第iii族氮化物半导体纵向结构led芯片及其制造方法

专利名称：第iii族氮化物半导体纵向结构led芯片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及其中堆叠第III族氮化物半导体层的纵向结构LED芯片，及其制造方法。
背景技术：
通常，由第III族元素和第V族元素的化合物制成的第III-V族半导体广泛用于如发光二极管(LED)的器件。
在使用Al、Ga或In作为第III族元素和使用P或As作为第V族元素来制造如GaP、GaAs、AlGaAs或AlInGaP的第III-V族半导体LED中，为了晶格匹配，半导体在由类似于半导体的材料制成的单晶基板上生长。例如，在外延生长AlGaAs的情况下，典型地使用GaAs基板，这是因为在全部Al组成范围内，AlGaAs与GaAs几乎晶格匹配。在GaP或GaAs的本体(bulk)单晶生长中，为了控制导电性而添加杂质以エ业化生产高质量、大直径(2英寸以上的直径)、低成本的η型或P型导电性单晶基板。可采用纵向结构，其中导电型基板和通过堆叠第πι-v族半导体层形成的发光层压体夹在一对电极之间，且电流沿纵向流动。另ー方面，使用Al、Ga、In等作为第III族元素并使用N作为第V族元素的第III族氮化物半导体具有高熔点和高氮气解离压，使其难以进行本体单晶生长。此外，由于不存在可用的廉价大直径导电性单晶基板，此类半导体典型地形成于蓝宝石基板上。然而，蓝宝石基板是电绝缘的；所以电流在基板中不流动。因此，常规采用其中电流沿横向流动的横向结构。通过部分除去在蓝宝石基板上顺次生长η型第III族氮化物半导体层、活性层(发光层)和P型第III族氮化物半导体层所形成的发光层压体以暴露η型第III族氮化物半导体层，井分别在暴露的η型第III族氮化物半导体层和P型第III族氮化物半导体层上设置η型电极和P型电极来获得该结构。在该情况下，存在如下四个问题。由于部分除去活性层，所以(I)发光部的面积减小。电流必须在具有多至约5 μ m的厚度的η型薄层中沿横向流动，以致串联电阻高，从而引起(2)驱动电压升高和(3)生热增加。此外，由于蓝宝石基板具有低导热率，所以发光结构体中产生的热不能充分消散，(4)这引起LED特性中热饱和的问题，不利于实现高输出。为此，近年来，已积极研究并开发了获得纵向结构LED芯片的以下技木。在蓝宝石基板上形成发光层压体以后，发光层压体受导电性支承体支承，然后通过剥离(lift-off)分离蓝宝石基板。导电性支承体和发光层压体夹在一对电极之间。专利文献I (JP 2006-303429 A)公开了用于制造纵向结构LED芯片的技术，所述纵向结构LED芯片具有含5个或更多角的多边形或者圆形的平面形状，从而改进了通过LED芯片的侧面提取光的效果，以防止由于生热引起的LED芯片特性的劣化并延长其寿命。然而，专利文献I中公开的技术被认为是将通过侧面提取光的效果限制为小芯片尺寸的情況。換言之，由于发光结构层典型地为5 μ m至最多10 μ m,当芯片尺寸大时，发光结构体的侧面相对于整个表面的面积比低，而相应地降低了从芯片穿过侧面的光提取的比。作为不是作为纵向结构而是作为横向结构的实例，专利文献2(JP 2002-76435A)的实施例I描述了当将发光结构体加工成具有60 μ m至140 μ m的半径的圆柱体时，由于圆柱体的半径，即曲率半径较小，所以通过侧面的光的提取效率趋于改善，从而增加了光输出。这仅具体应用于具有小尺寸如350 μ m以下的芯片，然而却与由于芯片尺寸增大所引起的较高输出的情况相矛盾。此外，在专利文献I中公开的技术中，发光结构体为由第III族氮化物半导体形成的发光层压体或其上全面形成反射欧姆接触层的层压体。相当于独立的LED芯片的支承部通过镀覆由金属层形成；通过使用金属板作为掩模的干法蚀刻除去芯片之间暴露的发光结构体的部分；然后通过激光剥离(laser lift-off)除去蓝宝石生长基板。、如果除去蓝宝石基板伴随着支承部和发光结构体的分离，则芯片将破裂；因此，随后的エ艺如制造η型电极将会复杂，产量也会降低。为了后期处理，例如安装步骤中操作的方便，LED芯片的支承部需要具有通常50μπι至约150μπι的厚度。所以，通过镀覆形成的金属支承层的尺寸精度和确保其形状是困难的。此外，使用通过镀覆形成的金属支承层作为掩膜的发光结构体的蚀刻使其难以实现尺寸精度和确保形状。此外，由于使用掩膜还蚀刻反射欧姆金属(欧姆接触层)，金属残渣将附着于发光层压体的侧面；因而，LED芯片的特性将受到短路或漏电流等的不利影响。现有技术文献专利文献[专利文献I] JP2OO6-3O3^9A[专利文献2] JP2002-76435A

