TWI464913B - 用於固態照明裝置之氮化鎵晶圓基板及相關系統及方法 - Google Patents

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TWI464913B
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Description

用於固態照明裝置之氮化鎵晶圓基板及相關系統及方法
本發明一般而言係關於晶圓製作，且更特定而言係關於用於生長適合用於固態照明裝置中之氮化鎵之一基板、系統及方法。
行動電話、個人數位助理(「PDA」)、數位相機、MP3播放器及其他可攜式電子裝置將固態照明(「SSL」)裝置(例如LED)用於背景照明。SSL裝置亦用於看板、戶內照明、戶外照明及其他類型之一般照明。圖1A係具有側向觸點之一習用SSL裝置10a之一剖視圖。如圖1A中所顯示，SSL裝置10a包含攜載一LED結構11之一基板20，該LED結構具有定位於N型GaN 15與P型GaN 16之間的一主動區域14，該主動區域(例如)含有氮化鎵/氮化銦鎵(GaN/InGaN)多量子井(「MQW」)。SSL裝置10a亦包含位於P型GaN 16上之一第一觸點17及位於N型GaN 15上之一第二觸點19。第一觸點17通常包含一透明且導電材料(例如，氧化銦錫(「ITO」))以允許光自LED結構11逃逸出來。圖1B係其中第一觸點17與第二觸點19彼此相對(例如呈非側向組態之一垂直組態)之另一習用LED裝置10b之一剖視圖。在LED裝置10b之形成期間，類似於圖1A中所顯示之基板20，一基板20初始攜載一N型GaN 15、一主動區域14及一P型GaN 16。將第一觸點17安置於P型GaN 16上，且將一載體21附著至第一觸點17。移除基板20，從而允許將第二觸點19安置於N型GaN 15上。然後倒置該結構以產生圖1B中所顯示之定向。在LED裝置10b中，第一觸點17通常包含一反射且導電材料(例如，鋁)以朝向N型GaN 15引導光。
如下文更詳細論述，SSL裝置之各種元件通常具有不同熱膨脹係數(CTE)。在製造製程中及/或使用期間出現之溫度偏離期間，該等裝置元件之CTE之差可導致元件破裂或分層。因形成用於SSL製造之晶圓之各種元件之熱膨脹係數(CTE)之差，且特定而言，相對於GaN之CTE的藍寶石之CTE，直徑超過四英吋之晶圓可能難以以導致高良率之一方式產生。因此，仍需要改良所得裝置之性能及可靠性且減小與製造此等裝置相關聯之成本及時間之基板。
本發明之實施例一般而言係針對用於生長氮化鎵之基板，及相關系統及方法。氮化鎵可用於形成固態照明(「SSL」)裝置。如下文中所使用，術語「SSL裝置」通常係指具有發光二極體(「LED」)、有機發光二極體(「OLED」)、雷射二極體(「LD」)、聚合物發光二極體(「PLED」)及/或非電燈絲、一電漿或一氣體之其他適合的照明源之裝置。簡言之，該系統之一項實施例包含一支撐基板、形成於該支撐基板上之一中間結構及形成於該中間結構上之一種子材料。將一非晶系及/或至少局部經晶體定向之材料(例如，具有一(111)晶體定向之矽)(例如)藉由電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)安置於該種子材料上。可退火且選擇性地蝕刻該非晶系及/或至少局部經晶體定向之材料以增加具有一(111)晶體定向之晶體之數目。此時，該材料係至少局部經晶體定向，即使其在退火之前係非晶系的。該系統可進一步包含位於該等晶體上方之一磊晶生長之氮化鎵(GaN)材料(例如，一GaN層)。預期，本發明之實施例可藉由消除將一含氮化矽及/或含氮化鎵基板接合至一含氮化鋁基板或經熱裁剪以支撐GaN之其他基板之需要來提供勝於現有方法之優點。替代地，可在一單個基板上在原位形成氮化矽及/或氮化鎵。
本發明之其他系統、方法、特徵及優點將對熟習此項技術者顯而易見或變得對熟習此項技術者顯而易見。為清楚起見，未在以下闡述中闡明闡述眾所周知且通常與所揭示之系統及方法相關聯、但可能不必要地模糊本發明之某些重要態樣之結構或製程之數個細節。此外，雖然以下發明內容闡明本文中所揭示技術之不同態樣之數項實施例，但數個其他實施例可具有不同於本章節中所闡述之彼等組態或組件之組態或組件。因此，所揭示技術可具有帶有額外元件及/或無下文參考圖2至圖8所闡述之元件中之數者之其他實施例。
