CN1790757A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的发光器件及其制造方法的优点在于，由于LLO(激光剥离)处理中使用由生长方法得到的厚金属膜，空隙的发生率因金属之间的紧密结合而显著降低，从而可以降低裂纹的发生率。另外，本发明的优点在于，用金属填充在由器件分离处理形成的沟槽区中，从而保护了器件并确保了良好的散热。本发明进一步的优点在于，反射膜形成于器件形成薄膜层的倾斜侧壁上，从而可以减少器件侧面的光损失，提高了光性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光器件及其制造方法。
背景技术
通常情况下，用作生长氮化镓(GaN)的衬底蓝宝石(Al2O3)由于其本身在制造使用氮化镓的器件时的非导电性以及低导热性，使得在制造和驱动上述器件的过程中产生了很多的问题。
为了解决这些问题，制造器件时用LLO(激光剥离)处理去除蓝宝石衬底。为了去除蓝宝石衬底，首先要将氮化镓薄膜结合到由具有高传导性和优良导热性的硅(Si)或者砷化镓(GaAs)制成的晶片、或金属板上。
如上所述，如果晶片或者金属板结合到GaAs薄膜上，有可能GaAs薄膜会部分破裂或者在其中产生一些裂纹。
减少氮化镓薄膜的这种破裂和裂纹的扩散的广泛使用的一种方法是蚀刻氮化镓薄膜的一部分并将它结合到蓝宝石的表面上。
然而，由于是在蚀刻以后自然地发生的步骤，氮化镓薄膜结合时产生空隙。因此常常采用以各种材料对孔隙进行填充并随后进行结合处理的方法。
图1a至1e为制造氮化镓器件的常规方法的截面示意图。如图1a中所示，在蓝宝石衬底10的上表面上形成包括多个器件的薄膜层11，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层。
这里，该器件为如发光二极管的器件。
之后，薄膜层11经选择性蚀刻，从而该多个器件11a彼此分离(图1b)。
这时，由于蚀刻处理，器件11a之间被蚀刻的区域变成由器件11a限定和包围的沟槽20。
随后，在各该多个器件11a的顶部形成P金属层12(图1c)。
接着，用粘合材料13将载体衬底14结合于该多个器件的各顶部上形成的P金属层12上(图1d)。
上述载体衬底14由选自包括硅树脂、砷化镓、铜或铝的组中的一种制成。
然后，通过进行LLO处理工序分离蓝宝石衬底10(图1e)。
这里产生了一个问题，由于开槽20内没有填入粘合材料13，所以，因氮化镓和空气之间由LLO处理工序中产生的热量导致膨胀的热膨胀系数不同，如图1e所示，器件上产生了裂纹25。
图2a至2h为氮化镓器件另一种常规加工方法的截面示意图。如图2a中所示，在蓝宝石衬底10的上表面上形成薄膜层11，该薄膜层包括多个器件，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层；
这里，该器件为如发光二极管的器件。
之后，薄膜层11经过选择性蚀刻，各器件彼此分离开来，从而在各器件11a之间通过蚀刻形成沟槽20(图2b)。
随后，在各该多个器件11a的表面上形成P金属层12，沟槽20由易于去除的材料30进行填充(图2c)。
这里，易于去除的材料30是环氧树脂、感光性树脂、聚酰亚胺和电介质中的任何一种。
随后，在各该多个器件11a顶部形成的P金属层12上沉积金属粘合层33，且在载体衬底35的底部上沉积金属粘合层34，然后，通过金属粘合层33，34之间的粘力将P金属层12和载体衬底35粘合到一起(图2d)。
这里，金属粘合层33，34由熔点约在350℃的AuSn制成。载体衬底35置于P金属层12的上表面上，而后以高于金属粘合层33，34的熔点的温度下熔化，从而P金属层12和载体衬底35互相结合在一起。
之后，经LLO处理分离蓝宝石衬底10，并除去沟槽20中填充的材料30(图2e)。
此后，该多个器件11a和沟槽20进行清洁，并通过蚀刻将各该多个器件11a部分去除(图2f)。
这里，该多个器件11a被去除的区域为与形成P金属层12的区域相对的器件区域。
