專利名稱：外延形成結(jié)構(gòu)及制造固態(tài)照明裝置的相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外延形成結(jié)構(gòu)及制造具有目標(biāo)熱膨脹特性的固態(tài)發(fā)光(“SSL”)裝置的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
SSL裝置通常將半導(dǎo)體發(fā)光二極管(“LED”)、有機(jī)發(fā)光二極管(“0LED”)及/或聚合物發(fā)光二極管(“PLED”)而不是電燈絲、等離子體或氣體用作照明源。舉例來說，圖1 是常規(guī)氮化銦-鎵(InGaN)LED 10的橫截面圖。如圖1中所示，LED 10包含襯底材料12(例如，硅)、N 型氮化鎵(GaN) 14、GaN/lnGaN 多量子阱(“MQW”)16 及 P 型 GaN 18。LED 10 還包含P型GaN 18上的第一接觸件20及N型GaN 14上的第二接觸件22。在制造期間，N型 GaN 14,GaN/InGaN MQff 16及P型GaN 18通常在升高的溫度下經(jīng)由金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (“M0CVD”)、分子束外延(“MBE”)、液相外延(“LPE”)、氫化物氣相外延(“HVPE”)及/ 或其它外延生長(zhǎng)技術(shù)形成于襯底材料12上。形成LED 10的一個(gè)操作困難在于N型GaN 14,GaN/InGaN MQff 16及P型GaN 18 可在高溫外延生長(zhǎng)及/或其后的冷卻期間從襯底材料12分層及/或以其它方式受到損壞。 通常，襯底材料12包含硅(Si)、藍(lán)寶石(Al2O3)、碳化硅(SiC)及/或其它“非原生”材料， 因?yàn)榫哂锌捎贸叽绲摹霸辈牧?例如，GaN或hGaN)難以生產(chǎn)。非原生襯底材料具有與GaN/InGaN材料14、16及18不同的CTE。舉例來說，硅的CTE大致小于GaN的CTE，且藍(lán)寶石的CTE大致高于GaN的CTE。據(jù)信，此些CTE不匹配可導(dǎo)致致使襯底材料12的扭曲及 /或外延GaN/InGaN材料14、16及18的晶體缺陷的熱應(yīng)力。因此，在可靠地及成本高效地制造SSL裝置方面的數(shù)個(gè)改良可為合意的。

發(fā)明內(nèi)容


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LED裝置的示意性橫截面圖。圖2A到2F是經(jīng)歷根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的用于形成SSL裝置的工藝的具有目標(biāo) CTE的復(fù)合結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。圖3是圖解說明選擇用于圖2A到2F中的復(fù)合結(jié)構(gòu)的組分的方法的流程圖。圖4是展示用于形成圖2A到2F中的SSL裝置的各種材料的CTE對(duì)溫度的曲線圖。圖5是展示各種結(jié)構(gòu)的曲率的溫度相依性的曲線圖。圖6是展示GaN及多晶AlN的CTE溫度相依性的文獻(xiàn)值及所提取值的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下文描述外延形成結(jié)構(gòu)及制造具有目標(biāo)熱膨脹特性的SSL裝置的相關(guān)方法的各種實(shí)施例。如下文中所使用，術(shù)語“SSL裝置”通常指代具有LED、0LED、激光二極管(“LD”)、PLED及/或其它適合照明源而不是電燈絲、等離子體或氣體的裝置。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，本技術(shù)可具有額外實(shí)施例，且可在無下文參考圖2A到6所描述的實(shí)施例的數(shù)個(gè)細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本技術(shù)。圖2A到2F是經(jīng)歷根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的用于形成SSL裝置的工藝的具有目標(biāo) CTE的復(fù)合結(jié)構(gòu)100的橫截面視圖。