发明内容
发明要解决的问题为了制造具有纵向结构如LED的氮化物半导体芯片，使用其中如上所述通过激光将外延层与蓝宝石基板分离的激光剥离法、其中蚀刻金属缓冲层等以从蓝宝石基板分离外延层的化学剥离法或光化学剥离法。任一所述方法为用于剥离外延层的方法，其中在生长基板上形成允许氮化物半导体外延生长的物质层，氮化物半导体生长后，通过激光热分解或蚀刻溶解所述层从而从生长基板剥离外延层。这可换句话描述为“生长基板从外延层剥
南”
尚ο图1(a)至1(c)为用于说明通过剥离获得的第III族氮化物半导体的纵向结构LED芯片的图。图1(a)为单片化(singulated)LED芯片之ー的示意性侧面图。图1(b)为单片化LED芯片之ー的示意性平面图。图1(c)为其中在单片化为分离的LED芯片之前在其上面形成多个发光结构体的晶片的示意性平面图。如图I (a)所示，纵向结构LED芯片200依次包括导电性支承部202、发光结构体201和上部电极203。通常，导电性支承部202和发光结构体201形成为具有如图1(b)所示的四角形平面形状。这是因为当发光结构体201的平面形状为如图1(c)所示的四角形时，在将具有在其上面形成多个发光结构体201的晶片切断为分离的LED芯片200时，可如图中虚线所示沿两个垂直方向直线进行切断。因此，实现高加工生产率并可降低由截ロ损失(kerf loss)引起的材料损失。注意，在这种情况下，导电性支承部还充当下部电极。本发明人通过在带有网格图案的蓝宝石基板上通过干法蚀刻蓝宝石基板而使由第III族氮化物半导体制成的发光层压体形成凹槽从而进行一次分离，以便形成多个单独的发光结构体。接下来，形成具有基板形状的导电性支承体，然后进行剥离以便分离蓝宝石基板。剥离后的各发光结构体一体地被导电性支承体所支承。发现剥离后的単独的发光结构体具有相当大的裂纹形成率。当由导电性支承体支承的发光结构体在剥离中从蓝宝石基板分离时似乎形成裂纹。图2为使用光学显微镜观察到的所形成的裂纹的平面图。裂纹带显示出从隅角(corner)附近向中心部伸展。(这是下表I中将示出的常规例，裂纹的发生率为95. 5%)。带裂纹的产品被认为是有缺陷的产品，涉及产量、成本和生产率方面的严重问题。未在公开可获得的专利文献或专业文献等中公开此类裂纹的形成，部分原因是其还在研究和发展的过程中。然而，这是实现纵向结构的第III族氮化物半导体LED芯片的大規模生产的待解决的关键问题。 本发明的目的为解决上述问题并提供高质量的、其发光结构体中无裂纹的纵向LED芯片，及其制造方法。用于解决问题的方案为了实现上述目的，本发明首先包括以下组成。(I) 一种用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其包括发光层压体形成步骤，其通过在生长基板上顺次堆叠第一导电型第III族氮化物半导体层、发光层和第二导电型第III族氮化物半导体层而形成发光层压体，所述第二导电型与所述第一导电型不同；发光结构体形成步骤，其通过部分除去所述发光层压体以部分暴露所述生长基板来形成多个单独的发光结构体；在所述多个发光结构体上形成欧姆电极层和连接层的步骤；在所述连接层上形成还充当下部电极的导电性支承体的步骤；从所述多个发光结构体剥离所述生长基板的分离步骤；和切断所述发光结构体之间的导电性支承体，从而使导电性支承部支承的各自具有所述发光结构体的多个LED芯片单片化的切断步骤(cutting step)。所述发光结构体形成步骤包括部分除去发光层压体，以使所述多个发光结构体各自具有圆形或含圆角的4n角形(“η”为正整数)的平面形状的步骤。(2)根据上述(I)所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中将多个贯通导电性支承体的贯通沟(through groove)或贯通孔(through hole)设置于位于所述发光结构体之间的导电性支承体部分。