制作垂直结构发光二极管的方法技术

本发明专利技术提供一种制作垂直结构LED的方法，其中用于外延层生长的衬底是通过抛光而去除的。在典型实施例里使用的抛光技术是化学机械抛光，使用抛光停止点来提供充分水平的平面。在抛光表面之前，抛光停止点被置于多层结构中，抛光停止点材料的硬度大于需要去除的材料的硬度。所以，和激光剥离或传统抛光相比，可以较低成本和较高生产良率来生产垂直结构LED。典型的垂直结构LED是GaN?LED。抛光停止点可以通过机械切割、激光切割或等离子蚀刻来去除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光二极管(LED)的制作方法，特别涉及垂直结构LED的制作方法。
技术介绍
一种常见的制作倒装(flip-chip)发光二极管元件的方法通常包括在一个蓝宝石衬底上沉积多个外延半导体层，以在一个晶圆上制作一个外延半导体结构。从这个外延层就可以制作出多个发光二极管元件。将晶圆切割可以得到单元芯片。然后使用倒装技术将单元芯片连接到一个安装板上。倒装连接过程包括通过将单元芯片上的至少一个电极连接到安装板上至少一个焊盘上，而将单元芯片安装在该安装板上。当前，有一种薄膜型发光二极管元件替代这种倒装型发光二极管元件。与倒装型发光二极管元件相比，薄膜型GaN发光二极管元件有以下优点低热阻、η型层和ρ型层上均勻的电流密度、低成本。在一个薄膜型发光二极管元件上，其外延晶圆直接键合在导电承载衬底上。通过一个激光剥离过程，使用准分子激光器将一个GaN层分离出来，除去蓝宝石衬底，但是保留了活性区。以上所述的除去蓝宝石衬底的激光剥离方法在美国专利6455340，70018Μ和 7015，117里都有描述。现有的用于制作GaN发光二极管的激光剥离方法与传统的半导体过程是不合适宜的，因为它使用了昂贵的激光设备，还会对保留的半导体层产生损坏，比如裂纹。如果激光剥离过程由一个抛光过程代替，比如化学机械抛光(CMP)，那么可以节省大量成本。而且，抛光是一种比较温和的方法，比起激光剥离技术来说，产生较少的损坏。但是，当使用CMP时，如果被抛光的平面太大的话，平面的周边区和中心区之间的不平坦度也会很大。因此，在半导体器件的大批量生产中，几乎不能获得所需的标准的平坦平面，降低了器件的生产良率。
技术实现思路
本专利技术提供一种制作垂直结构LED的方法，其中用于外延层生长的衬底是通过抛光而去除的。在典型实施例里使用的抛光技术是化学机械抛光，使用抛光停止点来提供充分水平的平面。和传统抛光方法相比，该方法克服了平面周边区和中心区之间的大偏差问题。抛光停止点被置于多层结构中，然后抛光表面，抛光停止点材料的硬度大于要去除的材料的硬度。所以，和激光剥离或传统抛光相比，可以较低成本和较高生产良率来生产垂直结构 LED。一种制作化合物半导体垂直结构发光二极管的方法，包括提供第一衬底，其上能支持化合物半导体外延生长。在第一衬底上形成一未掺杂化合物半导体层，然后生长η-掺杂化合物半导体层，形成一个多量子阱活性层。在该多量子阱活性层上形成一 P-掺杂化合物半导体层和电极/反光镜。多个抛光停止点穿过P-掺杂化合物半导体层、活性层，并终止在η-掺杂化合物半导体层或未掺杂化合物半导体层里。形成抛光停止点的材料的硬度大于化合物半导体的硬度。在ρ-电极层上形成一导电的主衬底层，该导电衬底可以是沉积或者键合在结构上。第一衬底和至少一部分未掺杂化合物半导体层被抛光除去，露出至少一部分η-掺杂化合物半导体层，然后在其上形成一 η-电极。在除去第一衬底和未掺杂化合物半导体层后，可以除去抛光停止点。如果抛光停止点材料会吸收光的话，这会提高LED的出光量。在一个典型实施例里，化合物半导体是 GaN型化合物半导体。抛光可以是研磨、精研、抛光或者化学机械抛光(CMP)。附图说明图1显示本专利技术一个实施例的多层化合物半导体的开始结构。图 2 表示台面抛光(mesa polishing)。图3显示钝化的介质生长。图4显示ρ-电极形成。图5表示通过填充沟槽以一硬度材料而形成抛光停止点。图6表示填充沟槽以非导电填充料。图7显示在ρ-电极和介质层上形成一主衬底。图8表示去除衬底并露出η-掺杂层。图9显示在η-掺杂层上形成η-电极。图10表示在器件制作期间去除抛光停止点。图11显示可选地去除非导电填充料。具体实施方式本专利技术提供了一种改进的方法用于制作化合物半导体垂直结构LED。该方法有较高的生产良率、较低的成本、和增强的光输出。本专利技术一个实施例的方法过程概况如图 1-11。