CN100418241C - 垂直结构的半导体芯片或器件的批量生产方法 - Google Patents

垂直结构的半导体芯片或器件的批量生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示垂直结构的高亮度半导体芯片或器件(包括AlGaInP基LED)和低成本高产率的批量生产方法。本发明的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程包括:生长第一类型限制层在生长衬底上,层叠反射/欧姆/应力缓冲层于第一类型限制层上,键合导电支持衬底于反射/欧姆/应力缓冲层上,导电支持衬底与反射/欧姆/应力缓冲层相键合的一面也可以有蚀刻形成的纹理结构,以减低热失配的应力。第一电极层叠在导电支持衬底的另一面上。剥离生长衬底,第一类型限制层暴露。在暴露的第一类型限制层上依次生长发光层、第二类型限制层、电流扩散层、和第二电极。

Description

垂直结构的半导体芯片或器件的批量生产方法
技术领域
本发明揭示垂直结构的半导体芯片或器件(包括高亮度铝镓铟磷(AlGaInP)基半导体发光二极管(LED))及其低成本和高产率的批量生产方法,属于半导体光电子技术领域。
背景技术
大量的努力被投注于垂直结构的半导体芯片或器件,其中垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的生产工艺已很成熟。
美国专利5008718,5376580和5502316揭示生产铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的技术。其基本工艺如下,在生长衬底(例如,砷化镓(GaAs))上生长铝镓铟磷(AlGaInP)外延层(包括发光层),层叠支持衬底,剥离生长衬底,在暴露的外延层上层叠电极。但是,化学剥离生长衬底的过程(例如蚀刻)和机械剥离生长衬底的过程(例如研磨)都会影响外延层(包括发光层)的质量。
因此,为了进一步提高外延层的质量,需要改进的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件(包括高亮度铝镓铟磷(AlGaInP)基LED)的工艺方法。
发明内容
本发明揭示垂直结构的高亮度半导体芯片或器件和低成本高产率的批量生产方法。本发明使用功率型高亮度铝镓铟磷(AlGaInP)基LED作为具体实施实例。
本发明的目的和能达到的各项效果如下:
(1)本发明的目的是提供低成本高产率的批量生产垂直结构的高亮度半导体芯片或器件(包括高亮度铝镓铟磷(AlGaInP)基LED)的方法。
(2)本发明的批量生产方法是在剥离生长衬底后,生长包括铝镓铟磷(AlGaInP)发光层在内的外延层,因此剥离工艺过程不会影响外延层的质量和光电特性。
(3)本发明的反射/欧姆/应力缓冲层层叠在支持衬底和导电外延层之间,提高光取出效率,降低接触电阻,减低热失配产生的应力。
附图说明
图1a至图1d是在先的生产垂直结构的AlGaInP基LED的工艺示意图。
图2是在先的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程图。
图3是本发明的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程图。
图4是本发明的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺示意图。
本发明的新颖性特征是在权利要求中提出,本发明和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
具体实施实例和发明的详细描述
本发明进一步的目的和效果将会从以下的描述和图显现出来。虽然本发明的具体化实施实例将会在下面被描述,下列各项描述只是说明本发明的原理,而
不是局限本发明于下列各项描述。
注意下列各项:
(1)铝镓铟磷(AlGaInP)基LED作为本发明的具体实施实例。
(2)本发明的垂直结构的半导体芯片或器件的发光层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,下列任何二种以上元素,铝(Al),镓(Ga),砷(As),铟(In),磷(P),的二元系,三元系,和四元系,包括,但不限于,砷化镓(GaAs),磷化镓(GaP),铝镓砷(AlGaAs),铝镓铟磷(AlGaInP),等。
图1是在先的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程示意图。外延层(包括发光层)102生长在生长衬底101上(图1a)。层叠反射/欧姆/应力缓冲层103于外延层102上。键合支持衬底104于反射/欧姆/应力缓冲层103上。第一电极105层叠在支持衬底104的另一面上(图1b)。剥离生长衬底101,外延层102暴露(图1c),层叠电流扩散层/第二电极106于暴露的外延层102上(图1d)。
图2展示在先的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程图。
工艺流程201:提供生长衬底,生长衬底的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,砷化镓(GaAs)。
