用於製造垂直結構的複合半導體器件的方法
2023-05-13 15:51:31 1
專利名稱：用於製造垂直結構的複合半導體器件的方法
技術領域：
本發明涉及製造具有頂部和底部接觸結構的垂直結構的複合半導體器件。
背景技術：
傳統地，使用絕緣藍寶石襯底製造包括發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、異質結雙極電晶體(HBT)、高電子活動度電晶體(HEMT)的大多數GaN-基半導體器件。結果，由於必須形成頂部n-接觸物以與頂部p-接觸物形成電連接，因此用絕緣襯底構成的器件結構典型地被構造成橫向結構(lateral structure)。
這種結構引起了多個器件性能問題，例如電流擁擠(currentcrowding)和對靜電放電(ESD)的弱阻抗。當需要高電流注入用於使用高功率白色LED或者藍色/UV LD的發光應用時，電流擁擠會變得很嚴重。由於在此類器件中電子被限制在n-型電極附近，因此光電器件中的光子生成相對於增加的電流注入受到限制。換句話說，功率效率受損。這是當前在市場上可用的橫向器件的一個嚴重缺陷。
ESD問題被認為是一個嚴重問題，尤其是當GaN-基LED被用於高電壓環境中(比如，用於汽車應用)時。一旦在器件表面發生靜電放電，則橫向器件經受電荷堆積，這經常導致器件在非常短的期間內失效，這是因為由於絕緣襯底而在器件中沒有放電路徑。
具有絕緣襯底(例如藍寶石)的橫向器件的另一個嚴重缺點是不良的熱消散。眾所周知，藍寶石是不良的熱導體。因此，當器件經歷高電流注入模式時，器件壽命大大縮短。這兩個缺點是GaN-基LED和LD以及藍色/UV LD進一步發展的主要障礙。
從產品成品率(production yield)的觀點出發，橫向結構器件也有很多缺點。如圖1所示，因為p電極和n電極均放置在同一個平面中，因此用橫向結構構造的器件需要大器件尺寸。因此，器件數量由於橫向器件需要的晶片基板面(real estate)的數量而受到限制。
除了上面提出的問題，眾所周知，藍寶石襯底材料是第二硬的材料，僅次於金剛石。這在晶片研磨和拋光過程中產生困難。此外，還難以從晶片分離器件。因此，即使直到前面的製造過程還可以期待高器件產出率，但最終的器件製造產量主要依賴於包括研磨(lapping，搭接)、拋光、以及管芯分離的後續製造過程。
如圖2所示，近來，垂直結構的GaN-基複合半導體已經有了新的發展。已經引入雷射剝離處理以從GaN外延層去除藍寶石襯底。一些技術已經用導電或半導電第二襯底來代替絕緣藍寶石襯底，以使用具有對藍寶石透明的波長(典型的在UV範圍內)的準分子雷射器來製造垂直結構的器件。應當注意，在通過雷射剝離去除藍寶石襯底後，大多數其它技術利用晶片粘合技術以永久粘合到第二襯底。
然而，這些技術還沒有產生用於VLED(垂直LED)的大規模生產的實用晶片級雷射剝離處理。兩個主要原因是由於支承晶片和外延層之間的粘合層(bonding adhesive layer)的分層引起的大面積雷射剝離的困難。另一個問題是，由於在雷射剝離後整個晶片表面的外延層表面不平，因此存在外延層和永久第二襯底之間的晶片粘合的困難。由於這些原因，雷射剝離後的最終成品率受到極大阻礙，結果，根據其它技術只有小部分的晶片被製造用於垂直結構器件。
已經做出其他努力以克服製造VLED的晶片粘合問題。代替使用晶片粘合方法，圖3中示出的一種其它技術附加了金屬支承物。然而，眾所周知，由於粘結層(bonding layer)和支承結構分層，因此雷射剝離成品率非常低。如果粘合不是足夠的牢固以經得起高能雷射衝擊波，則在雷射剝離後，GaN外延層可能彎曲或破裂。一旦GaN外延層存在彎曲或破裂，則難以執行諸如清洗、脫膠、和器件分離的後續雷射剝離處理。因此，即使其它加工成品率可以保持非常高，但是最終器件加工成品率卻變得非常低。這些問題主要歸因於使用的臨時晶片粘合技術和非優化的雷射處理技術。