(3)根据上述(2)所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中沿穿过所述多个贯通沟或贯通孔进行所述切断步骤。(4)根据上述⑴或(2)所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过化学剥离或光化学剥离来进行所述分离步骤。(5)根据上述⑴至(3)任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过激光剥离来进行所述分离步骤。(6)根据上述⑴至(5)任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过接合法、湿膜形成法或干膜形成法来进行所述形成导电性支承体的步骤。
(7) 一种通过上述(I)至(6)任一项所述的方法制造的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的多个侧面的至少之ー为所述贯通沟或所述贯通孔的壁的一部分。(8) ー种第III族半导体纵向结构LED芯片，其包括导电性支承部，其还充当下部电极；和发光结构体，其包括设置于所述导电性支承部上的第二导电型第III族氮化物半导体层、设置于所述第二导电型第III族氮化物半导体层上的发光层和设置于所述发光层上的第一导电型第III族氮化物半导体层，所述第一导电型与所述第二导电型不同。所述导电性支承部和所述发光结构体夹在ー对电极之间。所述发光结构体具有圆形或含圆角的4η角形(“η”为正整数)的平面形状，所述导电性支承部具有比所述发光结构体的平面图大且形状不同的平面图。(9)根据上述(7)或⑶所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中在 所述含圆角的4η角形的ー边的直线部的长度=L1满足下式L1 ( O. 8L0,其中，Ltl为隅角未变圆(not being rounded)的4n角形的一边的长度。(10)根据上述(7)至(9)任一项所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的平面形状为垂直和水平対称的近似四角形或八角形。(11) ー种第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其包括导电性支承部，其还充当下部电极；和发光结构体，其包括设置于所述导电性支承部上的第二导电型第III族氮化物半导体层、设置于所述第二导电型第III族氮化物半导体层上的发光层和设置于所述发光层上的第一导电型第III族氮化物半导体层，所述第一导电型与所述第二导电型不同。所述导电性支承部和所述发光结构体夹在ー对电极之间。所述发光结构体具有圆形或含圆角的4n角形(“η”为正整数)的平面形状，所述导电性支承部的侧面部分具有切断面和含与所述切断面不同的表面形状的非切断面。(12)根据上述(11)所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的侧面的非切断面延伸至所述导电性支承部的顶部和底部。(13)根据上述(11)或(12)所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部具有四角形平面形状作为基本结构，并且在四个边上具有凹部，所述各凹部的顶部为切断面。(14)根据上述(11)或(12)所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部具有八角形平面形状作为基本结构，并且相対的四个边具有切断面，在其他相対的四个边为非切断面。发明的效果本发明中，将发光结构体形成为具有圆形或含圆角的4η角形(η为正整数。換言之，4η是指4的倍数)的平面形状，以分散施加于发光结构体的应力。此外，在导电性支承体中形成多个贯通沟或贯通孔，以在导电性支承体上的限定各发光结构体的边界之间进行假性分离(isolation)。因此，分散了从导电性支承体侧面向发光结构体施加的应力，施加到各发光结构体的应カ降低，在剥离时防止由导电性支承体支承的发光结构体从蓝宝石基板分离时破裂。因此，裂纹的发生率降低，可提供高产量的发光结构体中无裂纹的高质量纵向LED芯片。
