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具有导电性金属衬底的发光二极管

阅读:428发布:2022-05-05

专利汇可以提供具有导电性金属衬底的发光二极管专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种发光 二极管 的制造系统与方法,包括:在承载衬底(carrier substrate)上形成多层磊晶结构;在所述多层磊晶结构上沉积至少一层金属层;移除所述承载衬底。,下面是具有导电性金属衬底的发光二极管专利的具体信息内容。

1、一种发光二极管的制造方法,包括:
在承载衬底上形成多层磊晶结构;
在所述多层磊晶结构上沉积至少一层金属层;
移除所述承载衬底。
2、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述承载衬底包括蓝宝石
3、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述金属层的沉积包括电化学沉积。
4、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述金属层的沉积包括在沉积至少一金属层后,进行一或更 多无电化学沉积。
5、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述金属层的沉积包括利用CVD、PECVD、PVD、ALD、MOCVD、 蒸等离子体喷涂其中之一来施加。
6、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,包括 在所述金属层上沉积一或多层附加金属层。
7、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
沉积多层磊晶结构;
在所述多层磊晶结构上沉积一或多层金属层;
使用蚀刻定义一或多个台面(mesa);
形成一或多层非导电层;
移除所述非导电层的一部分;
沉积至少一或多层金属层;以及
移除所述承载衬底。
8、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 所述承载衬底包括蓝宝石、化锌、硅及砷化镓其 中之一。
9、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 所述多层磊晶结构包括:
n型GaN或AlGaN层;
一或多个具有InGaN/GaN层的量子阱;以及
p型GaN或AlGaN层。
10、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 在所述多层磊晶结构上的所述一或多层金属层包括氧化铟 (ITO)、、Al、Cr、Pt、Ni、Au、Mo、W、耐火金属或金 属合金或金属层其中之一。
11、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 介于所述多层磊晶结构与所述金属层间的可选(optional) 掺杂半导体层。
12、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 所述台面(mesa)通过聚合物及/或蚀刻用的硬性掩模加以定 义。
13、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 所述非导电层包括SiO2、Si3N4、类金刚石薄膜、非导电性金 属氧化物成分,或陶瓷成分其中之一。
14、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 移除所述非导电层的一部分。
15、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 移除所述部分包括剥除、湿式或干式蚀刻,以暴露出导体层。
16、如权利要求15所述的发光二极管的制造方法,其 中所述导体层包括一或多层金属层。
17、如权利要求15所述的发光二极管的制造方法,所 述导体层沉积于钝化层顶部,其中所述钝化层包括一或多层 非导电层。
18、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,其中 沉积一或多层金属层包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉 积(CVD)、等离子体加强CVD(PECVD)、蒸镀、离子束沉积、 电化学沉积、无电化学沉积、等离子体喷涂或喷墨沉积。
19、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 使用PVD、蒸镀、离子束沉积、CVD或电子束沉积其中之一 来沉积一或多层金属层。
20、如权利要求19所述的发光二极管的制造方法,其 中所述金属层包括下列其中之一:铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、 在氮化钽上的、钼(Mo)、钨(W),或金属合金。
21、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 通过电化学电镀或无电化学镀来形成一或多层附加金属层。
22、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 通过电化学电镀或无电化学镀在晶种层的顶部上形成一或 多层附加金属层,所述晶种层包括铜、钨、金、镍、铬、钯、 铂或其合金。