圖2係根據本發明之一實施例組態之一支撐構件110(例如，一晶圓)之一局部示意性剖面圖解。支撐構件110可包含一支撐基板112。支撐基板112可包含具有促進形成本文中所闡述之額外結構之適合性質之材料。在特定實施例中，針對支撐基板112選擇之材料可包含多晶氮化鋁(pAlN)或針對其熱膨脹特性選擇之另一材料。此等特性包含一熱膨脹係數(CTE)，該熱膨脹係數與隨後形成之GaN材料之CTE近似相同或以其他方式近似或接近隨後形成之GaN材料之CTE。藉由以此方式針對支撐基板112選擇材料，可改良GaN材料之品質、均勻性及/或可生產性。關於適合的支撐基板112及相關方法之態樣之進一步細節係包含於2010年8月23日提出申請且以引用方式併入本文中之共同待決美國申請案第12/861,706號中。
支撐基板112可包含一適合的囊封層111以防止或至少限制材料在隨後製程期間自支撐基板112擴散。囊封材料111亦可經選擇以匹配或接近隨後沈積之GaN之CTE。在至少某些實施例中，囊封材料111包含氮化矽或另一基於矽之化合物。囊封材料111之一外部表面可包含一氧化物113，例如，二氧化矽層。在至少某些實施例中，該二氧化矽可獨自支撐隨後安置之材料。在其他實施例中，圖2中所顯示之一中間結構114可執行此功能。
中間結構114可包含二氧化矽、氮化矽、碳化矽或經選擇以至少部分地補償支撐基板112與隨後安置之材料之間的CTE差之另一適合的材料。因此，中間結構114可在對金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)有用之溫度(例如，自約570℃至約1100℃之溫度)下最小化或至少減小彎曲。在特定實施例中，中間結構114之前述材料可以順序層之形式安置於支撐基板112上。在另一實施例中，中間結構114可包含然後經氧化以產生中間結構114之碳化矽及二氧化矽組合物之碳化矽。可以至少部分地相依於隨後沈積於支撐構件110上之GaN厚度之範圍之一方式選擇此等層之特性，舉例而言，如闡述於於2010年9月9日提出申請且以引用方式併入本文之共同待決美國申請案第12/878,815號中。該等層特性亦可經選擇以提供與隨後製程及/或隨後安置之材料之化學相容性。端視該等製程細節，可組合、消除或移除該等層中之一者或多者。
圖3係根據本發明之一實施例具有一種子材料116(例如，一種子層)及安置於該種子層上之一初始材料117之圖1之支撐構件110之一局部示意性剖面圖解。在特定實施例中，種子材料116包含氮化鋁或安置於中間結構114上之鈦與安置於該鈦上之鎳之一組合。該等前述材料可經由蒸發製程或其他適合的製程安置。初始材料117可包含一非晶系材料及/或一至少局部經晶體定向之材料(在下文中，「經晶體定向之材料」)。初始材料117可藉由熱或電子束蒸發、濺鍍、CVD、PECVD、原子層沈積(ALD)或另一適合的技術安置於種子材料116上。當初始材料117包含一非晶系組份時，該非晶系組份通常並不包含晶體。當初始材料117包含一經晶體定向之材料時，該經晶體定向之材料之微結構包含沿一共同方向定向之至少某些晶體。舉例而言，該經晶體定向之材料可係多晶的(例如，多晶矽)，或可包含具有各種結晶定向之晶粒之一混合物。可使用已知沈積技術來產生具有相對高分率之沿特定方向定向之晶粒之膜。舉例而言，當該經晶體定向之材料包含多晶矽時，可使用此等技術來沈積帶有具有一(111)定向之至少某些晶體之經晶體定向之材料，通常期望此用於支撐具有一(0001)晶體定向之一隨後GaN層。在其他實施例中，舉例而言，若該經晶體定向之材料主要係由一非矽元素組成，則該經晶體定向之材料可具有一高分率之沿非(111)之一方向定向之晶粒，同時仍為具有一(0001)晶體定向之一隨後GaN層提供一適合的支撐。在仍進一步實施例中，該經晶體定向之材料可具有沿支撐具有非(0001)之一晶體定向之GaN之一方向定向之晶粒。在至少某些實施例中，可(例如)以條帶或其他形狀圖案化初始材料117(例如使用一光微影遮罩及蝕刻製程)以增強隨後化學處理之效應。在某些情形下，增強此等效應包含較高速率之再結晶。在此等實施例中之任一者中，如將參考圖4A至4C進一步所闡述，可藉由由物理及化學反應/製程之一組合開發、建立及/或改良初始材料117中之結晶程度。