本发明中，根据待形成的LED芯片的大小进行由第III族氮化物半导体制成的发光层压体在蓝宝石基板上的一次分离。由于即使在通过剥离除去生长基板后，导电性支承体仍保持为晶片，所以可在后加工中进行装置加工。


图I (a)为典型的单片化LED芯片之ー的示意性侧面图；图I (b)为单片化LED芯片之ー的示意性平面图；图1(c)为在单片化前设置有多个发光结构体的晶片的平面图。图2为示出常规发光结构体中形成的裂纹的状态的照片。图3(a)至3(f)示意性说明根据本发明的用于制造纵向LED芯片的方法的流程。图4示出在根据本发明的纵向LED单片化前的晶片的示意性平面图。图5 (a)为在根据本发明的纵向LED芯片单片化前的晶片的示意性平面图，图5 (b) 为根据本发明的单片化后的纵向LED芯片的示意性侧面图。图5(c)为从上部观察的真实纵向LED芯片的照片。图6 (a)为在根据本发明的纵向LED芯片单片化前的晶片的示意性平面图，图6 (b)为根据本发明单片化后的纵向LED芯片的示意性侧面图。图6(c)为从上部观察的真实纵向LED芯片的照片。图7为示出实验例I至8中LED芯片的发光结构体中裂纹的发生率的图。图8为示出实验例9至14中LED芯片的发光结构体中裂纹的发生率的图。图9为示出实验例15至22中LED芯片的发光结构体中裂纹的发生率的图。图10(a)至10(d)为各自示出形成于发光结构体中的裂纹的状态的照片。
具体实施例方式接下来，将參考附图描述根据本发明的制造纵向LED的方法的实施方案。图3(a)至3(f)示意性示出根据本发明的制造纵向LED的方法的流程。为了解释方便将图3(a)至3(f)中的纵向LED沿厚度方向放大。如图3(a)至3(f)所示，根据本发明的制造纵向LED的方法包括发光层压体形成步骤(图3(a))，其通过在生长基板101上顺次堆叠第一导电型第III族氮化物半导体层102、发光层103和具有与第一导电型不同的导电型的第二导电型第III族氮化物半导体层104而形成发光层压体105 ;发光结构体形成步骤(图3(b))，其通过部分除去发光层压体105而部分暴露生长基板101来形成例如岛状独立的多个单独的发光结构体106 ;在多个发光结构体106上形成还充当下部电极的导电性支承体107的步骤(图3(c));从多个发光结构体106剥离生长基板101的分离步骤(图3(d));和将发光结构体106之间的导电性支承体107切断为导电性支承部107a，从而进行各自具有发光结构体106的多个LED芯片100的单片化的切断步骤(图3(f))。注意，如图3(e)所示，可在分离步骤后添加在发光结构体的分离侧上形成上部电极108的另ー步骤。本发明人形成了如图I (b)所示的包括具有正方形平面形状的发光结构体的纵向LED200，以便观察发光结构体中形成的裂纹，从而发现如图2所示的发光结构体201中的许多裂纹。这些裂纹显示出从发光结构体201的隅角附近向中心部分伸展。注意，图2示出使用光学显微镜观察到的具有ー边长度为1000 μ m的正方形平面形状的发光结构体。这样的向中心部分伸展的裂纹明显形成于具有500 μ m以上长度的边的大尺寸芯片的发光结构体中。本发明人已进行了针对此类裂纹形成的各种研究，以确定裂纹的形成依赖于发光结构体或导电性支承部的形状而不是依赖于晶体学的滑移面(slip plane)或裂开面(cleavage plane)。他们发现许多裂纹特别地形成于发光结构体的隅角附近。这被认为是当生长基板从发光结构体分离时集中在发光结构体的隅角附近的应カ(例如为生长基板和发光结构体以及所连接的导电性支承部间的应力)的分布相关。鉴于上述，根据本发明的制造纵向LED芯片的方法的发光结构体形成步骤(图3(b))包括部分除去发光层压体105，以便多个发光结构体106的每ー个都具有如图4所示的圆形或含圆角的4n角形(“η”为正整数)的平面形状。在此结构下，排除了发光结构体106处的应力集中，可提供无裂纹的高质量纵向LED芯片。 此外，在根据本发明的制造纵向LED芯片的方法的导电性支承体形成步骤(图3 (c))中，位于发光结构体之间的导电性支承体的一部分设置有多个贯通导电性支承体的贯通沟或贯通孔。因此，分散了从导电性支承体侧施加到各发光结构体的应力，并避免了发光结构体的隅角附近的应カ集中。可提供无裂纹的高质量纵向LED芯片。蓝宝石基板或其中在蓝宝石基板上形成AlN膜的AlN模板基板优选用作生长基板101。可依赖于待形成的剥离层的种类、由第III组氮化物半导体制成的发光层压体的Al、Ga和In的组成、LED芯片的质量和成本等而进行选择。在采用激光剥离的情况下，GaN缓冲层优选作为剥离层，这是因为GaN缓冲层可通过激光热分解并防止其后的再附着(由于Ga的熔点低至29. 7V )，而在采用化学剥离的情况下，CrN等的金属缓冲层优选作为剥离层，这是因为CrN等的金属缓冲层可通过选择性化学蚀刻来溶解。优选在下述MOCVD装置中形成GaN缓冲层，而优选通过溅射、真空气相沉积、离子镀或MOCVD形成金属缓冲层。发光层压体105的第一导电型和第二导电型可分别为η型和ρ型,或与之相反。第一导电型第III族氮化物半导体层102、发光层103和第二导电型第III族氮化物半导体层104可例如通过MOCVD在生长基板101上外延生长。通过根据本发明的制造纵向LED芯片的方法制造的发光结构体106具有圆形或含圆角的4η角形(“η”为正整数)的平面形状。因此，当假定如图4的虚线所示，沿正交线切断导电性支承体107时，可对称地定位圆形或含圆角的4η角形(“η”为正整数)；因此，所施加的应カ可均匀分布。此外，各发光结构体106的横断面具有圆角，其使当发光结构体106从生长基板101分离以转移到导电性支承体107时施加到发光结构体106的应カ分散，从而可进ー步抑制裂纹的形成。在上述发光结构体形成步骤中，优选通过干法蚀刻除去部分发光层压体105。这是因为可再现地控制由第III族氮化物半导体层制成的发光层压体105的蚀刻的終点。此夕卜，在相邻发光结构体106相连的情况下，当通过例如激光剥离来分离生长基板101时，没有由上述GaN层等热分解产生的氮气的泄漏，这造成发光结构体106的裂纹或断裂。此外在该情况下，当使用利用化学蚀刻剂来溶解金属缓冲层的上述化学剥离或光化学剥离时，所述蚀刻剂不供给到金属层。由此，不能进行剥离。因此，进行发光层压体105的部分去除以暴露部分生长基板101。
尽管图中未示出，在上述支承体形成步骤中，优选在多个发光结构体106和导电性支承体107之间形成欧姆电极层和连接层，以便欧姆电极层与多个发光结构体106的每ー个接触，而连接层与导电性支承体107接触。此外，更优选在欧姆电极层和连接层之间形成额外的反射层，可选地，欧姆电极层还优选充当反射层。这些层可通过干燥膜形成法如真空气相沉积、离子镀或溅射来形成。前述欧姆电极层可由高功函数金属，例如贵重金属如Pd、Pt、Rh或Au ;或Co或Ni来形成。由于Rh等具有高反射性，所以上述欧姆电极层还可用作反射层。然而，当发射波长在绿至蓝的范围内时，优选使用Ag或Al等的层。同时，当发射波长在紫外线范围内时，优选使用Rh或Ru等的层。此外，连接层的种类取决于导电性支承体107的形成方法。当导电性支承体107通过接合方法如热压接合与连接层接合时，连接层可由Au、Au-Sn或焊料等组成。
注意导电性支承体107优选为导电性硅基板、CuW合金基板或Mo基板等，这是由于它们在热膨胀系数和热导电性方面适合。此外，导电性支承体107可通过湿法或干法镀覆来形成。例如，采用Cu或Au电镀；Cu或Au等可用作连接层。从上面观察时导电性支承部107a优选具有比发光结构体106的平面图大的平面图，以暴露50 μ m以上的导电性支承部107a的端部。此外，导电性支承部107a的横断面优选具有四角形或八角形形状作为基本结构。术语“作为基本结构”在这里是指切割后的导电性支承部可在其侧面或其拐角部具有凹陷或突出，是指可在切割前在导电性支承体107中形成孔或沟。更具体地，如图5(a)和图6(a)所示，优选在位于发光结构体106之间的导电性支承体107的部分中设置多个贯通导电性支承体107的贯通沟109或贯通孔110。在导电性支承体中设置孔或沟，以便在限定各发光结构体的导电性支承体上的边界之间进行假性分离。因此，可减轻或分散由导电性支承部侧向发光结构体所施加的应カ。