23、如权利要求22所述的发光二极管的制造方法,其 中所述附加金属层其中之一包括铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 (Al)或其合金。
24、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 沉积非导电性钝化层。
25、如权利要求24所述的发光二极管的制造方法,其 中所述钝化层包括非导电性金属氧化物(氧化铪、氧化、 氧化钽)、二氧化硅、氮化硅或聚合物材料其中之一。
26、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 以湿式蚀刻、化学机械研磨或干式蚀刻来移除所述钝化层的 一部份。
27、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 沉积最终金属,所述最终金属包括铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、 铂(Pt)、锌(Zn)及其合金其中之一。
28、如权利要求7所述的发光二极管的制造方法,包括 以激光、CMP、湿式蚀刻、离子注入其中之一来移除蓝宝石 衬底。
29、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
沉积多层磊晶结构;
使用蚀刻定义一或多个台面(mesa);
形成一或多层非导电层;
移除所述非导电层的一部分;
沉积一或多层金属层;
移除所述承载衬底。
30、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,其 中所述承载衬底包括蓝宝石。
31、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,其 中台面(mesa)使用聚合物及/或蚀刻用的硬性掩模加以定 义。
32、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,包 括沉积非导电性钝化层。
33、如权利要求32所述的发光二极管的制造方法,其 中所述钝化层包括非导电性金属氧化物、二氧化硅、氮化硅、 聚合物材料其中之一。
34、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,包 括以湿式蚀刻、化学机械研磨及干式蚀刻其中之一来移除所 述钝化层的一部分。
35、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,包 括通过电化学电镀或无电化学镀在晶种层的顶部上形成一 或多层附加金属层,所述晶种层包括铜、钨、金、镍、铬、 钯、铂及其合金其中之一。
36、如权利要求35所述的发光二极管的制造方法,包 括在镜面层的顶部上形成晶种层,所述镜面层包括利用物理 气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体强化 CVD(PECVD)、蒸镀、离子束沉积其中之一所沉积的Ag、Al、 Ti、Cr、Pt、Pd、Ag/Pt、Ag/Pd或Ag/Cr。
37、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,包 括在所述金属层上沉积一或多层附加金属层。
38、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,其 中所述承载衬底的移除包括利用激光剥除(LLO)技术。
39、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,其 中移除所述承载衬底包括利用干式蚀刻、化学移除技术、或 化学机械移除技术。
40、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
沉积多层磊晶结构,其具有p-节点、多重量子阱(MQW) 及n-节点;
在所述多层磊晶结构上沉积一或多层第一金属层,所述 第一金属层电耦合到所述p-节点;
以蚀刻定义一或多个台面;
形成一或多层非导电层;
移除所述非导电层的一部份;
沉积一或多层第二金属层,其电耦合到所述第一金属层 其中之一,其中所述第二金属层其中之一与所述n-节点及 MQW电绝缘;
移除所述承载衬底。
41、一种n-GaN在上LED晶圆的制造方法,包括:
设置承载衬底;
在所述承载衬底上沉积n-GaN部分;
在所述n-GaN部分上沉积活性层
在所述活性层上沉积p-GaN部分;
沉积一或多层金属层;
施加掩模层;
蚀刻所述金属、所述p-GaN层、所述活性层、及所述n-GaN 层;
移除所述掩模层;
沉积钝化层;
移除在所述p-GaN顶部上的所述钝化层的部份,以暴露 所述金属;
沉积一或多层金属层;
沉积金属衬底;
移除所述承载衬底以暴露所述n-GaN表面。
42、如权利要求41所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述n-GaN在上LED晶圆实质上平滑且平坦。
43、如权利要求4 2所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述n-GaN在上LED晶圆具有小于10000的表 面粗糙度。