初始材料117在某些實施例中包含矽，且在特定實施例中僅包含矽。在其他實施例中，初始材料117包含非矽材料，只要其等形成用於GaN生長之一適合的開始層。此等材料包含(但不限於)AlN、SiC、Al2 O3 (藍寶石)及尖晶石。在特定實施例中，初始材料117可包含GaN。然而，在其他實施例中，GaN並不包含於支撐構件110中，直至在稍後參考圖5闡述之製程中將其安置。可經由各種適合的技術(包含熱或電子束蒸發、DC或RF濺鍍、電鍍、分子束磊晶(MBE)、ALD、脈衝雷射沈積(PLD)、旋塗、MOCVD、氫化物氣相磊晶(HVPE)及液相磊晶(LPE))中之任一者將該等材料安置於支撐構件110上。在一特定實施例中，初始材料117包含使用矽烷作為一前驅物氣體在一低壓CVD製程(LPCVD)中沈積之多晶矽。初始材料117在沈積後或在接近於其沈積或放置額外材料或反應物之後可退火及/或可經歷化學反應。所得結構可具有範圍高達一單晶體結構之一增強之或增加之結晶程度。
圖4A係圖3中所顯示之支撐構件110之一局部示意性剖視圖，其中圖3中所顯示之初始材料117經退火以形成一經晶體定向之材料118。因此，即使初始材料117在退火之前包含一非晶系組份，但圖4A中所顯示之退火後經晶體定向之材料118具有沿一共同方向定向之至少某些晶體。若初始材料117已包含一經晶體定向之材料組份，則退火製程導致具有一特定晶體定向之晶體數目或群族增加。舉例而言，當選擇種子材料116及/或中間結構114以有助於具有一(111)定向之晶體之生長時，退火初始材料117可導致額外晶體形成該(111)定向(由圖4A中向上指向之箭頭示意性指示)及/或與該(111)定向對準。典型退火參數包含在自約450℃至約900℃之範圍中之溫度。在至少某些實施例中，該退火製程可包含其中初始材料117之若干個區順序曝露至高溫、從而形成前進穿過材料117之一再結晶「前端」之一區熔再結晶製程。在其他實施例中使用其他退火製程，且在此等實施例中之任一者中，該製程可增加具有該(111)定向之晶體群族，因此促進裝置品質GaN膜之隨後生長。該結晶過程可包含其他技術以進一步增強結晶度，如下文進一步所闡述。
圖4B係圖4A中所顯示之支撐構件110之一局部示意性剖面圖解。在圖4B中，根據本發明之一實施例，經晶體定向之材料118已經歷一較佳蝕刻製程。可使用該較佳蝕刻製程來移除具有一較不期望定向之晶粒，例如，具有非(111)之一定向之晶粒。舉例而言，在KOH中，Si(001)蝕刻甚快於Si(111)蝕刻。該等(111)晶粒可縮小但不完全消失、同時仍給經晶體定向之材料118提供一較大分率之具有該(111)定向之晶體。在此較佳蝕刻之後，可執行退火與化學反應步驟之一組合以改性可在該蝕刻製程期間曝露之經晶體定向之材料118及/或種子材料116之物理及化學性質。該較佳蝕刻可包含選擇性濕蝕刻製程及/或其他製程，諸如氧化製程、擴散製程或相依於或不相依於晶體定向之其他製程。因此，可執行整個較佳蝕刻製程以選擇性地移除具有非(111)晶體定向之晶粒，但該製程可包含不相依於晶體定向之步驟或子製程。
圖4C係根據本發明之一實施例在經晶體定向之材料118已經歷一重新生長製程後之圖4B中所顯示之支撐構件110之一局部示意性剖視圖。在此實施例之一特定態樣中，經晶體定向之材料118經歷可增加具有所期望定向(例如(111)定向)之晶體之大小，因此增加此等晶體之表面積之一重新生長製程。該重新生長製程可包含使支撐構件110連續運行穿過一矽磊晶反應器，或運行穿過運行矽前驅物(例如，矽烷)之一GaN磊晶反應器。在該重新生長製程之後， 可進一步退火經晶體定向之材料118以增加(111)結晶位準。可反覆執行前述退火、移除及生長操作以增加(111)晶體定向之位準，因此促進裝置品質GaN膜之隨後生長。