当金属层通过使用化学蚀刻剂的化学剥离或光化学剥离被溶解而剥离时，除了发光结构体106之间的沟111 (蚀刻通道)以外，可通过在导电性支承体107中形成贯通沟109或贯通孔110来有效地供给和排出蚀刻剂。因此，可改进金属层的蚀刻率，此为次级效应。注意，当Si基板用作导电性支承体107时，通过干法蚀刻形成上述导电性支承体107中的贯通沟109或贯通孔110，而当导电性支承体107由Cu或Au镀制成时，使用厚光致抗蚀剂(photoresist)膜的掩膜形成沟或孔。自然优选沟或孔以及发光结构体106之间的分离沟(separation groove)彼此相对。当贯通沟109或贯通孔110位于发光结构体106以下时，应カ分布变得不均匀，这将促进裂纹形成并损害导电性支承部从而损害散热。在上述分离步骤中，优选通过激光剥离、化学剥离或光化学剥离除去剥离层以进行生长基板101与发光结构体106之间的分离。此外，已通过所述分离步骤暴露的发光结构体106的表面优选通过湿法洗涤来清洁。然后，通过干法蚀刻和/或湿法蚀刻来修整(trimmed)表面给定的厚度，通过使用抗蚀剂(resist)作为掩膜的剥离来形成η型欧姆电极和焊盘电极(bonding pad electrode)。Al、Cr、Ti、Ni、Pt或Au等用作电极材料。沉积Pt或Au等作为欧姆电极和焊盘上的覆盖层从而减少配线(wiring)阻抗并改进布线(wire)接合的粘合性。注意，发光结构体106的侧面和表面可设置有由SiO2或SiN等制成的保护膜。在上述切断步骤中，使用例如切割刀或激光切割机在发光结构体106之间进行切断。为了防止发光结构体106上的热或破碎损害，通常将发光结构体106置于各导电性支承部107a外围的内侦彳，典型的边距为约ΙΟμπι至30μπι。此外，切断步骤优选沿着通过多个贯通沟109或贯通孔110的方向来进行。換言之，对于本发明的纵向LED，借助上述制造纵向LED的方法，导电性支承部的多个侧面的至少之一可为贯通沟109或贯通孔110的壁的一部分。图5(b)和图6(b)各自显示切断步骤后纵向LED的示意性侧面图。导电性支承部107的斜线部(hatching)示出切断部，余下的示出上述贯通沟109或贯通孔110的壁的一部分。即，切割后的分离面构成导电性支承部的部分，芯片中的导电性支承部的部分侧面具有不是切断面的非切断面。这里，“切断面”是指在切断步骤中使用切割机等沿其直接 进行切断的面。例如，当沿着通过上述贯通沟或贯通孔的方向切断导电性支承体107吋，与这些贯通沟或贯通孔的壁相对应的面为非切断面，它们没有与刀片接触或暴露于激光下。因此，此类非切断面和上述切断面彼此具有不同的表面形状。切断面为刀片切断面或激光熔融面。非切断面为干法蚀刻面或除去抗蚀剂掩膜后留下的面。例如在化学剥离或在电极形成时非切断面将经受蚀刻剂。尽管切断面和非切断面之间的表面条件差异难以用粗糙度等限定，但可使用光学显微镜等观察。接下来，将參考附图描述根据本发明的纵向LED的实施方案。如图4所示的实施例，根据本发明的纵向LED包括导电性支承部107a和包含设置在导电性支承部107a上的第二导电型第III族氮化物半导体层，设置在第二导电型第III族氮化物半导体层上的发光层，以及设置在发光层上的第一导电型第III族氮化物半导体层的发光结构体106,第一导电型与第二导电型不同。导电性支承部107a和发光结构体106夹在ー对电极之间。此外，发光结构体106具有圆形或含圆角的4n角形(“η”为正整数)的平面图，导电性支承部107a具有比发光结构体106的平面图大且形状不同的平面图。这 样的结构可提供发光结构体106中含较少裂纹的高质量纵向LED。注意，附图和以下描述基于圆形或正4n角形，为方便起见，正4n角形具有相等的高度和宽度；然而，即使高度和宽度具不同的长度也可获得类似的效果。在使用椭圆或矩形等的情况下，高度和宽度应满足纵横比不超过3:1的以下条件。含圆角的4n角形的ー边的直线部的长度L1优选满足下式L1 ( O. 8L0,其中，L0为隅角未变圆的4n角形的一边的长度。这里，本发明中的圆角优选为具有曲率半径R的圆弧。抑制裂纹所需的R的下限依赖于LED的芯片尺寸或生长基板、缓冲层、发光结构体和导电性支承部的结构。