如圖3所示，基於另一種技術的傳統垂直器件的另一個問題是不良的器件性能。由於經常在藍寶石襯底上使用噴砂處理(sandblasting)來產生均勻的雷射束能量分布，因此GaN表面在雷射剝離後非常粗糙，這導致器件的不良反射率。另外，形成在n-GaN層上的金屬反射層達不到非金屬反射材料(例如ITO)的高度。
因此，需要一種用於製造垂直結構的複合半導體器件的方法，其能夠提供可靠和可重複的雷射剝離處理同時獲得高器件性能，以將雷射剝離處理應用於垂直結構的器件的製造。
發明內容
本發明提供了一種用於製造新型垂直結構的複合半導體器件的改進的技術，其使用改進的雷射剝離處理用於GaN-基複合半導體器件的大規模生產。本發明的一個方面採用雙粘合處理用於臨時粘接到支承晶片，並且除使用具有一定外延厚度晶片的GaN初始緩衝層之外，還使用AlGaN緩衝層，以確保可靠和可重複的雷射剝離處理。
在一個實施例中，本發明描述了一種製造方法，用於通過優化雷射剝離處理和金屬化處理來構造垂直結構的複合半導體用於大規模生產。第一，為了防止在雷射剝離期間聚合體-基粘合劑的熱損傷，除了傳統的GaN或者AlN緩衝層之外，還使用充當擴散阻擋物(diffusion barrier)的AlGaN緩衝層和厚GaN外延層(＞5μm)。第二，使用雙粘合技術，以減少由高能雷射衝擊波引起的損傷，並有助於使脫膠處理變得容易。第三，在GaN外延層和厚金屬支承層之間設置銦錫氧化物(ITO)薄膜，以獲得垂直器件的高效率的光性能和電性能。最後，使用分級的Cu合金-基厚金屬支承層，以獲得垂直器件的良好的機械支承、高電導率、以及良好的熱消散。
本發明的優點包括製造適於大規模生產的高可靠性和高成品率的垂直結構的LED。本發明在雷射剝離處理之前使用雙粘合處理，以使外延層和支承晶片在雷射剝離後易於分離，並使用AlGaN阻尼層預防雷射束的高能衝擊波。該附加緩衝層減少了由照射在薄外延薄膜上的高能雷射束引起的破裂的產生。
參考以下的附圖對本發明進行描述，其中圖1示出傳統橫向結構的GaN-基LED，其中，兩個金屬接觸物形成在器件的頂部；圖2是根據另一傳統技術的垂直結構的GaN-基LED，其中，在去除原始藍寶石襯底後，使用金屬粘結層將GaN薄膜粘合到第二襯底(諸如Si、GaAs等)上；
圖3是根據另一傳統技術的垂直結構的GaN-基LED，其中，在去除原始藍寶石襯底後，將厚金屬層沉積到GaN薄膜上代替晶片粘合；圖4是根據本發明的垂直結構的GaN-基LED，其中，AlGaN第二緩衝層被添加到初始GaN/AlN緩衝層和中間Au層，並且在去除原始藍寶石襯底後，將厚銅合金層沉積到ITO(銦錫氧化物)接觸層；圖5示出在雷射剝離之前，使用膠/環氧樹脂雙粘附層附著到藍寶石支承晶片上的GaN-LED晶片；圖6示出使用擴散板穿過藍寶石襯底的雷射；圖7示出在雷射剝離後去除藍寶石襯底；圖8示出去除Ga滴和清洗表面，以及形成透明ITO反射層/接觸層；圖9示出在ITO接觸層上沉積Au中間層和厚銅合金金屬支承層；圖10示出脫膠粘附膠/環氧樹脂層以及去除藍寶石支承物；圖11示出通過化學或者雷射劃片進行器件分離；以及圖12示出根據本發明的實施例的最終垂直器件結構。
具體實施例方式
根據特定方法、技術、器件結構、和實施例對本發明進行描述。本領域內的技術人員將會發現，該描述用於說明以及提供實施本發明的最好的模式。此外，參數、厚度、溫度等被提供用於描述用於實施本發明的最好的模式，並不用於限制本發明。