除了该多个器件11a的顶面被部分去除的部分外，形成裹绕该多个器件11a并填充沟槽20的钝化膜18，然后，在该多个器件11a的顶面没有形成钝化膜18的部分上形成N金属层15(图2g)。
随后，经过划片处理和切断处理把多个器件11a彼此分离为件(图2h)。
图3a至3h为氮化镓器件再一种常规的加工过程的截面示意图。在蓝宝石衬底10的上表面上形成包括多个器件的薄膜层11，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层(图3a)。
之后，如中所示，薄膜层11经过选择性蚀刻，该多个器件彼此分离开来，从而通过蚀刻在器件11a之间形成沟槽20(图3b)。
随后，在各该多个器件11a的顶部形成P金属层12，且沟槽20由易于去除的材料30进行填充(图3c)。
这里，易于去除的材料30指的是容易通过蚀刻处理除去的材料。
上述图3a至3c所描述的过程与图2a至2c所描述的过程相同。
其后，在该多个器件11a上形成的填充材料30上和P金属层12顶部沉积晶种金属层40(seed metal layer)，再在晶种金属层40上沉积金属载体层41(图3d)。
之后，经LLO处理分离蓝宝石衬底10，并除去沟槽20中填充的材料30(图3e)。
此后，该多个器件11a和沟槽20被清洁，并通过蚀刻处理，各该多个器件11a被部分去除(图3f)。
这里，该多个器件11a的被去除的区域为与形成P金属层12的区域相对的器件区域。
除了该多个器件11a的顶面被部分去除的部分外，形成裹绕该多个器件11a并填充沟槽20的钝化膜18，然后，在该多个器件11a顶面没有形成钝化膜18的部分上形成N金属层15(图3g)。
随后，经过划片处理和切断处理把该多个器件11a彼此分离成件(图3h)。
上述图2a至2h的第二种方法与图3a至3h的第三种方法所有处理非常相似。与上述第一种方法相比较而言，第二和第三种方法中的沟槽由易于去除的材料进行了填充，且金属层相互粘结以保证紧密结合，显著降低了可能在粘合过程中产生的细微空隙的发生。但是，出现裂纹的问题仍然存在。
发明内容
本发明旨在解决上述问题。因此，本发明的目的在于提供一种发光器件及其制造方法，其中LLO(激光剥离(laser lift off))处理使用由生长过程生成的厚金属膜，空隙的发生率因金属之间的紧密结合显著降低，从而可降低裂纹的发生率。
本发明的另一目的在于提供一种发光器件及其制造方法，其中金属填充在器件的分离过程形成的沟槽区域中，从而保护该器件并确保了良好的散热。
本发明的再一目的在于提供一种发光器件及其制造方法，其中在器件形成薄膜层的倾斜侧壁上形成反射膜，从而可以减少通过部件侧表面的光损失，提高了光性能。
根据本发明实现目的的第一个方面，提供了一种发光器件，包括：具有倾斜侧壁，并包括N半导体层、活性层和P半导体层的器件结构；上述器件结构上形成的P电极焊接层(electrode pad layer)；上述P电极焊接层上形成的反射金属膜；裹绕上述器件结构、P电极焊接层、反射金属膜和反射金属膜顶部的一部分的钝化层；裹绕钝化层的晶种金属层；裹绕晶种金属层和反射金属膜的金属层；和在所述器件结构的底部上形成的N电极焊接层。
根据本发明实现目的的第二个方面，提供了一种发光器件，包括：金属层；在上述金属层上形成的反射金属膜；在该反射金属膜上形成的第一电极焊接层；形成于该第一电极焊接层上，并具有N-GaN层、活性层和P-GaN层的器件形成薄膜；形成于该器件形成薄膜顶部的一部分上的第二电极焊接层；和裹绕该器件形成薄膜及第二电极焊接层侧面的钝化层。
根据本发明实现目的的第三个方面，提供了一种发光器件的制造方法，包括下列步骤：在衬底的上表面上形成包括多个器件的薄膜层，各器件具有N半导体层、活性层和P半导体层；对该薄膜层进行选择性蚀刻，从而该多个器件彼此分离并具有以预定倾斜角相对于衬底倾斜的侧壁；随后在各该多个器件上形成P电极焊接层和反射金属膜；形成裹绕器件、P电极焊接层、反射金属膜和除反射金属膜的顶部部分外的衬底顶面的钝化层，并在反射金属膜透过钝化层暴露的顶部部分上和钝化层上形成晶种金属层；在晶种金属层上沉积金属层；通过LLO(激光剥离)处理将衬底与器件分离；局部蚀刻并去除器件、钝化层、晶种金属层和金属层与衬底接触的区域；在各器件底部形成N电极焊接层；经切割过程将各器件彼此分离。