雖然圖2A到2F中僅圖解說明某些處理階段，但用于形成SSL裝置的工藝還可包含用于形成透鏡、鏡、載體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電互連件、電接觸件及/或其它適合機(jī)械/電組件(未展示)的其它階段。如圖2A中所示，所述工藝的初始操作包含形成復(fù)合結(jié)構(gòu)100。在圖解說明的實(shí)施例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)100包含復(fù)合材料102、漫射阻擋層104及絕緣材料106。在其它實(shí)施例中， 可從復(fù)合結(jié)構(gòu)100省略漫射阻擋層104及/或絕緣材料106。在其它實(shí)施例中，除復(fù)合結(jié)構(gòu) 100的前述組件之外或替代前述組件，復(fù)合結(jié)構(gòu)100還可包含導(dǎo)電材料、載體材料及/或其它適合組件。在圖2A中，漫射阻擋層104及絕緣材料106按順序附接到復(fù)合材料102的頂表面 103。任選地，在其它實(shí)施例中，漫射阻擋層104可至少部分地囊封復(fù)合材料102。在其它實(shí)施例中，絕緣材料106可附接到漫射阻擋層104的側(cè)面及/或其它表面且可至少部分地囊封漫射阻擋層104。在其它實(shí)施例中，漫射阻擋層104并不附接到復(fù)合材料102的所有表面。然而，絕緣材料106可附接到漫射阻擋層104的所有表面及復(fù)合材料102的未被漫射阻擋層104覆蓋的任何表面。漫射阻擋層104可包含氮化鉭(TaN)、氧化銦Qn2O3)、硅化銅(Cu5Si)、氮化鎢 (WN2)、氮化鈦(TiN)、氮化硅(Si3N4)、非晶或多晶碳化硅(SiC)、非晶或多晶硅(Si)及/ 或其它適合的抗漫射材料。絕緣材料106可包含二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅 (Si3N4)、非晶或多晶硅(Si)及/或其它適合的絕緣材料。在圖解說明的實(shí)施例中，絕緣材料106包含大體呈平面的表面108。用于拋光絕緣材料106的技術(shù)可包含化學(xué)-機(jī)械拋光 (“CMP”)、電化學(xué)-機(jī)械拋光(“ECMP”)及/或其它適合的平面化技術(shù)。在其它實(shí)施例中，絕緣材料106可包含非平面表面(未展示)。在其它實(shí)施例中，漫射阻擋層104及/或絕緣材料106可包含非化學(xué)計(jì)量(例如，如富含硅的)的材料(例如，氮化硅)。復(fù)合材料102可包含基礎(chǔ)材料及至少一種CTE控制材料，所述基礎(chǔ)材料及至少一種CTE控制材料共同具有基于SSL裝置的CTE值及/或其它適合于形成及/或隨后處理SSL 裝置的操作參數(shù)而調(diào)整的CTE溫度相依性。如本文中所使用，術(shù)語“CTE溫度相依性”通常指CTE值依據(jù)溫度而變化的曲線。在某些實(shí)施例中，所述基礎(chǔ)材料可包含多晶氮化鋁(AlN) 及/或多晶碳化硅(SiC)。在其它實(shí)施例中，所述基礎(chǔ)材料可包含鎢(W)、鉬(Mo)及/或其它適合的耐火金屬。在其它實(shí)施例中，所述基礎(chǔ)材料可包含其它適合的單晶、多晶、非晶材料或其組合。所述CTE控制材料可具有在目標(biāo)溫度范圍中高于或低于所述基礎(chǔ)材料的CTE值的 CTE值。在某些實(shí)施例中，所述CTE控制材料可包含選自氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)及其它適合材料中的單個(gè)材料。舉例來說，復(fù)合材料102可包含AlN及IO3。在其它實(shí)施例中，所述CTE控制材料可包含前述材料及/或其它適合材料中的至少兩者。舉例來說，復(fù)合材料102可包含AlN J2O3 及 Al2O3 ；Α1Ν、103 及 TiN;A1N、Y2O3 及 ZrN ；Α1Ν、103 及 HfN ；或AlNJ2OJHfCt5在進(jìn)一步實(shí)例中，復(fù)合材料102可包含三種、四種或任何其它數(shù)目種適合CTE控制材料及/或適合CTE控制材料的組合?？墒褂玫褥o壓壓制、帶式澆鑄、燒結(jié)及/或這些及/或其它適合技術(shù)的組合來組合所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，所述基礎(chǔ)材料(例如，含有AlN)與所述CTE控制材料(例如，含有IO3)的粉末可經(jīng)組合以形成具有目標(biāo)體積(或重量)比的含水漿體。