圖4至圖12示出根據本發明的使用雷射剝離處理製造垂直結構的GaN-基LED 100的過程。本實施例使用雷射剝離處理來去除原始襯底，然後使用金屬沉積處理，以形成金屬襯底用於機械支承和電傳導。本發明中描述的製造方法不限於LED，而是能夠擴展到包括生長在絕緣襯底的GaN-基外延薄膜的任何器件結構，例如，雷射二極體(LD)、異質結雙極電晶體(HBT)、高電子活動電晶體(HEMT)。這些應用是示例性的，因為還可以進一步理解，本發明能夠應用於另外的或其它的材料。
如圖5所示，GaN-基LED結構150A-150F生長在帶有適當外延生長設備(諸如金屬有機化學氣相沉積(MOCBVD)、分子束外延(MBE)、或者氣相外延(VPE)等)的藍寶石晶片200上。與其中單層GaN或者AlN是公用緩衝層的傳統技術相反，除了GaN或AlN緩衝層116之外，本發明還使用AlGaN緩衝層114。AlGaN層114用於創建熱障(thermal barrier)。在雷射剝離處理期間，在GaN外延層和粘合層之間交界處，溫度可增加到250C。因此，由於熱積累，在雷射剝離期間，聚合體-基粘附層很可能會損壞GaN外延層並且與其反應，這使得難以在脫膠處理期間去除熱損壞的粘合劑。本發明使用AlGaN有助於減少粘合劑損壞，因此提高器件產品成品率。另外，將總外延層的厚度設置到一定厚度，以防止在GaN/粘合劑交界處溫度升高。有利地，為了將界面溫度維持在200C以下，將外延層厚度選擇為大於5μm。為了實現此目標，n-GaN層生長超過4μm厚。可以理解其它的厚度和溫度變化。
外延生長之後，製造處理包括在GaN外延層上執行金屬化和鈍化層形成，以形成金屬接觸件並提供保護層。特別地，如圖5所示，從GaN LED層通過藍寶石襯底形成溝道160。以這種方式設計溝道，以減輕在雷射剝離期間GaN外延層116和藍寶石襯底200之間的壓縮應力，這樣，使得GaN外延層在雷射剝離期間的破裂或彎曲最小化。溝道尺寸被設計成同雷射束光斑大小(比如7×7mm)一樣，以減輕在雷射剝離處理期間產生的衝擊波。溝道有利地窄於約100μm寬，並以小於2μm延伸到藍寶石襯底中。溝道有利地使用反應離子刻蝕來形成，優選地是Ar和Cl2或BCl3氣體混合物的感耦等離子體反應離子刻蝕(ICP RIE)。在完成製造處理後，藍寶石襯底的背面在雷射剝離前被研磨和拋光，以獲得平滑的表面。
再次參見圖5，為了在通過雷射剝離去除藍寶石襯底之後保持非常薄的GaN外延薄膜，完全處理過的具有藍寶石襯底200的GaN-基LED晶片被粘合到臨時的支承晶片。在本發明中，使用膠220和環氧樹脂230的兩層臨時粘結劑。使用雙粘合技術有兩個原因。第一個原因是，減少由高能雷射束的衝擊波產生的損害。如果粘合很薄或者很弱，則在雷射剝離後GaN外延層經常由於雷射束衝擊波而產生大量的破裂和彎曲外延層，這極大地降低了雷射剝離處理成品率。第二個原因是，通過使用具有溶劑可溶的超級膠的第一粘結層和具有高粘結強度和較高衝擊波阻抗的第二層，有助於使脫膠處理變得較容易。因為超級膠對衝擊波具有弱粘結強度和阻抗，因此將SU-85環氧樹脂塗於第一超級膠粘結層。由於同超級膠相比，Su-8對衝擊波具有更高的粘結強度和更大的阻抗，因此Su-8一旦被完全固化則難以將其去除。
通過使用多重旋轉的旋塗(spin coating)來塗超級膠層，以使超級膠層的厚度維持在約30μm的厚度。在超級膠粘合後，使用旋塗以厚於約20微米的厚度在超級膠層頂部塗SU-85。用UV燈通過藍寶石支承晶片210來固化SU-85。由於SU-85由UV光固化，因此使用UV光透明的藍寶石支承物對固化SU-85環氧樹脂是有用的。提供臨時晶片粘合的如下詳細處理步驟用於闡明最好的模式。
超級膠粘合處理(在GaN/藍寶石晶片200上)；1.將GaN/藍寶石晶片浸泡在丙酮中，然後浸泡在異丙醇中，用N2吹乾。