在本发明中，通过设计将隅角变圆，以便变圆超过由光掩模上的一般倒角(beveling)量或光刻(photolithography)加工中在隅角部引起的钝度(bluntness)所形成的圆度范围。在具有边长W的正方形中内切η角形的情况下，当多角形的边长Ltl如下时Ltl=WX tan (180° /N)。当内切具有曲率半径R的圆角的圆弧内接到与η角形隅角处相交的ー边时，倒角后的边(直线部)的长度L1如下Ι^=Ι^-2ΧΚ/ &η((180。-360。/N)/2)。L1 与 L0 的比=L1A0 如下iVLfljXR/W/tanUlSO。-360。/N)/2)/tan (180。/N)=l-2XR/ff/tan (90° -180° /N)/tan (180。/N)=l-2XR/ff.因此，比例取决于W和R，不取决于N。本发明中，倒角前多角形的一边的长度Ltl与倒角后的边中的直线部的长度L1的比=L1Zltl优选O. 8以下，更优选O. 7以下，以便可显著抑制裂纹形成。进ー步，导电性支承部107a的平面图优选大于发光结构体106的平面图，并优选暴露50 μ m以上的导电性支承部107a的末端。此外，导电性支承部107a的平面形状优选具有四角形或八角形形状作为基本结构。术语“作为基本结构”这里是指切断步骤后导电性支承部107a可在其边或其隅角部具有凹陷或突出，并指可在切断步骤前在导电性支承体107中形成贯通沟109或贯通孔110。贯通沟109或贯通孔110设置于导电性支承体107中，以使导电性支承体107中的贯通沟109或贯通孔110减轻向发光结构体施加的应力，这有助于防止裂纹形成。注意，图I至6示出可选实施方案的实施例，本发明不受这些实施方案的限制。实施例(实验例I至8)在实验例I至8中，在蓝宝石基板上形成剥离层(CrN层，厚度18nm)，然后顺次堆叠η型第III族氮化物半导体层(GaN层，厚度7μπι)、发光层(InGaN类MQW层，厚度O. I μ m)和ρ型第III族氮化物半导体层(GaN层，厚度0. 2 μ m)以形成发光层压体。随后，部分除去发光层压体以部分暴露蓝宝石基板。由此，形成岛状独立的多个发光结构体，以使发光结构体具有正方形、含圆角的正方形或圆形的横断面。表I示出在隅角变圆前正方形的边长U、曲率半径R、变圆后的边的直线部的长度L1和L1与Ltl的比丄ノ!^。[表 I]
权利要求
1.一种用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其包括 发光层压体形成步骤，其通过在生长基板上顺次堆叠第一导电型第III族氮化物半导体层、发光层和第二导电型第III族氮化物半导体层而形成发光层压体，所述第二导电型与所述第一导电型不同； 发光结构体形成步骤，其通过部分除去所述发光层压体以部分暴露所述生长基板来形成多个单独的发光结构体； 在所述多个发光结构体上形成欧姆电极层和连接层的步骤； 在所述连接层上形成还充当下部电极的导电性支承体的步骤； 从所述多个发光结构体剥离所述生长基板的分离步骤；和 切断所述发光结构体之间的所述导电性支承体，从而使导电性支承部支承的各自具有所述发光结构体的多个LED芯片单片化的切断步骤， 其中，所述发光结构体形成步骤包括部分除去所述发光层压体，以使所述多个发光结构体各自具有圆形或含圆角的4n角形(“n”为正整数)的平面形状的步骤。
2.根据权利要求I所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中将多个贯通所述导电性支承体的贯通沟或贯通孔设置于位于所述发光结构体之间的所述导电性支承体部分。
3.根据权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中沿着通过所述多个贯通沟或贯通孔的方向进行所述切断步骤。
4.根据权利要求I或权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过化学剥离或光化学剥离来进行所述分离步骤。
5.根据权利要求I至3任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过激光剥离来进行所述分离步骤。