工艺流程202:在生长衬底上生长铝镓铟磷(AlGaInP)外延层(包括发光层)。
工艺流程203:层叠反射/欧姆/应力缓冲层。
工艺流程204:键合支持衬底于反射/欧姆/应力缓冲层上。
工艺流程205:剥离生长衬底,铝镓铟磷(AlGaInP)外延层暴露。
工艺流程206:依次层叠电流扩散层和具有优化图形的电极于暴露的铝镓铟磷(AlGaInP)外延层上。
工艺流程201到206是非常成熟的工艺。
图3展示本发明的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程图。其中,与图2展示的在先的工艺流程相同的工艺流程,采用相同的数字表示。
工艺流程201:提供生长衬底,生长衬底的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,砷化镓(GaAs),等。
工艺流程302:在生长衬底上生长第一类型限制层(不包括发光层),第一类型限制层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,n-砷化镓(GaAs),n-磷化镓(GaP),n-铝镓砷(AlGaAs),n-铝镓铟磷(AlGaInP),p-砷化镓(GaAs),p-磷化镓(GaP),p-铝镓砷(AlGaAs),p-铝镓铟磷(AlGaInP)。
工艺流程203:层叠导电反射/欧姆/应力缓冲层于第一类型限制层上。反射/欧姆/应力缓冲层的作用包括,提高光取出效率、降低接触电阻、减低热失配产生的应力。反射/欧姆/应力缓冲层具有单层或多层结构。反射/欧姆/应力缓冲层的每层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,分布布拉格反射器(DBR),金,铑,镍,铂,钯,铍,铟,锡,镉,银,等金属及其合金和组合,包括,但不限于,镍/金(Ni/Au),钯/金(Pd/Au),钯/镍(Pd/Ni),金铍(AuBe),金锡,等。与第一类型限制层接触的反射/欧姆/应力缓冲层的那一层的材料的选取,应能阻挡第一类型限制层与反射/欧姆/应力缓冲层的其它层或支持衬底之间的互相扩散或反应。层叠导电反射/欧姆/应力缓冲层于第一类型限制层上的方法包括,但不限于,真空蒸镀,真空溅镀,化学镀,电镀,外延生长,等。
工艺流程204:键合导电支持衬底的一面于反射/欧姆/应力缓冲层上。导电支持衬底的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,导电硅衬底,金属及合金,导电磷化镓,等。导电支持衬底的另一面层叠有第一电极。对于与后继生长的铝镓铟磷(AlGaInP)基外延层的热失配较大的导电支持衬底,首先在导电支持衬底的一面上蚀刻纹理结构[中国发明专利申请,申请号:200510008931.7],然后,键合导电支持衬底的有纹理结构的一面于反射/欧姆/应力缓冲层上。
工艺流程205:剥离生长衬底,第一类型限制层暴露。剥离的方法是从一组方法中选出,该组方法包括,但不限于,精密研磨/抛光,蚀刻,或它们的组合。
工艺流程303:热处理,以消除剥离生长衬底造成的应力和损伤。
工艺流程304:第一个具体实施实例:依次生长发光层和第二类型限制于第一类型限制层上。第二个具体实施实例:首先在暴露的第一类型限制层上再生长一层第一类型限制层,然后,在新的第一类型限制层上,依次生长发光层和第二类型限制层。发光层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于,砷化镓(GaAs),磷化镓(GaP),铝镓砷(AlGaAs),铝镓铟磷(AlGaInP)。所述的发光层的结构包括,但不限于,单量子阱,多量子阱,体结构,。
工艺流程206:层叠电流扩散层于第二类型限制层上,层叠第二电极于电流扩散层上。
图4是本发明的生产垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED的工艺流程示意图。第一类型限制层402生长在生长衬底401上(图4a)。层叠反射/欧姆/应力缓冲层403于第一类型限制层402上。键合导电支持衬底404于反射/欧姆/应力缓冲层403上。导电支持衬底404与反射/欧姆/应力缓冲层403相键合的一面也可以有蚀刻形成的纹理结构,以减低热失配的应力。第一电极405层叠在导电支持衬底404的另一面上(图4b)。层叠第一电极405在导电支持衬底404的另一面上的工艺流程可以在键合导电支持衬底404于反射/欧姆/应力缓冲层403上之前,也可以在工艺流程304之后。剥离生长衬底401,第一类型限制层402暴露(图4c)。在暴露的第一类型限制层402上依次生长发光层406、第二类型限制层407、电流扩散层408、第二电极409(图4d)。另一方面,也可以首先在暴露的第一类型限制层402上再生长一层第一类型限制层,然后,依次生长发光层406、第二类型限制层407、层叠电流扩散层408、和第二电极409。图4d展示本发明的垂直结构的铝镓铟磷(AlGaInP)基LED。
虽然上面包含许多具体的描述,但是这些描述并没有限制本发明的范围,而只是提供一些本发明的具体化的例证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定,而不是由上述具体化的详细描述和实施实例决定。