圖5係根據本發明之一實施例帶有形成於其上之一氮化鎵材料120(例如，一GaN層)之圖4A至圖4C中所顯示之支撐構件110之一局部示意性剖視圖。如圖5中所顯示，一可選緩衝材料122可形成於經晶體定向之材料118上以增強GaN材料120之形成。舉例而言，緩衝材料122可包含氮化鎵鋁(Alx Ga1-x N(0<x1)，或AlGaN)，其中經晶體定向之材料118充當AlGaN於其上磊晶生長之一適當的基礎表面。一薄的氮化矽層可安置於緩衝材料122上或包含於緩衝材料122中。GaN材料120可經由一適合的晶體生長製程(例如，MOCVD或HVPE)來安置。可基於所期望之最終結果來選擇特定製程。舉例而言，HVPE製程通常快於MOCVD製程，且因此可用於生長相對厚的GaN層，例如，自約10μm至約300μm厚且，在一代表性實施例中約50μm或更厚。此等厚層可尤其適合於大晶圓(例如，具有至少6英吋之一直徑之晶圓)以減小位錯密度。因此，預期此一支撐構件(例如，具有一厚GaN層(初始無一發光材料)及帶有經選擇以匹配或近似GaN CTE之一CTE之一支撐基板112之一支撐構件110)在典型LED形成製程期間比現有基板及支撐構件表現地更好。若移除支撐構件110之剩餘部分，則在某些例項中可使用甚至更大膜厚度(例如，大於300μm厚)來產生一獨立GaN基板。舉例而言，預期位於六英吋支撐構件晶圓上之一500 μm厚層(或一更厚層)可自支撐，從而允許在形成GaN層之後移除該支撐構件之剩餘部分。針對具有更大直徑(例如，大於六英吋)之晶圓，該層之厚度可係500 μm或更多(例如，多達或大於1000 μm)。一般而言，預期較厚層產生較低位錯密度。
經晶體定向之材料118可足夠厚以至整個結構之熱膨脹特性係由支撐構件110之下伏部分(例如，由支撐基板112)支配。在特定實施例中，GaN材料120及/或緩衝材料122可在生長開始時具有相對高濃度之微結構缺陷及/或空隙。在生長數微米後，預期GaN膜將完全聚結，從而產生足夠低以產生適合於SSL裝置(諸如LED)之GaN之一缺陷密度。在前述實施例中之任一者中，在有或無緩衝材料122之情形下，預期(111)結晶之程度及微結構至少部分地控制GaN材料120之形成(例如，晶體定向)。舉例而言，預期經晶體定向之材料118中之(111)結晶度之增加之位準將減少上伏GaN材料120中穿透位錯之密度。在特定實施例中，所得GaN材料120可具有1010 /cm2 或更小之一位錯密度，且更特定而言，例如在GaN之發光區域中，109 /cm2 或更小。
可修改或組合本文中所闡述之實施例之某些態樣以產生所期望之GaN特徵。舉例而言，可基於支撐基板112之開始特性或基於安置於支撐基板112上之連續材料之特性來選擇用於形成上文所闡述之結構之各種元件及/或製程參數。亦可基於最終SSL裝置或欲藉助GaN材料構造之其他裝置之要求來選擇所得結構之特性。
圖6係根據本發明之一實施例圖解說明用於在一基板112上生長氮化鎵120以形成支撐構件110之一方法之一流程圖600。應注意，該流程圖中之任何製程闡述或區塊可表示包含用於實施製程中之具體邏輯功能之一個或多個指令(例如，編碼於一電腦可讀媒體上之指令)之程式碼或步驟之模組、段、部分。在其他實施例中，如熟習相關技術者將理解，端視所涉及之功能性，某些功能可以不同於下文所顯示或所闡述之次序之一次序來執行，包含大致同時或以相反次序。
區塊602包含提供一支撐基板，例如上文所闡述之支撐基板中之任一者。區塊604包含在該支撐基板上形成一中間結構，且區塊606包含將一種子材料安置於該中間結構上。如上文所闡述，可選擇並安置該中間結構及該種子材料以促進生長帶有一(0001)或其他所選晶體定向之一GaN結構。亦如上文所論述，在至少某些實施例中，可藉由其他結構組合或執行該中間結構及/或該種子材料之功能。區塊608包含(例如)藉由PECVD或另一適合的製程在該種子材料上形成一初始材料(或以其中其由該支撐基板攜載之另一方式)。在區塊610中，退火及/或以其他方式處理該初始材料以便以一增加數目、群族及/或範圍之具有一所選定向(例如，針對矽，一(111)定向)之晶體形成一經晶體定向之材料。可在該經晶體定向之材料上方形成一可選緩衝層以支撐氮化鎵材料，然後在該經晶體定向之材料上、上方或以其他方式形成(例如，磊晶生長)該氮化鎵材料，以便由該經晶體定向之材料攜載(區塊612)。
前述製程之一個特徵係其可在不將所執行結構作為一單元接合至該支撐基板之情形下完成。舉例而言，前述製程並不需要將攜載一氮化矽或氮化鎵層之一單獨基板(例如一晶圓)作為一單元(例如，經由範德瓦爾斯力)接合至攜載一氮化鋁或其他層之一對應熱匹配或一其他方式裁剪之基板。替代地，本發明之態樣係針對使用一沈積及/或生長製程來由甚小元件(通常大小約為數微米)建造一適合的結構。特定而言，上文所闡述之製程可形成具有主要沿一預定方向(例如，在矽之情形下，(111))之一晶體結構之一經晶體定向之材料，其中該預定方向經選擇以促進、增強及/或以其他方式改良隨後形成之GaN材料之組合物。然後形成該GaN材料以具有亦主要沿一較佳或所選方向(例如(0001))定向之晶體。
本配置之一優點係現有晶圓接合製程通常在彼此接合之結構(晶圓)之間需要頗高的力。用於執行此等接合製程之大部分現有製作工具限於一峰值力。隨著支撐此等結構之晶圓或其他基板之大小增加(例如，自4英吋之一直徑或其他橫向尺寸至6英吋、8英吋、10英吋、然後12英吋或更多)，由固定力工具提供之壓力依據所接合裝置之增加面積線性減小，此可減小該接合製程之功效。因此，上文參考圖2至圖6所闡述之技術可促進在大直徑晶圓上形成適合的氮化鎵材料，而無需接合器在超過構造其之力的力下操作。此又可允許一製造商使用現有設備生產大量LED或其他SSL裝置。
前述實施例中之至少某些之另一特徵係其等消除對在一基板中植入元素(例如，氫)以促進在一稍後高溫製程中分隔一基板層(在接合至一熱裁剪或匹配之基板之後)之需要。消除此製程可改良整個製造製程之產出率。
可使用上文所闡述之GaN材料120來形成各種LED或具有對應各種結構性配置之其他SSL裝置。特定而言，可使用一垂直配置或一側向配置形成此等裝置。在一垂直配置中，經由一濕蝕刻製程移除支撐基板112，且中間結構114可提供一濕蝕刻擋塊之額外功能，因此促進有效移除支撐基板112及/或位於支撐基板112與中間結構114之間的其他材料。可使用一濕化學蝕刻、一反應性離子蝕刻(RIE)或熟習此項技術者所知曉之其他蝕刻技術來移除中間結構114及/或一金屬層(例如，種子材料116)，此對一垂直配置而言係典型情形。
圖7A與圖7B係根據本發明之一實施例圖5之支撐構件110在其用於構造一垂直LED結構150a時之局部示意性剖面圖解。以圖7A開始，藉由以熟習相關技術者所習知之一方式以「壁障」材料層替代「井」材料層來在GaN材料120上形成磊晶生長之多量子井(MQW)，從而產生一主動發光區域132。在該發光區域上進一步形成一P型GaN區域134。一P觸點130形成於P型GaN區域134上，且一接合層133(例如，一金錫或鎳錫合金或其他適合的接合材料)形成於P觸點130上。使用接合層133來將一適合的載體135(例如，一矽晶圓或子基板，或一CuW載體)附著至支撐構件110。如圖7B中所顯示，然後使用濕化學品、電漿蝕刻及/或研磨之一組合蝕刻掉支撐基板112及經晶體定向之材料118。GaN材料120之至少一部分包含N型GaN。因此，一N觸點131可直接安置於GaN材料120上，其中發光區域132位於N觸點131與P觸點130之間。可經由一大致類似製程形成垂直腔面發射型雷射(VCSEL)。
圖8係根據本發明之另一實施例用於形成一側向LED結構150b之圖5中所顯示之支撐構件110之一局部示意性剖面圖解。以大致類似於用於現有側向配置之一方式實施裝置製作。圖8圖解說明一側向LED 150b，其中在蝕刻形成P觸點130之P區域之一適合的部分及下方之主動區域132之後，P觸點130與N觸點131兩者位於發光區域132之相對側上之GaN材料120之面朝上表面上。預期半導體雷射、高電子遷移率電晶體(HEMT)及/或其他二極體、整流器、光電偵測器及或其他適合的半導體裝置之製作遵循一類似佈局。圖8中所顯示之LED 150b可藉由倒置LED 150b且將觸點130、131連接至一適合的PCB或其他基板而用於一「覆晶」配置中。