6.根据权利要求I至5任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片的方法，其中通过接合法、湿膜形成法或干膜形成法来进行所述形成导电性支承体的步骤。
7.—种通过根据权利要求I至6任一项所述的方法制造的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的多个侧面的至少之一为所述贯通沟或所述贯通孔的壁的一部分。
8.—种第III族半导体纵向结构LED芯片，其包括 导电性支承部，其还充当下部电极；和 发光结构体，其包括设置于所述导电性支承部上的第二导电型第III族氮化物半导体层、设置于所述第二导电型第III族氮化物半导体层上的发光层和设置于所述发光层上的第一导电型第III族氮化物半导体层，所述第一导电型与所述第二导电型不同， 其中所述导电性支承部和所述发光结构体夹在一对电极之间， 所述发光结构体具有圆形或含圆角的4n角形(“n”为正整数)的平面形状，和 所述导电性支承部具有比所述发光结构体的平面图大且形状不同的平面图。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中在所述含圆角的4n角形的一边的直线部的长度=L1满足下式 L1 ≤ 0. 8L0 其中，L0为隅角未变圆的4n角形的一边的长度。
10.根据权利要求7至9任一项所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的平面形状为垂直和水平对称的近似四角形或八角形。
11.一种第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其包括 导电性支承部，其还充当下部电极；和 发光结构体，其包括设置于所述导电性支承部上的第二导电型第III族氮化物半导体层、设置于所述第二导电型第III族氮化物半导体层的发光层和设置于所述发光层的第一导电型第III族氮化物半导体层，所述第一导电型与所述第二导电型不同， 其中所述导电性支承部和所述发光结构体夹在一对电极之间， 所述发光结构体具有圆形或含圆角的4n角形(“n”为正整数)的平面形状，和 所述导电性支承部的侧面部分具有切断面和含与所述切断面不同的表面形状的非切断面。
12.根据权利要求11所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部的侧面的非切断面延伸至所述导电性支承部的顶部和底部。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部具有四角形平面形状作为基本结构，并且在四个边上具有凹部，所述各凹部的顶部为所述切断面。
14.根据权利要求11或权利要求12所述的第III族氮化物半导体纵向结构LED芯片，其中所述导电性支承部具有八角形平面形状作为基本结构，并且在相对的四个边具有切断面，和在其他相对的四个边为非切断面。
全文摘要
公开了一种在发光结构体很少经受破裂，并具有高质量的纵向LED芯片；以及用于生产该LED芯片的方法。所述方法包括发光层压体形成步骤层压顺次层压于生长基板上的第一导电型第III族氮化物半导体层、发光层和第二导电型第III族氮化物半导体层(其类型与第一导电型不同)，从而形成发光层压体；发光结构体形成步骤除去发光层压体的部分，以便暴露生长基板的部分，从而形成多个分离的发光结构体；形成连接层的步骤，导电性支承部通过所述连接层连接至多个发光结构体；形成可通过所述连接层充当下部电极的导电性支承部的步骤；从多个发光结构体进行生长基板的剥离的剥离步骤；以及切断发光结构体之间的支承部的切断步骤，从而生产各自具有发光结构体的多个LED芯片。所述方法的特征在于发光结构体形成步骤包括以使多个发光结构体的各平面具有圆形或含圆角的4n多角形(其中n表示正整数)的方式除去发光层压体的部分。
文档编号H01L33/00GK102687288SQ20098016326
公开日2012年9月19日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者丰田达宪, 张弼国, 曹明焕, 李锡雨, 门胁嘉孝, 鸟羽隆一 申请人:伟方亮有限公司, 同和电子科技有限公司