44、如权利要求4 1所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述承载衬底为蓝宝石。
45、如权利要求41所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述金属衬底以下列方式其中之一来沉积:电化 学电镀、无电化学镀、溅镀、化学气相沉积、电子束蒸镀、 热喷涂
46、如权利要求41所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述金属衬底包括下列其中之一的金属或金属合 金:铜、镍、铝、Ti、Ta、Mo、W。
47、如权利要求41所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述承载衬底以激光剥除(LLO)、湿式蚀刻、化 学机械研磨其中之一来移除。

说明书全文

技术领域

发明一般地涉及发光二极管以及发光二极管的制造 方法。

背景技术

发光二极管(LED)在我们日常生活中正扮演着日趋重要 的色,LED在许多应用中极为普遍,如通讯与其他领域, 如手机、家电、及其他电子装置。最近,举例来说,就例如 影像显示、光学储存、照明、医学仪器等应用而言,对于光 电子学用的氮化物基底半导体材料的需求(如氮化镓或GaN) 已戏剧性地增加了。公知蓝光发光二极管(LED)使用氮化物 的半导体材料来形成,如GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN。 大多数如上所述发光装置的半导体层以磊晶方式形成于非 导电性宝石衬底上。既然蓝宝石衬底为电绝缘体,便不能 直接在蓝宝石衬底上形成电极以驱动电流通过LED。而且, 电极分别直接接触p型半导体层与n型半导体层,以便完成 LED装置的制造。然而,这种电极结构与非导电性蓝宝石衬 底的本质却表示相当重大的装置运作限制,例如,必须在p 层上形成半透明接点(面),以将电流自p电极散布至n电 极。此半透明接点(面)因内部反射与吸收而减少了自装置 发射的光强度;而且,p与n电极阻碍了光波并减少了来自 装置的发光面积;此外,蓝宝石衬底是热量绝缘体(或热绝 缘体),且在装置运作期间所产生的热能并不能有效地散去, 因此限制了装置的可靠性。
图1显示了公知LED。如其中所示,衬底以1注明,衬 底1通常可为蓝宝石。在衬底1上形成缓冲层2,以减少衬 底1与GaN间的晶格失配。缓冲层2可在衬底1上以磊晶方 式生长,且可为AlN、GaN、AlGaN、或AlInGaN,随后依序 形成n-GaN基底层3、多重量子阱(MQW)层4、与p-GaN层5; 利用蚀刻法在n-GaN基底层3上形成暴露区域6;将导电性 半透明涂层设置于p-GaN层5上;最后,将n-电极9与p- 电极8形成于选定的电极区域上。n-电极9必须与p-电极位 于装置的同一侧,以分别将电子与空穴注入MQW活性层。层 4中的空穴与电子的放射性重组将放射出光波。然而,此公 知LED结构的限制包括:(1)在p-层5上的半透明接点(面) 并非100%透明,且会阻碍由层4所发出的光波;(2)因电极 位置之故,自n-电极散布至p-电极的电流并不均匀;以及 (3)由于蓝宝石是热与电绝缘体,热能会在装置运作期间累 积。
为增加可用的照光面积,已发展出垂直式LED。如图2 所示,典型垂直式LED具有衬底10(一般为、GaAs、或Ge); 接着于衬底10上形成过渡金属多重层12、p-GaN层14、MQW 层16、n-GaN层18;接着在选定作为电极的区域上形成n- 电极20与p-电极22。
美国专利申请第20040135158号显示一种通过下列步骤 来完成垂直式LED结构的方法:(a)在蓝宝石衬底上形成缓 冲层;(b)在该缓冲层上形成多层掩模,其中该衬底、该缓 冲层、与该复数掩模共同形成一衬底单元;(c)于该多层掩 模上形成多层磊晶结构,其中该多层磊晶结构包括活性层; 取出该多层磊晶结构;(d)在取出之后,移除与该多层磊晶 结构底侧黏合的该剩余掩模;(e)在该多层磊晶结构的该底 侧上涂布金属反射膜;(f)将导电性衬底黏合至该金属反射 膜;以及(g)将p-电极设置于该多层结构的上表面上,且将 n-电极设置于该导电性衬底的底侧上。

发明内容

在一方面中,一种发光二极管的制造方法,包括:在承 载衬底(carrier substrate)上形成多层磊晶结构;在该 多层磊晶结构上沉积至少一层金属层;移除该承载衬底。
上述方面的施行可包括以下之一或更多:该承载衬底可 为蓝宝石,金属层的沉积不包括在衬底上将金属层黏合或胶 粘至衬底上的结构。金属层的沉积可应用电化学沉积、无电 化学沉积、CVD化学气相沉积、MOCVD金属有机CVD、PECVD 等离子体加强CVD、ALD原子层沉积、PVD物理气相沉积、蒸 、或等离子体喷涂、或这些技术的组合。金属层可为单层 或多层状,假使金属层为多重层,可形成具有不同组成的多 层金属层,且可使用不同技术以沉积该金属层。在实施例中, 最厚层使用电或无电化学沉积加以沉积。
在另一方面中,一种发光二极管的制造方法,包括:设 置承载衬底;沉积多层磊晶结构;在该多层磊晶结构上沉积 一或多层金属层;利用蚀刻定义一或多个台面(mesa);形成 一或多层非导电层;移除该非导电层的一部分;沉积至少一 或多层金属层;移除该承载衬底。