接著可使用帶式澆鑄來將所述漿體澆鑄成帶。隨后可在約1800°C的溫度下燒結(jié)所述帶以形成復(fù)合材料102。在其它實(shí)施例中，可使用其它適合技術(shù)來形成復(fù)合材料102。圖2B展示所述工藝的其中將形成結(jié)構(gòu)110附接到復(fù)合結(jié)構(gòu)100以形成模板結(jié)構(gòu) 111的另一操作。在某些實(shí)施例中，形成結(jié)構(gòu)110可包含硅(Si)，所述硅(Si)的至少一部分具有Si(l，l，l)晶體定向。在其它實(shí)施例中，形成結(jié)構(gòu)110可包含具有其它晶體定向(例如，Si(l，0，0))的硅、氮化鋁鎵(AlGaN)、GaN、SiC、Al2O3、氧化鋅(ZnO2)、砷化鎵(GaAs)、前述材料的組合及/或其它適合材料。在所圖解說明的實(shí)施例中，形成結(jié)構(gòu)110包含接近絕緣材料106的表面108的接合區(qū)域112?？墒褂秒x子植入及/或其它適合技術(shù)用剝落劑(例如，氫氓或吐)、硼(B)、氦(He)或其任何組合)來摻雜接合區(qū)域112。在其它實(shí)施例中，可省略接合區(qū)域112。在某些實(shí)施例中，可使用固-固接合技術(shù)來將形成結(jié)構(gòu)110附接到絕緣材料106 的表面108。舉例來說，可當(dāng)將形成結(jié)構(gòu)110及復(fù)合結(jié)構(gòu)100加熱到接合溫度(例如，300°C) 時(shí)，以機(jī)械方式將其抵靠彼此壓制。據(jù)信，形成結(jié)構(gòu)110與復(fù)合結(jié)構(gòu)100可在此等條件下經(jīng)由化學(xué)接合、凡德瓦爾相互作用、氫鍵及/或其它適合機(jī)制彼此接合。在其它實(shí)施例中，可使用粘合劑材料(未展示)及/或其它適合技術(shù)來將形成結(jié)構(gòu)110與復(fù)合結(jié)構(gòu)100附接。圖2C展示所述工藝的其中從模板結(jié)構(gòu)111移除形成結(jié)構(gòu)110的一部分的另一操作。剩余形成結(jié)構(gòu)110可具有約10納米到約2微米的厚度或可具有其它適合厚度值，使得模板結(jié)構(gòu)111的CTE溫度相依性大體對(duì)應(yīng)于復(fù)合結(jié)構(gòu)100的CTE溫度相依性。在一個(gè)實(shí)施例中，可經(jīng)由在針對(duì)氫與硼化合物的約250°C及針對(duì)氫或氫與氦化合物的約400°C的溫度下剝落摻雜劑(例如，氫氓或吐)、硼⑶或氦(He)或其任何組合)來移除形成結(jié)構(gòu)110 的所述部分。在其它實(shí)施例中，可使用CMP、ECMP、干式蝕刻、濕式蝕刻及/或其它適合材料移除技術(shù)來移除形成結(jié)構(gòu)110的所述部分。圖2D展示所述工藝的其中在形成結(jié)構(gòu)110上形成SSL結(jié)構(gòu)121的另一操作。在所圖解說明的實(shí)施例中，SSL結(jié)構(gòu)121包含經(jīng)由MOCVD、MBE、LPE、HVPE及/或其它適合外延生長(zhǎng)技術(shù)而形成的可選緩沖材料112、第一半導(dǎo)體材料114、有源區(qū)域116及第二半導(dǎo)體材料118。在其它實(shí)施例中，SSL結(jié)構(gòu)121還可包含其它適合組件?？蛇x緩沖材料112可促進(jìn)在形成結(jié)構(gòu)110上形成第一半導(dǎo)體材料114及第二半導(dǎo)體材料118以及有源區(qū)域114。在某些實(shí)施例中，可選緩沖材料112可包含氮化鋁(AlN)、 AKiaN、氮化鋅(SiN)、GaN及/或其它適合材料中的至少一者。在其它實(shí)施例中，可省略可選緩沖材料112，且可直接在形成結(jié)構(gòu)120上形成第一半導(dǎo)體材料114。在某些實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料114可包含N型GaN (例如，摻雜有硅(Si))，且第二半導(dǎo)體材料118可包含P型GaN(例如，摻雜有鎂(Mg))。在其它實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料114可包含P型GaN，且第二半導(dǎo)體材料118可包含N型GaN。