2.將GaN/藍寶石晶片浸泡在DI(去離子的)H2O中，用N2吹乾。
3.塗超級膠到晶片中心的約1/3到1/2處。
4.加速旋轉塗布機到2000rmp(1～2秒)並立即減速到零。
5.檢查完全覆蓋；如果沒有被完全覆蓋，則用超級膠填充空區域並重複步驟4。
6.一旦晶片被超級膠完全覆蓋，加速到2000rpm並保持30秒。
7.減速到零並停止。
8.內層固化2分鐘。
9.重複步驟3到9以獲得5個塗層。
10.在建議時間內固化超級膠(過夜固化)。
SU-85粘合處理(在藍寶石支承晶片210上)；1.將藍寶石支承晶片浸泡在丙酮中，然後浸泡在異丙醇中，然後浸泡在DIH2O中，用N2吹乾2.脫水烘乾藍寶石支承晶片和塗布有超級膠的GaN/藍寶石晶片
2.1用熱盤在120C加熱支承晶片10分鐘2.2從熱盤移開，並冷卻2分鐘3.用注射器注射SU-85到藍寶石支承晶片(拋光面)或者GaN/藍寶石晶片(超級膠面)4.在SU-85滴的上部放置其它晶片，並允許自然地散布環氧樹脂5.用鑷子施加緩和的壓力；過量SU-85從周圍擠出，其隨後可以用刀片或者晶片切邊器很容易地去除6.軟烘乾以去除溶劑6.1.對於1/4晶片(在熱盤上)6.1.1.70C-2.5分鐘6.1.2.90C-5分鐘6.1.3.70C-2分鐘6.1.4.在潔淨的表面上冷卻6.2對於1/2到整個晶片(在熱盤上)6.2.1.70C-2.5分鐘6.2.2.90C-10分鐘6.2.3.70C-2分鐘
6.2.4.在潔淨的表面上冷卻7.UV曝光7.1使用均勻的UV源(諸如光刻機的UV燈)7.1.1.強度在沒有藍寶石支承晶片的SU85上為7～7.5mW/cm2。
7.1.2.強度在未拋光的藍寶石支承晶片上為5.0mW/cm2。
7.2.15μm厚的薄膜需要約200mJ/cm2劑量(在此強度為40秒)7.3.在薄膜較厚的情況下曝光120秒(或20分鐘的最大值曝光)8.硬烘乾，用於增加SU85和超級膠之間的交聯8.1.1.70C-1分鐘8.1.2.90C-2分鐘8.1.3.在清潔的表面上冷卻參見圖6，使用248nm的KrF紫外線(UV)準分子雷射器用於雷射剝離。該示例性雷射器的脈衝持續時間是38ns。選擇此波長的原因在於，為了在GaN/藍寶石界面處將GaN分解成金屬Ga和氣體氮(N2)，雷射應該能夠傳輸穿過藍寶石，並在GaN外延層中被吸收。選擇具有7×7mm方束的雷射束，並且光束功率密度在600～1,200mJ/cm2之間。還發現所需的雷射束能量密度強烈地依賴於藍寶石襯底表面的表面粗糙度。為了在雷射剝離後獲得光滑的GaN表面，使用高於800mJ/cm2的光束能量。可以理解，可以改變這些參數以獲得好的結果。
基於上述的經驗，發現藍寶石襯底的表面粗糙度是用於在雷射剝離後獲得光滑的GaN表面的一個重要過程參數。如果在雷射剝離期間使用未拋光的藍寶石表面，則GaN表面非常粗糙，這導致在形成最終器件後由於粗糙表面的不良反射率引起的LED器件的不良光輸出。然而，如果使用拋光表面，則能夠獲得非常光滑的GaN表面，因此能獲得較高的光輸出。然而，由於雷射束局部的在拋光的藍寶石表面上，則同具有較小的雷射束能量的區域相比，用較高的雷射束能量照射的區域通常導致在GaN表面的破裂。因此，為了獲得高產量的雷射剝離處理並同時獲得高器件性能，選擇藍寶石晶片的最佳表面粗糙度是重要的。根據傳統的技術，噴砂處理通常用於在拋光的藍寶石表面獲得均勻雷射束分布，然而，噴砂處理非常不可靠並且不可重複以每次獲得相同的表面粗糙度。本發明中，在雷射束和藍寶石襯底之間放置用對248nm的UV雷射透明的材料製成的擴射板，以在藍寶石表面獲得均勻雷射束功率分布，從而提高雷射剝離處理產量。擴射板的表面粗糙度rms(均方根)優選地設置為小於30μm，並且使用藍寶石用於擴射體。