根据本发明实现目的的第四个方面，提供了一种发光器件的制造方法，包括以下步骤：在衬底的上表面上形成包括多个器件的薄膜层，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层；在薄膜层上顺序沉积P金属层、反射金属膜和金属层；通过LLO(激光剥离)处理将衬底与薄膜层分离；对薄膜层进行选择性蚀刻以将各器件彼此分离；在各该多个器件上形成N金属层，并形成裹绕该多个器件的钝化层；及经由切割处理将各器件彼此分离。
附图说明
本发明上述和其它的目的、特征和优点从下面结合附图对优选实施方式的说明将更为清楚，附图中：
图1a至1e为氮化镓器件常规制造方法的截面示意图。
图2a至2h为氮化镓器件另一种常规制造方法的截面示意图。
图3a至3h为氮化镓器件再一种常规制造方法的截面示意图。
图4a至4i为本发明第一实施例的发光器件制造过程的截面示意图。
图5为根据本发明第一实施例所制造的发光器件截面图。
图6a至6f为本发明第二实施例的发光器件制造过程的截面示意图。
具体实施方式
下文中将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
图4a至4i为本发明第一实施例的发光器件制造过程的截面示意图。在蓝宝石衬底100的上表面上形成的包括多个器件的薄膜层110，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层(图4a)。
这里，薄膜层110的结构与N-GaN层、活性层和P-GaN层一层压一层的发光器件的结构相同。
此外，上述包括各具有N-GaN层、活性层和P-GaN层的多个器件的薄膜层110可以在蓝宝石衬底100或其它材料制成的衬底上形成。
随后，如图4b所示，对薄膜层110进行选择性蚀刻，从而多个器件111彼此分离，并具有各以预定的角度(α)相对于蓝宝石衬底100倾斜的侧壁。
经过图4b所示的分离过程，该多个器件111互相分离，且蚀刻的区域形成沟槽。
优选倾斜角(α)范围是45度至65度。
与垂直切割面相比，这种器件的倾斜切割面有助于材料膜的生长。
此外，如果从光学的角度考虑在器件的倾斜蚀刻面上形成反射膜，则反射膜在该蚀刻面上形成可得到倾斜的反射膜。
因此，从该器件所发射的光经由该反射膜反射而后在器件上方射出。
于是，由于本发明可以减少侧面的光损失，故而提高了光性能。
即，如图4b所示，优选该器件具有N半导体层宽于P半导体层的结构。
接着，在各该多个器件表面上顺序形成电极焊接层120和反射金属膜130(图4c)。
这里，P电极焊接层120形成于薄膜层110的P-GaN层的顶部上。
这时，为了确保电阻性接触，P电极焊接层120由选自包括Ni/Au、Ru/Au、ITO、Pd/Au和Pd/Ni的组的任何一种制成。
这里，Ni/Au指Ni层和Au层顺序上下叠加的电极焊接点。
另外，反射金属膜130由包括铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)和铑(Rh)中的至少一种的合金制成。
随后，除反射金属膜130顶部的部分以外，形成钝化层140以裹绕器件111、P电极焊接点120、反射金属膜130和蓝宝石衬底100的上表面，且晶种金属层150形成在反射金属膜顶部通过钝化层140暴露的部分上和钝化层140上(图4d)。
钝化层140由二氧化硅(SiO2)或四氮化三硅(Si3N4)制成，或者HR(高反射)材料，如二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O3)等，制成。
采用HR膜的钝化不仅保护器件，而且在绝缘器件的同时反射光，从而降低了光学器件的光损失。
另外，晶种金属层150由钽(Ta)、钛钨(TiW)、钽钨(TaW)、铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)和铬(Cr)中的任何一种制成。