在其它實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料114及第二半導(dǎo)體材料118可個(gè)別地包含砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AWaAs)、 磷化鎵砷(GaAsP)、磷化鎵(III) (GaP)、硒化鋅(ZnSe)、氮化硼(BN)、AlGaN及/或其它適合半導(dǎo)體材料中的至少一者。有源區(qū)域116可包含單量子阱(“SQW”)、MQW及/或體半導(dǎo)體材料。如下文中所使用，“體半導(dǎo)體材料”通常指代具有大于約10納米且高達(dá)約5微米的厚度的單顆粒半導(dǎo)體材料(例如，InGaN)。在某些實(shí)施例中，有源區(qū)域116可包含InGaN SQW、GaN/InGaN MQff 及/或InGaN體材料。在其它實(shí)施例中，有源區(qū)域116可包含磷化鋁鎵銦(AWaInP)、氮化鋁鎵銦(AWaInN)及/或其它適合材料或組態(tài)?？赏ㄟ^選擇基礎(chǔ)材料及/或CTE控制材料使得復(fù)合結(jié)構(gòu)100具有至少接近SSL結(jié)構(gòu)121的一個(gè)或一個(gè)以上組件的CTE值的CTE值來使可選緩沖材料112、第一半導(dǎo)體材料 114及第二半導(dǎo)體材料118以及有源區(qū)域116在形成于模板結(jié)構(gòu)111上時(shí)具有較低熱應(yīng)力。 然而，已認(rèn)識(shí)到SSL結(jié)構(gòu)121及復(fù)合結(jié)構(gòu)100兩者的CTE值為溫度相依的。因此，即使SSL 結(jié)構(gòu)121與復(fù)合結(jié)構(gòu)100的CTE值在其它溫度下(例如，在外延生長(zhǎng)期間)彼此接近，其仍可在某些溫度下(例如，在冷卻期間)彼此顯著偏離。下文參考圖3更詳細(xì)地論述選擇基礎(chǔ)材料及/或CTE控制材料以適應(yīng)SSL結(jié)構(gòu)121的CTE溫度相依性的各種實(shí)施例。圖2E展示所述工藝的另一操作，其中從SSL結(jié)構(gòu)121移除復(fù)合結(jié)構(gòu)100。在一個(gè)實(shí)施例中，移除復(fù)合結(jié)構(gòu)100可包含使含有多晶AlN的復(fù)合結(jié)構(gòu)100與氫氧化鉀(KOH)在約100°C的溫度下接觸。已觀察到KOH可與復(fù)合結(jié)構(gòu)100中的多晶AlN反應(yīng)直到含有Si3N4 的漫射阻擋層104暴露為止。因此，漫射阻擋層104還用作蝕刻終止。在其它實(shí)施例中，可使用CMP、ECMP及/或其它適合的移除技術(shù)來移除復(fù)合結(jié)構(gòu)100。任選地，在某些實(shí)施例中，可在移除復(fù)合結(jié)構(gòu)100之前將SSL結(jié)構(gòu)121的表面123 附接到載體襯底(未展示)。所述載體襯底可由硅(Si)、銅(Cu)、銅鎢合金(Cu-W)、鉬(Mo) 及/或具有適合的熱及電性質(zhì)的其它材料構(gòu)造而成。可經(jīng)由共晶接合、金屬與金屬接合(例如，銅與銅接合)、導(dǎo)電粘合劑及/或其它適合的機(jī)制來將SSL結(jié)構(gòu)121附接到所述載體襯底。圖2F展示所述工藝的另一操作，其中經(jīng)由CMP、ECMP、干式蝕刻、濕式蝕刻及/或其它適合的移除技術(shù)從SSL結(jié)構(gòu)121移除漫射阻擋層104及絕緣材料106。在圖解說明的實(shí)施例中，形成結(jié)構(gòu)110及可選緩沖材料112保持附接到SSL結(jié)構(gòu)121。在其它實(shí)施例中， 還可從SSL結(jié)構(gòu)121移除形成結(jié)構(gòu)110、可選緩沖材料112，及第一半導(dǎo)體材料114的一部分。圖3是圖解說明用于選擇用于圖2A到2F中的復(fù)合材料102的組分的方法200的流程圖。具有選定組分的復(fù)合材料102可具有經(jīng)調(diào)整以用于與將形成結(jié)構(gòu)110附接到復(fù)合結(jié)構(gòu)100、在形成結(jié)構(gòu)110上生長(zhǎng)SSL結(jié)構(gòu)121 (圖2D)、冷卻及/或其它適合處理操作相關(guān)