如圖7所示，雷射剝離後，在雷射剝離期間由GaN分解產生的過量Ga滴用HCl溶液(HCl∶H2O＝1∶1，室溫)或者煮沸的HCl蒸汽清洗30秒。由於Ga在室溫融化，因此Ga在雷射剝離期間以液態形成，並且能夠容易地用酸溶液清洗掉。用酸清洗過的GaN表面進一步用幹刻蝕清潔，有利地使用感耦反應離子刻蝕(ICP RIE)。為了製造原子平坦表面，還對剝離的n-GaN表面執行ICP拋光。由於使用如圖8所示的較高反射表面可增加光輸出，因此平坦表面對於產生隨後被沉積的反射結構的高反射率是重要的。
對於增加光提取和改善垂直結構器件的電氣性能而言，獲得良好的光學反射率和電接觸特性是重要的。為了滿足這些需要，優選地使用ITO(銦錫氧化物)薄膜用於圖8所示的n-接觸層和反射層。即使ITO是透明的非金屬接觸物，其能夠形成到n-GaN的良好n-型接觸，這可以與用於其它技術的Ti/Al相提並論。此外，ITO薄膜的高反射率用於形成垂直結構的反射器是理想的。眾所周知，ITO的反射率超過90％，而傳統技術使用的金屬薄膜的最好反射率已知最大的是60～70％。使用電子束蒸發在清潔的n-GaN表面沉積透明的導電和反射ITO薄膜。ITO薄膜厚度選擇在75～150nm範圍內，以獲得最佳反射率。
為了製造具有帶有厚、軟金屬薄膜支承層(～100μm)的薄、硬GaN外延層(小於10μm)的垂直結構的器件，如圖9所示，在兩層之間形成中間層120以減少可能積累在GaN外延層150和金屬層122-126之間的交界處的壓縮應力是重要的。設置中間層120的另一個原因是，金屬中間層比直接對非金屬ITO表面執行電鍍產生更好的電鍍特性。在不從真空室去除晶片的情況下，使用電子束蒸發器將大約1-μm厚的金(Au)薄膜120連續地沉積到ITO表面118上。在原位置的連續層沉積對防止汙染是有用的，其對在ITO和Au層之間形成良好的薄膜粘附是重要的。為了進一步改善ITO和Au之間的粘附，在ITO和Au層之間沉積30～50nm厚的Cr粘附層。
在圖9中，通過電鍍或無電鍍(electroless plating，也稱化學鍍)沉積厚金屬支承層120-126。使用電鍍或者無電鍍，這是因為同傳統的沉積方法相比，其是一種快速和廉價的沉積技術。在成本效率方面，這對於垂直結構的器件的大規模生產是重要的。支承層的主要功能在於，支承層120-126不僅為薄GaN外延層提供良好的剛性機械支承，而且還提供良好的電傳導和熱消散。為了滿足這些需要，在Au/Cr粘附層上沉積分級的Cu合金層。
在Cu合金層之前沉積第一Au緩衝層120。Au層120能夠通過諸如真空蒸發等技術來形成。沉積Au層120以提高現有層和Cu合金層之間的粘附度。電鍍初始的硫酸鹽-基軟銅層，以逐漸軟化由於厚金屬層引起的應力積累。將初始的軟Cu合金層厚度設置到～10μm。將鍍覆速率設置到3～5μm/小時，以形成密集和均勻的Cu鍍層。靠近軟Cu層122電鍍硬Cu層124以提供結構剛度。硬Cu鍍的鍍覆速率高達20μm/小時。對於Cu合金鍍來說，含有錫(Sn)和鐵(Fe)的金屬合金的鍍溶液和Cu硫酸鹽溶液混合，以提高Cu支承層的機械強度和電導率。Cu合金支承層的總厚度是70～90μm(圖9)。在Cu合金鍍結束時，電鍍了0.5～1μm厚的Au層，以防止Cu合金層被氧化。在用於封裝垂直器件的晶片粘合處理和引線接合處理期間，Au保護層126對於在單個晶片和金屬-基環氧樹脂之間獲得良好的粘附是重要的。
厚金屬沉積之後，使用溶劑從GaN/金屬支承晶片將藍寶石支承晶片210去除，並且結果在圖10示出。此脫膠處理包括以下步驟將GaN/金屬晶片浸泡在丙酮中3～5小時，以從支承藍寶石晶片溶解超級膠層。為了使得脫膠處理容易和快速，積累在藍寶石晶片邊緣的過量金屬用機械方法修整，比如修邊器或者刀片。還可以使用化學處理。通過去除過量金屬，溶劑能夠更容易的滲透到超級膠層內部並加速脫膠處理。分離的GaN/金屬晶片在超聲波清潔器中被進一步浸泡並用異丙醇清洗。使用衝洗和乾燥劑用DI水進一步清洗GaN器件表面。
如圖11所示，圖10的晶片被支承在薄膜410上，單個器件通過劃線片切成小方塊，這可以使用化學或者雷射處理來執行。圖12示出根據本發明的實施例的最終垂直器件結構。結果是相對於其它傳統製造技術具有高產量的高質量雷射二極體。
本發明的優點包括製造適於大規模生產的具有高可靠性和高產量的垂直結構的LED。本發明在雷射剝離處理之前使用雙粘合處理，以便在雷射剝離後容易分離外延層和支承晶片，並使用AlGaN阻尼層來預防雷射束的高能衝擊波。這個附加的緩衝層減少了由照射薄外延薄膜的高能雷射束引起的破裂的產生。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種用於製造垂直結構的光電子器件的方法，包括以下步驟在晶體襯底上製造多個垂直結構的光電子器件；使用雷射剝離處理去除所述襯底；以及製造金屬支承結構代替所述襯底。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述製造金屬支承結構代替所述襯底的步驟包括以下步驟使用電鍍或者無電鍍中的至少一種來鍍所述金屬支承結構。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述垂直結構是GaN-基垂直結構，所述晶體襯底包括藍寶石，並且所述金屬支承結構包括Cu。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，所述垂直結構是GaN-基垂直結構，所述晶體襯底包括藍寶石，並且所述金屬支承結構包括Cu。
5.根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在所述光電子器件和所述金屬支承結構之間製造緩衝層。
6.根據權利要求2所述的方法，進一步包括以下步驟在所述光電子器件和所述金屬支承結構之間製造緩衝層。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述製造金屬支承結構的步驟在p-型金屬接觸層或者n-型金屬層接觸表面上執行。
8.根據權利要求2所述的方法，其中，所述製造金屬支承結構的步驟在p-型金屬接觸層或者n-型金屬層接觸表面上執行。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述製造金屬支承結構代替所述襯底的步驟包括以下步驟沉積形成n-接觸物的ITO(銦錫氧化物)層；在所述ITO層上沉積Au緩衝層；以及使用電鍍或者無電鍍中的至少一種，在所述Au層上鍍Cu層。
10.根據權利要求3所述的方法，其中，所述GaN-基垂直結構包括緩衝層，所述緩衝層除了包括GaN或AlN緩衝層，還包括AlGaN緩衝層，以提供熱擴散阻擋物以保護聚合體-基粘合層。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，根據如下規則從所述GaN層通過所述襯底形成溝道a)溝道尺寸大致類似於雷射束光斑尺寸，例如7×7mm，以在雷射剝離處理期間減輕衝擊波；b)所述溝道有利地窄於大約100微米寬，並延伸到所述藍寶石襯底中不深於約3微米；以及c)所述溝道有利地使用反應離子刻蝕來形成，優選地是感耦等離子反應離子蝕刻(ICP RIE)。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，為了減輕衝擊波並易於在雷射剝離之後的脫膠處理期間的分層，根據以下步驟，對在GaN外延層和支承晶片之間的使用諸如超級膠和SU-85環氧樹脂的聚合體-基粘合劑的粘合層進行雙塗布a)使用旋塗來塗超級膠層；b)所述超級膠層厚度為大約30微米厚；c)同樣使用旋塗以厚於20微米的厚度塗所述SU-85；d)用UV燈固化SU-85；以及e)使用UV燈透明藍寶石支承物來固化所述SU-85環氧樹脂。