此外，晶种金属层150生长为具有30-300μm的厚度，比其它金属层相对厚些，以便保护分离的器件免受LLO处理中产生的应力的影响，并利于散热。
随后，在晶种金属层150上沉积金属层160(图4e)。
之后，通过LLO处理，将蓝宝石衬底100与器件分离(图4f)。
因而，在图4f所示的过程中，金属层160填充于各个器件之间的下凹区域，即沟槽区域中。
其后，对器件111、钝化层140、晶种金属层150和金属层160与蓝宝石衬底100接触的区域进行蚀刻并局部去除(图4g)。
随后，在各器件111上形成N电极焊接层170(图4h)。
最后，经过如划片处理和切断处理的切割过程将各器件111彼此分离开来(图4i)。
如图5所示，通过进行上述方法按照本发明的第一实施例制造的发光器件包括：具有倾斜的侧壁并包括N半导体层、活性层和P半导体层的器件结构112；形成于上述器件结构112上的P电极焊接层120；形成于P电极焊接层120上的反射金属膜130；裹绕器件结构112、P电极焊接层120、反射金属膜130和反射金属膜顶部的一部分的钝化膜140；裹绕钝化层140的晶种金属层150；裹绕晶种金属层150和反射金属膜130的金属层160；和形成于上述器件结构112的底部上的N电极焊接层170。
优选半导体层为为氮化镓(GaN)层。
此外，优选钝化层140具有距所述器件结构、P电极焊接层和反射金属膜的侧面的预定厚度。
图6a至6f为按照本发明第二实施例发光器件制造方法的截面示意图。在蓝宝石衬底100的上表面上形成包括多个器件的薄膜层110，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层构成(图6a)。
之后，薄膜层110上相继沉积作为P电极焊接层的P金属层210、反射金属膜220和金属层230(图6b)。
随后，经过LLO处理蓝宝石衬底100与薄膜层110分离(图6c)。
其后，对薄膜层110进行选择性蚀刻，使得该多个器件彼此分离(图6d)。
此时，在图6c和图6d所示的过程之间，优选进行清洁处理。
随后，在各该多个器件111上形成作为N电极焊接层的N金属层170，并形成裹绕该多个器件111的钝化层180(图6e)。
这里，钝化层180形成在除N金属170之外的暴露区域上，且N金属层170透过钝化层180暴露。
最后，通过划片处理和分断处理将各器件111彼此分离(图6f)。
因此，通过进行上述方法的本发明的第二实施例制造的发光器件包括：金属层230；形成于金属层230上的反射金属膜220；，形成于上述反射金属膜220上的第一电极焊接层210；形成于第一电极焊接层上，具有N-GaN层、活性层和P-GaN层的器件形成薄膜111；形成器件形成薄膜顶部的一部分的第二电极焊接层170；和裹绕上述器件形成薄膜和第二电极焊接层侧面的钝化层180。
如上所述，本发明的发光器件具有如下优点：
1)金属填充在器件的分离过程所形成的沟槽区域中，从而器件可受到保护，并且具有较之传统方法更优良的散热性。
2)由于LLO(激光剥离)处理采用由生长过程生长的厚金属膜，而不是两种异质衬底的结合，故由于金属间的紧密结合显著降低了空隙的发生率，从而降低了裂纹的发生率。
3)在器件分离过程中器件的薄膜层的侧壁形成为倾斜，故很容易在该器件的薄膜层的侧壁上生长另外的材料，且由于该器件的薄膜层的倾斜的切割平面可显著降低光损失。
4)由于不需要额外的粘合过程，整个加工工艺可得到简化。
5)由于不需要用其它材料来填充器件间的蚀刻区域，整个加工工艺可得到简化。
如前文所述，本发明还有一个优点在于，用金属填充在器件分离过程形成的沟槽区中，从而可保护器件并可确保优良的散热。
此外，本发明另一个优点在于，反射膜形成于器件形成薄膜的倾斜侧壁上，故而可减少通过器件侧面的光损失，以提高光性能。
虽然本发明是结合本发明的优选实施例进行描述和说明的，但本发明并不仅限于这些实施例。本领域中的技术人员完全可以理解，在不背离本发明技术范围和精神的情况下，可对本发明作出各种相应修改和变化，因此显而易见，这些修改和变化都应属于本发明所附权利要求确定的保护范围之内。
Claims (15)
1、一种发光器件，包括：
具有倾斜侧壁，并包括N半导体层、活性层和P半导体层的器件结构；