在一特定實施例中，支撐構件110位於GaN材料120下方之部分(例如，經晶體定向之材料118、種子材料116、中間結構114及支撐基板112)可與LED 150b分離。在另一實施例中，支撐構件110之前述部分可留在適當位置處，此乃因(不同於上文所述垂直LED 150a)不必移除此材料來形成N觸點131。因此，此配置可在其中LED之體積係一較不重要的設計約束之情形下及/或在其中LED之成本係一更重要的設計約束之情形下使用。
自前文將瞭解，本文中已出於圖解目的而闡述了本技術之具體實施例，但可在不背離所揭示技術之情形下做出各種修改。舉例而言，安置於支撐基板上之材料可根據不同於上文所明確闡述之製程及/或製程參數的製程及/或製程參數來安置。在一個特定實施例中，可依據圖3至圖4C中所顯示之配置顛倒其中形成種子材料116及經晶體定向之材料118(或其前驅物，初始材料117)之次序。亦即，可將種子材料116安置於經晶體定向之材料118上，而非相反情形。在一特定實施例中，種子材料116可包含鎳，且在其他實施例中，其可包含其他元素或化合物。在此等實施例中之任一者中，種子材料116可執行相同功能(例如，促進經晶體定向之材料118之(111)晶體定向)，無論其係在經晶體定向之材料118之前還是之後安置。當其係在經晶體定向之材料118之後安置時，端視種子材料116、經晶體定向之材料118及蝕刻劑之組合物，可藉由不同於用於移除經晶體定向之材料118之蝕刻劑的一蝕刻劑或藉由相同蝕刻劑將其移除。在此等實施例中之任一者中，在晶體定向材料118之後安置種子材料116之一優點係將其作為蝕刻製程之一部分移除且因此將較不可能影響(例如，擴散至)其他結構。相反地，在至少某些實施例中，在經晶體定向之材料118之前安置種子材料116可對經晶體定向之材料118提供一較大晶體定向影響。
在其他實施例中可組合或消除在特定實施例之上下文中所闡述技術之某些態樣。舉例而言，在一項實施例中，上文所闡述之種子材料可與中間結構組合。在其他實施例中，種子材料可直接形成於支撐基板上而無需中間結構。在仍進一步之實施例中，可消除種子材料與中間結構兩者且由此等材料/結構提供之對應功能可由直接形成於支撐基板上或由支撐基板攜載之囊封劑上之二氧化矽層實施。在其他實施例中，可消除某些製程步驟。舉例而言，在至少某些實施例中，處理經晶體定向之材料118可包含蝕刻或退火，但非兩者。此外，雖然已在彼等實施例之上下文中闡述了與某些實施例相關聯之優點，但其他實施例亦可展示此等優點，且並非所有實施例皆必須展示此等優點以歸屬於本發明之範疇內。因此，本發明及相關技術可囊括本文中未明確顯示或闡述之其他實施例。
10a．．．SSL裝置
10b．．．LED裝置
11．．．LED結構
14．．．主動區域
15．．．N型GaN
16．．．P型GaN
17．．．第一觸點
19．．．第二觸點
20．．．基板
21．．．載體
110．．．支撐構件
111．．．囊封層
112．．．支撐基板
113．．．氧化物
114．．．中間結構
116．．．種子材料
117．．．初始材料
118．．．經晶體定向之材料
120．．．氮化鎵材料
122．．．緩衝材料
130．．．P觸點
131．．．N觸點
132．．．主動發光區域
133．．．接合層
134．．．P型GaN區域
135．．．載體
150a．．．垂直LED結構
150b．．．側向LED結構
參考以下圖式可更好地理解本發明之諸多態樣。該等圖式中之組件未必按比例繪製。而是，重點在於清楚地圖解說明本發明之原理。此外，在該等圖式中，在所有該數個視圖中，相同參考編號標示對應部分。
圖1A係根據先前技術之一SSL裝置之一示意性剖視圖。
圖1B係根據先前技術之另一SSL裝置之一示意性剖視圖。
圖2係根據本發明之一實施例組態之一支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖3係根據本發明之一實施例具有一種子材料及一至少局部經晶體定向之材料之圖2中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖4A係具有根據本發明之一實施例退火之至少局部經晶體定向之材料之圖3中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖4B係根據本發明之一實施例在一較佳蝕刻後之圖4A中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖4C係具有根據本發明之一實施例重新生長之至少局部經晶體定向之材料之晶體之圖4B中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖5係具有根據本發明之一實施例形成之一氮化鎵層之圖4C中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
圖6係根據本發明之一實施例圖解說明形成圖2至5中所顯示之支撐構件之一方法之一流程圖。
圖7A與圖7B係根據本發明之實施例在一垂直LED結構之構造期間之圖5中所顯示之支撐構件之局部示意性剖面圖解。
圖8係根據本發明之實施例在一垂直LED結構之構造期間之圖5中所顯示之支撐構件之一局部示意性剖面圖解。
110．．．支撐構件
112．．．支撐基板
114．．．中間結構
116．．．種子材料
118．．．經晶體定向之材料

Claims (35)

  1. 一種製成一固態照明(SSL)裝置基板之方法，其包括：在一支撐基板上生長一中間結構；將一種子材料安置於該中間結構上；在該種子材料上形成一矽區域，該區域具有帶有一(111)定向之一晶體群族；退火該矽區域以增加具有該(111)定向之該晶體群族；蝕刻該矽區域以移除具有非(111)之一定向之晶體；生長具有該(111)定向之該等晶體；及將氮化鎵安置於具有該(111)定向之該等晶體上方。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括至少部分地基於該支撐基板之一熱膨脹係數與該氮化鎵之一熱膨脹係數之間的一相互關係來選擇該支撐基板之一材料組合物。
  3. 如請求項2之方法，其中選擇該支撐基板之該材料組合物包含：選擇欲包含多晶氮化鋁之該材料組合物。
  4. 如請求項1之方法，其中退火包含：經由一區熔再結晶製程來退火。
  5. 如請求項1之方法，其中生長該中間結構包含：形成具有二氧化矽、碳化矽及氮化矽中之至少一者之一層。
  6. 如請求項1之方法，其中安置一種子材料包含：安置包括氮化鋁之一種子材料。
  7. 如請求項1之方法，其中安置一種子材料包含：安置包括鈦及鎳之一種子材料。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包括： 自該等矽晶體移除該氮化鎵；及由該氮化鎵形成一SSL裝置。
  9. 如請求項1之方法，其中將該矽區域定位於該種子材料與該氮化鎵之間，且其中該區域包含僅含有矽之一層。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包括將緩衝材料安置於具有該(111)定向之該等晶體上，且其中安置氮化鎵包含將該氮化鎵安置於該緩衝材料上。
  11. 如請求項10之方法，其中安置該緩衝材料包含：安置氮化鎵鋁。
  12. 如請求項1之方法，其中使用一MOCVD製程安置該氮化鎵。
  13. 一種用於製成一SSL裝置基板之方法，其包括：形成由一支撐構件攜載之多個晶體，該等晶體具有經選擇以促進氮化鎵之形成之一定向；及形成由該等晶體攜載之一體積之氮化鎵，其中該等晶體之該定向至少部分地控制該氮化鎵之一晶體定向，且不將該氮化鎵作為一單元接合至該支撐構件。
  14. 如請求項13之方法，其中形成多個晶體包含形成帶有一主要(111)定向之多個矽晶體，且其中形成一體積之氮化鎵包含形成帶有一主要(0001)晶體定向之氮化鎵。