13.根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟通過在雷射束和所述藍寶石襯底之間設置擴散板，使用由對雷射束透明的材料製成的擴散板，以獲得均勻的雷射束功率分布。
14.根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟在剝離的GaN晶片上執行ICP RIE刻蝕和拋光，其中，所述刻蝕和拋光暴露並製造純n-GaN的原子平坦表面，並且其中，所述平坦表面對產生隨後沉積的反射結構的高反射率尤其有益。
15.根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟使用電子束蒸發在所述結構的底部沉積透明的導電反射層，其中，優選地使用ITO(銦錫氧化物)用於n-接觸層和反射層。
16.根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟沉積軟Cu合金層，以逐漸的軟化由於厚金屬層積累的應力，其中，所述初始軟Cu合金層的厚度設置到～10μm，並且其中，鍍覆速率設置到3～5μm/小時。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟沉積硬Cu層以提供結構剛度，其中，硬Cu電鍍的鍍覆速率高達20μm/小時，其中，對於所述Cu合金鍍，包含錫(Sn)和鐵(Fe)的金屬合金電鍍溶液與Cu硫酸鹽溶液混合，以提高Cu合金支承層的機械強度和導電率，其中，所述Cu合金支承層的總厚度是70～90μm，並且其中，在所述Cu合金鍍結束時，0.5～1μm厚的Au層被電鍍以防止Cu合金層氧化。
18.根據權利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟通過化學或者雷射劃片來切割單個器件。
19.根據權利要求1所述的方法製造的垂直結構的光電子器件。
20.根據權利要求2所述的方法製造的垂直結構的光電子器件。
21.根據權利要求3所述的方法製造的垂直結構的光電子器件。
22.一種包括多個層的垂直結構的光電子器件，包括GaN-基發光二極體和接近其頂部的一個接觸物；ITO(銦錫氧化物)接觸層，設置於晶體襯底上的所製造的垂直結構的雷射二極體的下面；含Au的緩衝層，鄰近所述ITO層；含銅的支承層，鄰近所述Au層。
23.根據權利要求22所述的垂直結構的光電子器件，其中，使用電鍍或者無電鍍中的至少一種構造所述支承層。
全文摘要
一種用於製造垂直結構的光電子器件的方法，包括在晶體襯底上製造多個垂直結構的光電子器件，然後使用雷射剝離處理去除襯底。該方法然後製造金屬支承結構代替襯底。在一方面中，製造金屬支承結構代替襯底包括以下步驟使用電鍍和無電鍍中的至少一種來電鍍金屬支承結構。在一方面中，垂直結構是GaN－基垂直結構，晶體襯底包括藍寶石，並且金屬支承結構包括銅。本發明的優點包括製造適於大規模生產的高可靠性和高成品率的垂直結構的LED。
文檔編號H01S5/323GK1998065SQ200480018620
公開日2007年7月11日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年6月4日
發明者劉明哲 申請人:劉明哲