形成于该器件结构上的P电极焊接层；
形成于上述P电极焊接层上的反射金属膜；
裹绕上述器件结构、P电极焊接层、反射金属膜及反射金属膜顶部一部分的钝化层；
裹绕钝化层的晶种金属层；
裹绕晶种金属层和反射金属膜的金属层；以及
形成于所述器件结构底部的N电极焊接层。
2、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述器件结构侧壁的倾斜角度在45度至65度的范围内。
3、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，P电极焊接层由选自包括Ni/Au、Ru/Au、ITO、Pd/Au和Pd/Ni的组中的任何一种形成。
4、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，反射金属膜由包括Al、Ag、Au、Cu和Rh中的至少一种的合金制成。
5、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述器件结构为N半导体层宽于P半导体层的结构。
6、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述钝化层由SiO2、Si3N4、TiO2、SiN、Al2O3或Ta2O3中任何一种制成。
7、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，钝化层形成为从所述器件结构、P电极焊接层和反射金属膜的侧面起具有规定的厚度。
8、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，晶种金属层的厚度在30-300μm的范围内。
9、一种发光器件，包括：
金属层；
反射金属膜，形成于上述金属层上；
第一电极焊接层，形成于上述反射金属膜上；
器件形成薄膜，形成于上述第一电极焊接层上，并具有N-GaN层、活性层和P-GaN层；
第二电极焊接层，形成于器件形成薄膜顶部的一部分上；以及
钝化层，裹绕上述器件形成薄膜和第二电极焊接层的侧面。
10、一种发光器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底的顶部表面上形成包括多个器件的薄膜层，各器件具有N半导体层、活性层和P半导体层；
对薄膜层进行选择性蚀刻将多个器件彼此分离，该多个器件具有各以相对于衬底的预定角度倾斜的侧壁；
在各该多个器件上顺序形成P电极焊接层和反射金属膜；
形成裹绕该器件、P电极焊接层、反射金属膜和衬底的除反射金属膜的顶部以外的顶部表面的钝化层，并在反射金属膜的顶部透过钝化层暴露的部分上和钝化层上形成晶种金属层；
在晶种金属层上镀上金属层；
通过LLO处理将衬底与器件分离；
局部蚀刻，去除器件、钝化层、晶种金属层以及金属层与衬底接触的部分；
在各器件的底部上形成N电极焊接层；以及
通过切割处理将各个器件彼此分离。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，器件结构为N半导体层宽于P半导体层的结构。
12、如权利要求10所述的方法，其特征在于，器件侧壁的倾斜角度在45度至65度的范围内。
13、如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述半导体层由氮化镓形成。
14、如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
15、一种发光器件的制造方法，其步骤包括：
在衬底的顶部表面上形成包括多个器件的薄膜层，各器件具有N-GaN层、活性层和P-GaN层；
在该薄膜层上顺序沉积P金属层、反射金属膜和金属层；
通过LLO处理将衬底与薄膜层分离；
对薄膜层进行选择性蚀刻，将各器件彼此分离；
在各该多个器件上形成N金属层并形成裹绕该多个器件的钝化层；以及
经过切割将各个器件彼此分离。
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