1聯(lián)的熱處理的CTE溫度相依性。如圖3中所示，方法200的初始階段(方塊202)包含確定目標(biāo)CTE溫度相依性。 在一個(gè)實(shí)施例中，可基于SSL結(jié)構(gòu)121的CTE溫度相依性來確定所述目標(biāo)CTE溫度相依性。 舉例來說，可使所述目標(biāo)CTE溫度相依性與用于形成SSL結(jié)構(gòu)121(圖2D)的GaN/InGaN及 /或其它半導(dǎo)體材料的CTE溫度相依性接近。在其它實(shí)施例中，可基于SSL結(jié)構(gòu)121的各個(gè)組件的CTE溫度相依性及其相應(yīng)摻雜劑含量及彈性模數(shù)來計(jì)算所述目標(biāo)CTE溫度相依性。 在其它實(shí)施例中，可通過測(cè)量SSL結(jié)構(gòu)121的CTE溫度相依性憑經(jīng)驗(yàn)來確定所述目標(biāo)CTE 溫度相依性。在又一些實(shí)施例中，可基于其它適合參數(shù)來確定所述目標(biāo)CTE溫度相依性。在某些實(shí)施例中，可將所述目標(biāo)CTE溫度相依性表示為一溫度范圍中的平均值及 /或以其它方式相關(guān)的值。舉例來說，在某些實(shí)施例中，所述目標(biāo)CTE溫度相依性可為從室溫(例如，約25°C )到外延生長(zhǎng)溫度(大約1100°C )的平均值。在其它實(shí)施例中，所述目標(biāo)CTE溫度相依性可為適合于生長(zhǎng)SSL結(jié)構(gòu)121的各個(gè)組件的溫度范圍(例如，約800°C與約1100°C之間)的平均值。在其它實(shí)施例中，可將所述目標(biāo)CTE溫度相依性表示為溫度的連續(xù)函數(shù)。方法200的另一階段(方塊204)包含基于所述目標(biāo)CTE溫度相依性來選擇復(fù)合材料102(圖2A)的組分。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇復(fù)合材料102的組分包含選擇所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的組成及體積(或重量)比中的至少一者。舉例來說，可選擇多晶 AlN作為基礎(chǔ)材料，且CTE控制材料(例如A2O3)的組成及/或體積比可經(jīng)選擇以增加復(fù)合材料102在特定溫度范圍中的總CTE值。在其它實(shí)施例中，選擇復(fù)合材料102的組分還可包含選擇用于復(fù)合材料102的其它適合參數(shù)。在前述實(shí)施例中的任一者中，可基于所述目標(biāo)CTE溫度相依性與所述CTE控制材料的CTE溫度相依性之間的CTE差(Δ CTE)來選擇所述CTE控制材料。如圖4中所示，不同材料(例如，Si、多晶Α1Ν、TiN, HfC、GaN、藍(lán)寶石、ZrN及AlN-HfC)具有不同CTE溫度相依性。舉例來說，ZrN具有隨著溫度增加比GaN的CTE更快地增加的CTE。因此，ZrN與GaN 之間的CTE差Δ CTE可隨著溫度增加而增加。因此，如果在大的溫度范圍內(nèi)所述目標(biāo)CTE 溫度相依性為GaN的CTE溫度相依性，那么ZrN可能不適合。然而，如果在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)所述目標(biāo)CTE溫度相依性也以與的CTE溫度相依性大約相同的速率增加，那么可選擇 ZrN0另一方面，HfC具有在從約300Κ到約1300Κ的溫度范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的CTE。因此，如果目標(biāo)溫度相依性也相對(duì)穩(wěn)定，那么可在廣泛溫度范圍內(nèi)選擇HfC。因此，在某些實(shí)施例中， 可通過使所述CTE控制材料的CTE溫度相依性與所述目標(biāo)CTE溫度相依性匹配來選擇所述 CTE控制材料。在其它實(shí)施例中，如果所述CTE控制材料的CTE溫度相依性至少接近所述目標(biāo)CTE溫度相依性，那么可選擇所述CTE控制材料。 參考回到圖3，在某些實(shí)施例中，可基于其在不同溫度范圍中的相應(yīng)CTE溫度相依性來選擇至少兩種CTE控制材料。舉例來說，第一 CTE控制材料(例如J2O3或TiN)可經(jīng)選擇以增加復(fù)合材料102在第一溫度范圍(例如，約25°C到約IlO(TC)內(nèi)的總CTE值。第二 CTE控制材料(例如，HfC)可經(jīng)選擇以增加復(fù)合材料102在第二溫度范圍(例如，約25°C 到約500°C )內(nèi)的總CTE值。 使用一種以上CTE控制材料可在一個(gè)以上溫度范圍中適應(yīng)SSL結(jié)構(gòu)121與復(fù)合結(jié)構(gòu)100之間的CTE差。