Claims (6)

1. 一种批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,包括下述工艺步骤:
-提供一个生长衬底;所述的生长衬底的晶格常数与所述的半导体芯片或器件的外延层的晶格常数相同或相近,所述的生长衬底的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,砷化镓;
-外延生长第一类型限制层于所述的生长衬底上;第一类型限制层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,n-砷化镓,n-磷化镓,n-铝镓砷,n-铝镓铟磷,p-砷化镓,p-磷化镓,p-铝镓砷,p-铝镓铟磷;
-键合导电的支持衬底的一面于所述的第一类型限制层上,形成键合晶片;所述的导电的支持衬底
的另一面上层叠第一电极;所述的导电的支持衬底的材料是导电磷化镓晶片;
-从所述的键合晶片上剥离所述的生长衬底,使得所述的第一类型限制层暴露;剥离的方法是从一组方法中选出,该组方法包括,精密研磨/抛光,蚀刻,或它们的组合;
-依次外延生长发光层和第二类型限制层于所述的暴露的第一类型限制层上;所述的发光层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,砷化镓,磷化镓,铝镓磷,铝镓铟磷;所述的发光层的结构是从一组结构中选出,该组结构包括,单量子阱,多量子阱,体结构;
-层叠第二电极于所述的第二类型限制层上。
2. 权利要求1的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,进一步包括工艺步骤:在键合所述的导电的支持衬底于所述的第一类型限制层上的工艺步骤之前,层叠反射/欧姆/应力缓冲层在所述的第一类型限制层上,键合所述的导电的支持衬底于所述的反射/欧姆/应力缓冲层上,所述的反射/欧姆/应力缓冲层的作用包括,提高光取出效率、降低接触电阻、减低热失配产生的应力。
3. 权利要求2的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,其中,所述的反射/欧姆/应力缓冲层具有单层或多层结构,每层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括,分布布拉格反射器,金属金,铑,镍,铂,钯,铍,铟,锡,镉,银,及其合金和组合;所述的金属的合金和组合包括,镍/金,钯/金,钯/镍,金铍,金锡;反射/欧姆/应力缓冲层的与第一类型限制层接触的那一层的材料的选取,应能阻挡第一类型限制层与反射/欧姆/应力缓冲层的其它层或支持衬底之间的互相扩散或反应。
4. 权利要求2的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,进一步包括工艺步骤:在键合所述的反射/欧姆/应力缓冲层于所述的导电支持衬底的一面上的工艺步骤之前,首先在所述的导电的支持衬底的一面上蚀刻纹理结构,键合所述的反射/欧姆/应力缓冲层于所述的导电支持衬底的有纹理结构的一面上。
5. 权利要求1的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,进一步包括工艺步骤:在层叠所述的第二电极于所述的第二类型限制层上的工艺步骤之前,层叠电流扩散层于所述的第二类型限制层上,层叠所述的第二电极于所述的电流扩散层上。
6. 权利要求1的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法,进一步包括工艺步骤:在依次外延生长发光层和第二类型限制层于所述的暴露的第一类型限制层上的工艺步骤之前,在所述的暴露的第一类型限制层上再生长一层第一类型限制层,然后,依次生长所述的发光层和所述的第二类型限制层于所述的第一类型限制层上。
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