上述方面的施行可包括以下之一或更多:金属层可具有 相同或不同组成,且可使用各种沉积技术来沉积。承载衬底 的移除可使用激光、蚀刻、研磨/抛蚀、或化学机械研磨、 或湿式蚀刻等。该承载衬底可为蓝宝石、化硅、硅、锗、 化锌、或砷化镓。该多层磊晶结构可为n-型GaN层、一或 更多具有INGaN/GaN层的量子阱、及p型AlGaN/GaN层。在 该多层磊晶结构上的一或多层金属层可为氧化铟(ITO)、 Ag、Al、Cr、Au、Pt、Pd、Ti、Ta、TiN、TaN、Mo、W、耐 火金属或金属合金,或这些材料的复合材料。介于该多层磊 晶结构与该金属层之间可形成可选(optional)掺杂半导体 层。可使用聚合物(如光阻)或硬性掩模(SiO2,Si3N4,)定义 台面(mesa)。非导电层可为SiO2、Si3N4、金刚石成分、非导 电性金属氧化物成分、或陶瓷成分、或这些材料的复合材料。 非导电层可为单一层或具有多个非导电层(如SiO2在Si3N4之 上)。在一个实施例中,该非导电层为侧壁钝化层或钝化层。 部份非导电层可通过剥除或利用或不使用掩模层的干式蚀 刻加以移除,以暴露出导电层,导电层可为一或更多金属层。 该一或多层金属层可使用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉 积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、蒸镀、离子束沉积、 电化学沉积、无电化学沉积、等离子体喷涂或喷墨沉积来沉 积。该金属层可包括铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、、在阻碍 金属材料(如氮化、钨、氮化钨、氮化钽)上的铜、钼(Mo)、 钨(W)、或金属合金。一或多层附加金属层可通过电化学电 镀、或无电化学镀而形成,该附加金属层可包括铜(Cu)、镍 (Ni)、金(Au)、铝(Al)、或其合金。可沉积导电性钝化层(保 护金属层),且该导电性钝化层可为金属、镍(Ni)、铬(Cr)、 锌(Zn)、金、Pt、Pd。该钝化层包括非导电性金属氧化物(氧 化铪、氧化钛、氧化钽),二氧化硅、氮化硅、或聚合物材 料。
在一个实施例中,Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作为镜面层, 镍作为阻碍层,金作为种晶层,如此以用于电镀。沉积该镜 面层(如Ag、Al、Pt、Ti、Cr),然后在电或无电化学沉积金 属(如Ni、Cu、W)之前,在该镜面层上方形成例如充满氧 的TiN、TaN、TiWN、TiW的阻碍层。就铜的电化学沉积而言, 以CVD、MOCVD、PVD、ALD、或蒸镀工艺来沉积一种晶层;某 些铜的晶种材料层为W、Au、Cu、或Ni等。
在发光二极管的另一制造方法中,包括:设置承载衬底; 沉积多层磊晶结构;在该多层磊晶结构上沉积一或多层金属 层;蚀刻一或多个台面;形成一或多层非导电层;移除该非 导电层的一部份;沉积一或多层金属层;移除该承载衬底。
上述方法的施行可包括以下之一或更多:金属层可具有 相同或不同组成,且可利用各种沉积技术加以沉积。可利用 激光、蚀刻、研磨/抛蚀、或化学机械研磨、或湿式蚀刻等 完成承载衬底的移除,该承载衬底可为蓝宝石。该金属层的 沉积方式可为电化学沉积(ECD)、或无电化学沉积 (ElessCD);利用电化学沉积、或无电化学沉积的技术沉积 该金属层前,将实施晶种导电层的可选(optional)步骤(例 如,在铜、镍的ECD前,先通过蒸镀、溅镀或CVD、MOCVD 来沉积铜、镍、钨的晶种层)。金属层的沉积可包括CVD、 PECVD、PVD、蒸镀、或等离子体喷涂。可将电极设置于多层 结构上。可形成一或多层附加金属层于原始金属层上。
在发光二极管的另一制造方法中,该工艺包括:设置承 载衬底;沉积多层磊晶结构;在多层磊晶结构上沉积一或多 层金属层;蚀刻一或多个台面;形成一或多层非导电层;移 除该非导电层的一部分;沉积一或多层金属层;移除该承载 衬底。
上述方法的施行可包括以下之一或更多:金属层可具有 相同或不同组成,且可利用各种沉积技术加以沉积。可利用 激光、蚀刻、研磨/抛蚀、或化学机械研磨、或湿式蚀刻等 完成承载衬底的移除。该承载衬底可为蓝宝石。该金属层的 沉积方式可为电化学沉积(ECD)、或无电化学沉积 (ElessCD);利用电化学沉积、或无电化学沉积的技术沉积 该金属层前,将实施晶种导电层的可选步骤(例如,在铜、 镍的ECD前,先通过蒸镀、溅镀或CVD、MOCVD来沉积铜、 镍、钨的晶种层)。金属层的沉积可包括CVD、PECVD、PVD、 蒸镀、或等离子体喷涂。可将电极设置于多层结构上。可在 原始金属层上形成一或多层附加金属层,以保护下方金属。
在另一方面中,一种发光二极管的制造方法,包括:在 衬底(如蓝宝石衬底)上形成多层磊晶结构;在该磊晶层上方 沉积金属层(利用在晶种金属层顶部上的电或无电化学镀, 将铜或镍电镀在利用蒸镀、CVD、PVD溅镀法所沉积的铜、镍、 或钨、或Pd的晶种层顶端上,该晶种层沉积在TaN、TiN、 TiWN、TiWOx或氮化钨的阻碍层上);及移除该衬底(例如, 使用激光剥除技术、湿式蚀刻或CMP)。
在一个实施例中,该多层磊晶结构包括:反射金属层, 耦合到金属电镀层;非导电性钝化层,耦合到该反射金属层; p-GaN层,耦合到该钝化层;多重量子阱(MQW)层,耦合到该 p-GaN层;n-GaN层,耦合到该多重量子阱(MQW)层;及n电 极,耦合到该n-GaN层。
金属层可为单层或多层状,假使金属层为多层,可形成 具有不同组成的多个金属层,且可使用不同技术以沉积该金 属层。在实施例中,最厚层使用电或无电化学沉积加以沉积。
在一个实施例中,Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作为镜面层, 镍作为阻碍层,金作为晶种层,以上整个作为铜电镀用的主 体衬底(bulk substrate)。沉积该镜面层(如Ag、Al、Ti、 Cr、Pt),然后在如金属Ni或Cu的电或无电化学沉积前, 在该镜面层上形成如充满氧的TiN、TaN、TiWN、TiW的阻碍 层。就铜的电化学沉积而言,晶种层以CVD、MOCVD、PVD、 ALD、或利用Au、Cu、或Ni等的蒸镀工艺来沉积。
在另一方面中,一种发光二极管的制造方法包括:在蓝 宝石衬底上形成多层磊晶结构,其中该多层磊晶结构包括多 重量子阱层(MQW);在多层磊晶结构上涂布金属电镀层;移 除该蓝宝石衬底;以及在多层结构表面上设置n-电极。p- 电极耦合到该金属电镀层或该金属电镀层本身作为p-电极。
如上述方面的施行可包括以下之一或更多:该金属电镀 层可利用电或无电化学镀而形成。该金属电镀层亦可利用无 电化学镀加以形成,且以聚酰亚胺层保护蓝宝石衬底。可利 用激光剥除技术(LLO)移除衬底。该多层磊晶结构可具有反 射金属层,耦合到金属电镀层;钝化层,耦合到该反射金属 层;p-GaN层,耦合到该钝化层;n-GaN层,耦合到多重量 子阱(MQW)层;n电极,耦合到该n-GaN层;且该金属电镀层 为p-电极或具有耦合到该金属电镀层的p-电极。
在另一方面中,一种制造发光二极管(LED)的垂直装置 结构可通过在蓝宝石衬底上形成多层磊晶结构而加以制造, 其中该多层磊晶结构包括多重量子阱活性层(MQW);在多层 磊晶结构上涂布金属层;移除该蓝宝石衬底;以及在多层结 构表面上设置n-电极,且该金属层为p-电极或具有耦合到 该金属层的p-电极。
金属层可为单层或多层状,假使金属层为多层,可形成 不同组成的多个金属层,且可使用不同技术以沉积该金属 层。在实施例中,最厚层使用电或无电化学沉积加以沉积。
在一个实施例中,Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作为镜面层, 镍作为阻碍层,金作为晶种层,以上整个作为铜电镀用的主 体衬底。沉积该镜面层(如Ag、Al、Ti、Cr、Pt),然后在如 金属Ni或Cu的电或无电化学沉积前,在该镜面层上形成如 充满氧的TiN、TaN、TiWN、TiW的阻碍层。就铜的电化学沉 积而言,晶种层以CVD、MOCVD、PVD、ALD、或利用Au、Cu、 或Ni等蒸镀工艺来沉积。
在另一方面中,垂直式LED包括在临时衬底上所形成的 多层磊晶层;在多层磊晶层上形成金属电镀层,利用电化学 或无电化学沉积技术沉积该金属层前,将实施晶种导电层的 可选步骤(例如,在铜、镍的ECD前,先通过蒸镀、溅镀或 CVD、MOCVD来沉积铜、镍、钨的晶种层),其中在形成金属 电镀层后,该临时衬底利用激光剥除加以移除。
在一个实施例中,Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作为镜面层, 镍作为阻碍层,金作为晶种层,以上整个作为铜电镀用的主 体衬底。沉积该镜面层(如Ag、A1、Ti、Cr、Pt),然后在如 金属Ni或Cu的电或无电化学沉积前,在该镜面层上形成例 如充满氧的TiN、TaN、TiWN、TiW的阻碍层。就铜的电化学 沉积而言,晶种层以CVD、MOCVD、PVD、ALD或利用Au、Cu 或Ni等蒸镀工艺来沉积。
在另一方面中,垂直式发光二极管包括金属电镀层;反 射金属层,耦合到该金属电镀层;钝化层,耦合到该反射金 属层;p-GaN层,耦合到该钝化层;多重量子阱(MQW)层,耦 合到该p-GaN层  n-GaN层,耦合到该多重量子阱(MQW)层; n-电极,耦合到该n-GaN层;以及p-电极,耦合到该金属电 镀层。
在一个实施例中,Ag/Pt或Ag/Pd或Ag/Cr作为镜面层, 镍作为阻碍层,金作为晶种层,以上整个作为铜电镀用的整 体衬底。沉积该镜面层(如Ag、Al、Ti、Cr、Pt),然后在如 金属Ni或Cu的电或无电化学沉积前,在该镜面层上形成例 如充满氧的TiN、TaN、TiWN、TiW的阻碍层。就铜的电化学 沉积而言,一晶种层以CVD、MOCVD、PVD、ALD或利用Au、 Cu、或Ni等蒸镀工艺来沉积。
本发明的优点可包括以下之一或更多:不使用晶圆黏合 或胶粘,且以较不复杂的沉积工艺(例如物理气相沉积 (PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体加强CVD(PECVD)、蒸 镀、离子束沉积、电化学沉积、无电化学沉积、等离子体喷 涂、或喷墨沉积)来取代复杂、冗长、一次一个晶圆黏合/ 胶粘工艺。因n-GaN导电性良好,故不需要n-电极的半透明 接点(面),且因此可自LED装置放射更多光输出。而且, 由于在装置的每一边只需要一个电极,故该LED装置阻挡较 少光波。此外,电流可均匀地自n-电极散布至p-电极,因 此增加了LED效能。再者,该金属衬底可比蓝宝石衬底散去 更多热量,所以更多电流将用于驱动LED。所得的LED可以 更小尺寸取代公知LED。对相同LED尺寸而言,以相同驱动 电流可自垂直式LED输出远高于公知LED的光波。
附图说明
为更加了解本发明的其他特征、技术概念、以及目的, 可仔细地阅读以下优选实施例的说明及附图,以下为附图说 明:
图1显示现有技术的公知LED;
图2显示一现有技术的公知垂直式LED;
图3至图8显示制造垂直式LED的示例工艺的操作。

具体实施方式

在阅读本详细说明时,可同时参照附图并将其视为详细 说明的一部分。
参考图3至图8,垂直式LED的制造方法将在这里介绍。 在说明中,本发明装置结构所给的参考符号也将使用于发明 制造方法的步骤中。
在下面所述的工艺涉及起初生长于蓝宝石上的InGaN LED的一个实施例。接着利用电或无电化学镀来沉积厚接点 (面),以用于所得的LED装置的导电或导热;使用电或无 电化学镀以代替晶圆黏合。该工艺可应用于任何利用黏合将 磊晶层贴附至新主要衬底以提升光、电、热性质的光电装置 中。
回到图示,图3显示在载体40上的示例性InGaN LED 的多层磊晶结构,在一个实施例中该载体40可为蓝宝石衬 底。形成于该蓝宝石衬底40上的该多层磊晶结构包括n-GaN 基底层42、MQW活性层44及p-GaN层46。例如,该n-GaN 基底层42具有例如约4μm的厚度。
该MQW活性层44可为InGaN/GaN(或AlGaN/GaN)MQW活 性层。一旦电流通过该n-GaN基底层42与p-GaN层46之间 时,便可激发该MQW活性层44并因此产生光。所产生的光 可具有介于250nm与600nm间的波长。该p-层可为p+-GaN 基底层,如p+-GaN、p+-InGaN、或p+-AlInGaN层且其厚度可 介于0.01与0.5μm之间。
接下来,如图4所显示,实施台面定义工艺以及在该p-GaN 层46上方形成p型接点(面)48。在多层磊晶结构上的接 点(面)48可为氧化铟锡(ITO)、Ag、Al、Cr、Pt、Pd,Ti, Ta,TiN,TaN,Ni、Au、Mo、W、耐火金属或金属合金,或 这些材料的复合材料(如Ni/Au)。此外,也可形成直接反射 Ag沉积,以作为金属接点(面)。在图4中,个别LED装置 形成于台面定义之后,以离子耦合等离子体蚀刻将GaN蚀刻 成分离的装置;亦可使用其他台面定义工艺,如激光、锯(saw) 或喷射刀(water jet)。
接下来,如图5所示,沉积钝化层50并实施反射金属 沉积,以在蚀刻进入该钝化层50的视窗中形成反射金属52, 如Al、Ag、Ni、Pt、及Cr等,以允许该反射金属52接触层 46。该钝化层50为非导电性,该反射金属52形成镜面。
图6显示在该结构上沉积薄金属层或多重金属层53(Cr、 Pt、Pt/Au、Cr/Au、Ni/Au、Ti/Au、TaN/Au、among others), 以作为电/无电化学镀工艺的阻碍/晶种层。然而,若使用无 电工艺、溅镀、或磁控溅镀工艺代替电镀,则不需要该沉积 操作。将一金属衬底层60沉积于其上。
现在回到图7,该多层磊晶结构以如电与无电化学镀的 技术涂布金属衬底层60。由于无电化学镀,蓝宝石衬底40 利用可轻易去除而不致损伤蓝宝石的聚酰亚胺层或涂层、或 特厚层的无电电镀金属(如Ni或Cu等)加以保护。
接下来,移除该蓝宝石衬底40。在图8所示的一个实施 例中,将激光剥除(LLO)操作施加于该蓝宝石衬底40。以激 光剥除移除蓝宝石衬底为已知,参照Cheung等人于2000年 6月6日公布的美国专利号第6071795号,发明名称为“通 过选择性光学工艺自透明衬底分离薄膜”,以及参照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剥除的光学工艺”。再者, 在蓝宝石(或其他绝缘及/或硬性)衬底上制造GaN半导体层 的极有利方法示出在由Myung Cheol Yoo在2002年4月9 日提出申请的美国专利申请第10/118317号,发明名称为“以 金属支座5薄膜制造垂直式装置的方法”,以及由Lee等人 于2002年4月9日提出申请的美国专利申请第10/118316 号,发明名称为“垂直式结构的制造方法”。此外,GaN与蓝 宝石(-及其他材料)的蚀刻方法示出在由Yeom等人于2002 年4月9日提出申请的美国专利申请第10/118318号,发明 名称为“改良GaN-基底发光二极管的光输出的方法”,在此 以提及方式将其并入,视为完全地公开于此。在其他实施例 中,该蓝宝石衬底以湿式或干式蚀刻或化学机械研磨来移 除。
如图8所示,在n-GaN层42顶端上图案化n型电极/焊 垫70以完成垂直式LED。在一个实施例中,可利用CVD、PVP、 或电子束蒸镀来沉积如Ni/Cr(Ni与n-GaN接触)的焊垫70, 该焊垫70以具有掩模层的湿式或干式蚀刻或以具有负片掩 模层的剥除技术(负片掩模层表示其中我们不想有该材料) 来形成。
该薄金属层或薄膜53设置作为该金属衬底层60的晶种 材料。该薄金属膜53可与该金属衬底层60相同或不同材料, 只要可利用电化学沉积或无电化学沉积将该金属衬底层60 电镀于该薄膜53的顶端上即可。
虽然本发明已通过举例及参照优选实施例加以叙述,应该了解 本发明并非限制于此。相反地,应包括各种修改与类似排列及方法, 且因此所附权利要求书的范围应赋予最广义的解释,以包括所有各种 修改与类似排列及方法。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种发光二极管的制造方法,包括:
在承载衬底上形成多层磊晶结构;
在所述多层磊晶结构至少一部分的上方,形成钝化层;
在所述多层磊晶结构及钝化层上沉积至少一层金属衬 底的金属层;
移除所述承载衬底。
2、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述承载衬底包括蓝宝石。
3、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述金属层的沉积包括电化学沉积。