在图1中，有一个能够支持外延生长的第一衬底110。典型的衬底材料包括蓝宝石、 硅、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)，当然任何能够支持接下来形成的化合物半导体材料层的外延生长的材料都可以用作衬底110。一个未掺杂的化合物半导体的外延层120如氮化镓(GaN)或氮化铟镓(fe^nN)形成在衬底110上。在此使用的表述“未掺杂的”包括轻掺杂材料，即该材料包含一个掺杂物浓度，在该浓度之下通常用于制作η-掺杂或ρ-掺杂层。尽管GaN或(ialnN是典型材料，但是根据总体期望的LED颜色， 也可以使用其他化合物半导体如hGaP，AlInGaN, AlInGaP, AlGaAs, GaAsP或hGaAsP。一个η-掺杂化合物半导体材料层130形成在未掺杂化合物半导体层120上。在此使用的词语“在…上”意思是指该层在层120上面，但是可以与层120是分开的，中间间隔任意的其他材料层。在一个典型实施例里，层130是η-掺杂GaN。请注意，尽管这里描述了一个η-掺杂化合物半导体材料层，另一个选择是，这里也可以是一个ρ-掺杂化合物半导体。在η-掺杂层130上，形成的是一个多量子阱(MQW)活性层140。多量子阱可以包括交替的η-掺杂GaN和ρ-掺杂GaN层，或者交替的GaN和AlN层；但是其他MQW结构可以包括一个或多个 GaN, AlN, InGaP, AlInGaN, AlInGaP, AlGaAs, GaAsP 或 hGaAsP。尽管为方便起见，所列的这些材料都是定比化合物(stoichiometric compounds)，但是根据期望的带隙，也可以采用非定比化合物。基于与其他选择化合物的兼容性和期望的LED颜色的考虑，可以使用任意MQW结构。在MQW层140上，形成的是一个p_掺杂化合物半导体材料层150。在典型实施例里，这是P-掺杂GaN。但是，当层130是P-掺杂化合物半导体材料时，那么层150就选择是 η-掺杂化合物半导体材料。接下来描述的是如何开始制作垂直结构LED的材料层，沟槽160和沟槽170形成在多层结构里，如图2所示。选择干蚀刻如等离子蚀刻，特别是感应耦合等离子蚀刻，用于形成沟槽160和沟槽170。尽管在附图里所示的沟槽160和170的终止位置是在n_掺杂层 130，但是沟槽也可以终止在未掺杂层120。沟槽160将用于形成抛光停止点，而沟槽170将包含填充材料并用作为器件制作的一个隔开点。在已经形成沟槽160和170后，沉积一钝化材料层180，如图3所示。该钝化材料层 (passivation material layer)覆盖沟槽的壁和底。选择的钝化材料包括氧化硅(silicon oxides)、氮化娃(silicon nitrides)等等。一个ρ-电极形成在ρ-掺杂材料层150上，如图4所示。在一个典型实施例中，ρ-电极是一个多层金属结构，其与P-掺杂材料层形成欧姆接触。其中一个金属层是反光材料如铝或银。这个反光片对从MQW层140发出的光起到镜子的作用。如图5，抛光停止点材料200沉积在沟槽160内。抛光停止点200的材料的硬度要大于所选化合物半导体材料的硬度。满足这个硬度标准的材料包括金刚石、类金刚石膜 (diamond-like carbon)、氮化钛(TiNx本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制作ＧａＮ垂直结构发光二极管的方法，包括：提供第一衬底，其上能支持ＧａＮ外延生长；在第一衬底上形成一未掺杂ＧａＮ层；在该未掺杂ＧａＮ层上形成一ｎ－掺杂ＧａＮ层；在该ｎ－掺杂ＧａＮ层上形成一个多量子阱活性层；在该多量子阱活性层上形成一ｐ－掺杂ＧａＮ层；在该ｐ－掺杂ＧａＮ层上形成一ｐ－电极层，该ｐ－电极配置充当反射镜作用；使用一种硬度大于ＧａＮ硬度的材料，形成多个垂直的抛光停止点，每个抛光停止点穿过所述ｐ－掺杂ＧａＮ层、所述活性层，并终止在所述ｎ－掺杂ＧａＮ层或所述未掺杂ＧａＮ层；在所述ｐ－电极层上形成一导电的主衬底层；抛光除去第一衬底和至少一部分所述未掺杂ＧａＮ层，露出至少一部分ｎ－掺杂ＧａＮ层；和在所述ｎ－掺杂ＧａＮ层上形成一ｎ－电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林立旻，陈家华，郑盛梅，蔡勇，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK