助支座。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述的辅助支座是由i)从由Si、Ge、SiGe、ZnO,GaN, AlGaN, GaAs、AlN和BeO所组成的组中所选择的单晶体 或者多晶体晶片；ii)从由Mo、Cu、Ni、Nb、Ta、Ti、Au、Ag、Cr、NiCr、CuW、CuMo 和 Niff 所组成的组中所选 择的金属箔片；或者iii)从由Cu/Mo/Cu、Cu/W/Cu、Ni/Mo/Ni、Cu/T i/Cu、Cu/AIN/Cu、Cu/A1203/Cu、Cu/GaAs/ Cu和Cu/Si/Cu所组成的组中所选择的层叠结构所形成的。
31.一种垂直构造的半导体发光装置，包括具有III-V族氮基半导体的发光结构，在上部形成第一欧姆接触电极，在底部上连续 形成第二欧姆接触电极、绝缘薄膜、第一传导性薄膜、第二传导性薄膜和第一厚金属膜，并 在侧面形成钝化薄膜；通过第一粘结层在第一厚金属膜的底部粘结的金属箔片；和 通过第二粘结层在所述金属箔片的底部粘结的第二厚金属膜。
32.一种垂直构造的半导体发光装置，包括具有III-V族氮基半导体的发光结构，在上部形成第一欧姆接触电极，在底部上连续 形成第二欧姆接触电极、绝缘薄膜、第一传导性薄膜和第二传导性薄膜，并在侧面形成钝化 薄膜；通过第一粘结层在所述第二传导性薄膜的底部粘结的金属箔片；以及通过第二粘结层在所述金属箔片的底部粘结的第二厚金属膜。
33.一种垂直构造的半导体发光装置，包括具有III-V族氮基半导体的发光结构，在上部形成有第一欧姆接触电极，在底部上连 续形成第二欧姆接触电极、绝缘薄膜、第一传导性薄膜、第二传导性薄膜和第一厚金属膜， 在侧面形成的钝化薄膜；和通过第一粘结层粘结在厚金属膜的底部的金属箔片。
34.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的多 层发光结构薄膜包括自其顶部的η型半导体包覆层、发光活动层和ρ型半导体包覆层，并且每一层由具有Inx(GayAl1I)NO)彡χ彡1，0彡y彡1，x+y > 0)的成份的单晶体构成。
35.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中在所述多 层发光结构薄膜的上部或者底部上进一步形成表面纹理、光提取结构层和铝膜纳米格偏光 片中的至少一个。
36.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述金属 箔片具有0. 1-999 μ m的厚度。
37.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的金 属箔片是具有从由 Cu、Al、Ni、Nb、W、Mo、Ta、Ti、Au、Ag、Pd、Pt、Cr、Fe、V、Si 和 Ge 所组成 的组中所选择的至少一种成份的片状的金属、合金或者固溶体。
38.根据权利要求31至权利要求33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中 所述的第一厚金属膜是由金属、合金或者固溶体形成，具有从由Au、Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Nb、 W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si所选择的至少一种成份。
39.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的第 一厚金属膜具有0. 1-999 μ m的厚度。
40.根据权利要求31或32所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的第二厚金属 膜是由从Au、Cu、Ni、Ag、Mo、Al、Nb、W、Ti、Cr、Ta、Al、Pd、Pt和Si所组成的组中所选择的 至少一种成份的金属、合金或者固溶体形成。
41.根据权利要求31或者32所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的第二厚金 属膜具有0. 1-999 μ m的厚度。
42.根据权利要求31至33任意一项权利要求所述的垂直构造的半导体发光装置，其中 所述的第一粘结层是由包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si、Ge和Zn所 组成的组中所选择的至少一种成份的钎焊或者铜焊合金形成。
43.根据权利要求31或者32所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的第二粘结 层是由包括从由Ga、Bi、In、Sn、Pb、Au、Al、Ag、Cu、Ni、Pd、Si、Ge和Zn所组成的组中所选 择的至少一种成份的钎焊或者铜焊合金形成。
44.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的 第一欧姆接触电极是由包括从由 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、稀土金属、 金属硅化物、半导体硅化物、CNTN、透明传导氧化物和透明传导氮化物所组成的组中所选择 的至少一种成份的材料形成。
45.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的第 二欧姆接触电极是由包括从由Ag、AURh, Pt、Au、Cu、Ni、Pd、金属硅化物、Ag系列合金、Al 系列合金、Mi系列合金、CNTN、透明传导氧化物和透明传导氮化物所组成的组中所选择的至 少一种成份的材料形成。
46.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的绝 缘薄膜是由从由透明氧化物、透明氮化物或者透明氟化物所组成的组中所选择的任意一种 形成。
47.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的绝 缘薄膜是形成为全方向反射(ODR)结构和分布式布拉格反射(DBR)结构。
48.根据权利要求31至33任意一项所述的垂直构造的半导体发光装置，其中所述的 第一传导性薄膜或者第二传导性薄膜是由从411、41、48、他、如、11~、1^、￥、？(1、1、0、慰、01、 Mo、Ta、Nb、Pt、NiCr, Tiff, Cuff, TiN、CrN和TiWN所组成的组中所选择的至少一种成份的材 料形成。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底和使用该支撑衬底的垂直构造的半导体发光装置，使在制造过程中从蓝宝石衬底分离的多层结构薄膜的损坏或破损最小化，从而改善所述半导体发光装置的整体性能。本发明的用于制造所述垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底包括由具有和层叠有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜的蓝宝石衬底的热膨胀系数相差5ppm或者更少的材料所形成的所选择的支撑衬底；在所选择的支撑衬底上形成的牺牲层；在所述牺牲层的上部形成的厚金属膜；和在所述厚金属层的上部形成并由钎焊或者铜焊合金材料形成的粘结层。
文档编号H01L33/02GK102099934SQ200980128829
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者成泰连 申请人:高丽大学校