4、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述至少一层金属层的沉积包括在沉积金属晶种层后,进行 一或更多无电化学沉积。
5、如权利要求1所述的发光二极管的制造方法,其中 所述金属层的沉积包括利用化学气相沉积(CVD)、等离子体 加强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层 沉积(ALD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、蒸镀及等离 子体喷涂其中之一来施加。
6、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
在所述承载衬底上沉积多层磊晶结构;
在所述多层磊晶结构上沉积一或多层第一金属层;
使用蚀刻在所述磊晶结构中定义一或多个台面(mesa);
在至少包括一部分台面的所述磊晶结构上,形成一或多 层非导电层;
移除所述非导电层的一部分;
在所述非导电层的其余部分上沉积至少一或多层第二 金属层,以形成金属衬底;以及
移除所述承载衬底。
7、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述承载衬底包括蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅及砷化镓其 中之一。
8、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述多层磊晶结构包括:
n型GaN或AlGaN层;
一或多个具有InGaN/GaN层的量子阱;以及
p型GaN或AlGaN层。
9、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 在所述多层磊晶结构上的所述多层第二金属层包括氧化铟 锡(ITO)、、Al、Cr、Pt、Ni、Au、Mo、W、耐火金属,或 其合金至少其中之一。
10、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,包括 介于所述多层磊晶结构与所述第一金属层间的掺杂半导体 层。
11、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述台面(mesa)通过聚合物及/或蚀刻用的硬性掩模加以定 义。
12、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述非导电层包括SiO2、Si3N4、类金刚石薄膜、非导电性金 属氧化物成分,或陶瓷成分其中之一。
13、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述非导电层部分的移除,包括剥除、湿式或干式蚀刻,以 暴露出该第一金属层其中之一。
14、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 其中沉积所述第一或第二金属层包括物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)、等离子体加强CVD(PECVD)、蒸镀、离 子束沉积、电化学沉积、无电化学沉积、等离子体喷涂或喷 墨沉积。
15、如权利要求14所述的发光二极管的制造方法,其 中,沉积所述第一或第二金属层,包括使用电子束沉积。
16、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中 所述第二金属层其中之一包括:铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、 在氮化钽上的铜、钼(Mo)、钨(W),或金属合金。
17、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中, 沉积所述第二金属层包括沉积金属晶种层,并通过电化学电 镀或无电化学镀在所述晶种层的顶部上形成一或多层附加 金属层。
18、如权利要求17所述的发光二极管的制造方法,其 中所述金属晶种层包括铜、钨、金、镍、铬、钯、铂或其合 金。
19、如权利要求17所述的发光二极管的制造方法,其 中所述附加金属层其中之一,包括铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 铝(Al)或其合金。
20、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中, 所述非导电层至少其中之一为钝化层。
21、如权利要求20所述的发光二极管的制造方法,其 中所述钝化层包括非导电性金属氧化物(氧化铪、氧化钛、 氧化钽)、二氧化硅、氮化硅或聚合物材料。
22、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,包括 以湿式蚀刻、化学机械研磨(CMP)或干式蚀刻来移除所述 钝化层的一部份。
23、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,还包 括在所述第二金属层上沉积最终金属,所述最终金属包括铜 (Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、锌(Zn)或其合金其 中之一。