  15. 如請求項13之方法，其中該支撐構件包含一多晶氮化鋁支撐基板，且其中該方法進一步包括：在該多晶氮化鋁基板上形成一層間結構，該層間結構包含具有二氧化矽、碳化矽及氮化矽中之至少一者之至 少一個層；及將一種子材料安置於該層間結構上，其中該種子材料包含氮化鋁、鈦及鎳中之至少一者，且其中在該支撐構件上形成晶體包含：在該種子材料上形成一矽區域，該區域具有帶有一(111)定向之一晶體群族；退火該矽區域以增加具有該(111)定向之該晶體群族；蝕刻該矽區域以移除具有非(111)之一定向之晶體；及生長具有該(111)定向之該等晶體；且其中該方法進一步包括：在具有該(111)定向之該等晶體上形成氮化鎵；自該等矽晶體移除該氮化鎵；及由該氮化鎵層形成一SSL裝置。
  16. 如請求項13之方法，其中形成多個晶體包含：形成具有帶有一(111)定向之許多個晶體之一矽區域；退火該矽區域以增加帶有該(111)定向之晶體之數目；蝕刻該矽區域以移除具有非(111)之一定向之晶體；生長具有該(111)定向之該等晶體；且其中該方法進一步包括：由該氮化矽形成一SSL裝置。
  17. 如請求項13之方法，其中形成晶體包含：形成矽晶體。
  18. 如請求項13之方法，其進一步包括：在該支撐構件上形成一層間結構；及 將一種子材料安置於該層間結構上，且其中形成多個晶體包含在該種子材料上形成多個晶體。
  19. 如請求項13之方法，其進一步包括將一緩衝材料安置於該等晶體上，且其中生長一體積之氮化鎵包含在該緩衝材料上生長一體積之氮化鎵。
  20. 如請求項13之方法，其中形成該氮化鎵包含形成具有109 /cm2 或更小之一位錯密度之該氮化鎵。
  21. 一種用於製成一SSL裝置基板之方法，其包括：在一支撐構件上形成許多個晶體，其中個別晶體具有經選擇以促進氮化鎵之形成之一定向；增加該支撐構件上具有該所選定向之晶體之數目；及形成由具有該所選定向之該等晶體攜載之氮化鎵，其中該等晶體之該所選定向至少部分地控制該氮化鎵之該晶體定向。
  22. 如請求項21之方法，其中形成許多個晶體較佳地包含形成許多個(111)矽晶體，且其中形成氮化鎵較佳地包含形成具有一(0001)晶體定向之氮化鎵。
  23. 如請求項21之方法，其中增加晶體之數目包含：退火該等晶體位於其中之一矽區域以增加具有一(111)定向之晶體之一數目；蝕刻該矽區域以移除具有非(111)之一定向之晶體；及生長具有該(111)定向之該等晶體。
  24. 如請求項21之方法，其進一步包括：自該支撐構件移除該氮化鎵；及 由該氮化鎵形成一SSL裝置。
  25. 如請求項21之方法，其進一步包括將一緩衝材料安置於具有該所選定向之該等晶體上，且其中安置氮化鎵包含將該氮化鎵安置於該緩衝材料上。
  26. 一種SSL裝置基板，其包括：一支撐基板，其具有至少六英吋之橫向尺寸及至少與氮化鎵之熱膨脹係數近似相同之一熱膨脹係數，其中該支撐基板包含多晶氮化鋁；及一體積之氮化鎵，其由該支撐基板攜載且具有至少10微米之一厚度。
  27. 如請求項26之裝置基板，其中該氮化鎵並不包含發光結構。
  28. 如請求項26之裝置基板，其中該體積之氮化鎵具有至少50微米之一厚度。
  29. 如請求項26之裝置基板，其中該體積之氮化鎵具有至少300微米之一厚度且包含一氫化物氣相磊晶(HVPE)膜。
  30. 如請求項26之裝置基板，其中該支撐基板具有約八英吋之一橫向尺寸。
  31. 如請求項26之裝置基板，其中該支撐基板具有約十二英吋之一橫向尺寸。
  32. 一種SSL裝置，其包括：一體積之氮化鎵，其具有一發光區域；一P觸點，其連接至該氮化鎵；一N觸點，其連接至該氮化鎵，其中該發光區域位於 該P觸點與該N觸點之間；及一支撐構件，其連接至該氮化鎵，該支撐構件包含一支撐基板及由該支撐基板攜載之一至少局部經晶體定向之材料，該至少局部經晶體定向之材料在與氮化鎵之一介面處具有一主要晶體定向，其不同於位於與該支撐基板之一介面處的一主要晶體定向。
  33. 如請求項32之SSL裝置，其中該N觸點與該P觸點具有一側向配置且面向相同方向。
  34. 如請求項32之SSL裝置，其中該至少局部經晶體定向之材料包含(111)矽且其中該氮化鎵具有109 /cm2 或更小之一位錯密度。
  35. 如請求項32之SSL裝置，其中該P觸點與該N觸點經定位以安裝於一倒置覆晶位置中。
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