24、如权利要求6所述的发光二极管的制造方法,其中, 所述承载衬底的移除包括使用激光、化学机械研磨(CMP)、 湿式蚀刻及离子注入至少其中之一。
25、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
在所述承载衬底上沉积多层磊晶结构;
使用蚀刻在所述磊晶结构中定义一或多个台面(mesa);
在包括至少一部分所述台面的所述磊晶结构上形成一 或多层非导电层;
移除所述非导电层的一部分;
在所述非导电层的其余部分沉积一或多层金属层;以及
移除所述承载衬底。
26、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中所述承载衬底包括蓝宝石。
27、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中所述台面(mesa)使用聚合物及/或蚀刻用的硬性掩模加以 定义。
28、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中,所述非导电层至少其中之一为钝化层。
29、如权利要求28所述的发光二极管的制造方法,其 中所述钝化层包括非导电性金属氧化物、二氧化硅、氮化硅, 或聚合物材料其中之一。
30、如权利要求29所述的发光二极管的制造方法,包 括以湿式蚀刻、化学机械研磨(CMP)及干式蚀刻至少其中 之一来移除所述钝化层的一部分。
31、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中,沉积所述金属层包括通过电化学电镀或无电化学镀在晶 种层的顶部上形成一或多层附加金属层,所述晶种层包括 铜、钨、金、镍、铬、钯、铂或其合金其中之一。
32、如权利要求31所述的发光二极管的制造方法,包 括在镜面层的顶部上形成晶种层,所述镜面层包括利用物理 气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体强化 CVD(PECVD)、蒸镀、离子束沉积其中之一所沉积的Ag、Al、 Ti、Cr、Pt、Pd、Ag/Pt、Ag/Pd或Ag/Cr。
33、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中,沉积所述一或多层金属层包括在金属晶种层上沉积附加 金属层。
34、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中所述承载衬底的移除包括利用激光剥除(LLO)技术。
35、如权利要求25所述的发光二极管的制造方法,其 中移除所述承载衬底包括利用干式蚀刻、化学移除技术、或 化学机械移除技术至少其中之一。
36、一种发光二极管的制造方法,包括:
设置承载衬底;
沉积多层磊晶结构,其具有p-节点、多重量子阱(MQW) 及n-节点;
在所述多层磊晶结构上沉积一或多层第一金属层,所述 第一金属层电耦合到所述p-节点;
以蚀刻在所述多层磊晶结构中定义一或多个台面;
在包含至少一部分所述台面的所述磊晶结构上形成一 或多层非导电层;
移除所述非导电层的一部份;
沉积一或多层第二金属层,其在所述非导电层其余部分 上电耦合到所述第一金属层其中之一,以形成金属衬底,其 中所述第二金属层其中之一与所述n-节点及MQW电绝缘;
移除所述承载衬底。
37、一种n-GaN在上发光二极管(LED)晶圆的制造方 法,包括:
设置承载衬底;
在所述承载衬底上沉积n-GaN部分;
在所述n-GaN部分上沉积一或多层活性层;
在所述活性层上沉积p-GaN部分;
在所述p-GaN部分上,沉积一或多层金属层;
在所述第一金属层上施加掩模层;
依照所述掩模层蚀刻部分所述第一金属层、所述p-GaN 层、所述活性层及所述n-GaN层;
在所述第一金属层、所述p-GaN、所述活性层及所述 n-GaN层的其余部分,沉积钝化层;
移除在所述钝化层的一部分,以暴露所述第一金属层的 其余部分;
沉积一或多层第二金属层,以形成金属衬底;
移除所述承载衬底以暴露所述n-GaN部分。
38、如权利要求37所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述n-GaN在上LED晶圆实质上平滑且平坦。
39、如权利要求38所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述n-GaN在上LED晶圆具有小于10000的表 面粗糙度。
40、如权利要求37所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述承载衬底为蓝宝石。
41、如权利要求37所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中沉积所述第二金属层以形成所述金属衬底,包括 使用下列方式至少其中之一:电化学电镀、无电化学镀、溅 镀、化学气相沉积、电子束蒸镀及热喷涂
42、如权利要求37所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述金属衬底包括下列至少其中之一的金属或金 属合金:铜、镍、铝、Ti、Ta、Mo及W。
43、如权利要求37所述的n-GaN在上LED晶圆的制造 方法,其中所述承载衬底以激光剥除(LLO)、湿式蚀刻及化 学机械研磨(CMP)其中之一来移除。
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