舉例來說，據(jù)信多晶AlN與GaN/InGaN之間的CTE差足夠大以在冷卻期間引發(fā)GaN/InGaN中的拉伸應(yīng)力，但所述CTE差在800°C與1100°C之間的溫度下的外延生長(zhǎng)期間相對(duì)小(例如，<0.3ppm/°C)。因此，通過選擇具有在低溫度下比在高溫度下更多地修改多晶AlN的CTE值的CTE值的CTE控制材料(例如，HfC)，可維持生長(zhǎng)溫度下的低CTE差同時(shí)減小冷卻期間的熱應(yīng)力。在其它實(shí)施例中，可使用兩種以上CTE控制材料。方法200的另一階段(方塊20 包含基于選定的基礎(chǔ)材料及至少一種CTE控制材料來確定復(fù)合材料102的總CTE溫度相依性。在一個(gè)實(shí)施例中，可基于選定的組成、重量 (或體積)比、相應(yīng)彈性模數(shù)及每一組分的CTE溫度相依性來計(jì)算復(fù)合材料102的總CTE溫度相依性。在另一實(shí)施例中，可憑經(jīng)驗(yàn)來確定復(fù)合材料102的總CTE溫度相依性。在其它實(shí)施例中，可使用前述技術(shù)的組合來確定復(fù)合材料102的總CTE溫度相依性。另一階段(方塊206)比較SSL結(jié)構(gòu)121的CTE溫度相依性與復(fù)合材料102的 CTE溫度相依性且確定所述CTE差是否低于目標(biāo)閾值。所述目標(biāo)閾值可為約0. 3ppm/°C、 0. 2ppm/°C、0. lppm/°C及/或其它適合值?？稍谂c附接形成結(jié)構(gòu)110、生長(zhǎng)SSL結(jié)構(gòu)121及 /或其它適合處理操作相關(guān)聯(lián)的熱處理期間基于熱應(yīng)力閾值來確定CTE差的目標(biāo)閾值。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，可將所述熱應(yīng)力閾值設(shè)定為小于約lOOMPa、小于約200MPa、小于約300MPa或小于約其它適合值?；谒鰺釕?yīng)力閾值，可憑經(jīng)驗(yàn)及/或經(jīng)由其它技術(shù)來確定CTE差的目標(biāo)閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，基于SSL結(jié)構(gòu)121及復(fù)合材料102兩者在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的平均CTE值來計(jì)算所述CTE差。如果所述CTE差大于或等于所述目標(biāo)閾值，那么所述工藝返回到方塊204處的選擇用于復(fù)合材料102的不同及/或額外組分。如果所述CTE差小于所述目標(biāo)閾值，那么所述工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行到指示所述選定組分為可接受的(方塊208)。在其它實(shí)施例中，可依據(jù)目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的溫度來計(jì)算所述CTE差。如果在所述目標(biāo)溫度范圍中的任何溫度下所述CTE差大于或等于所述閾值，那么所述工藝返回到方塊 204處的選擇復(fù)合材料102的組分。如果所述CTE差在整個(gè)目標(biāo)溫度范圍內(nèi)小于所述目標(biāo)閾值，那么所述工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行到指示所述選定組分為可接受的(方塊208)。在其它實(shí)施例中，可在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)將所述CTE差積分，如下\ACTE\ = —\ ACTE(TW
、丄 2 ~ -^l) T1其中T為溫度；Tl為低溫度極限；且T2為目標(biāo)溫度范圍的高溫度極限。如果經(jīng)積分CTE差I(lǐng) ACTEl大于或等于所述閾值，那么所述工藝返回到方塊204處的選擇復(fù)合材料 102的組分；否則，所述工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行到指示所述選定組分為可接受的(方塊208)。如圖5中所示，已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以測(cè)量沉積于復(fù)合結(jié)構(gòu)上的GaN膜的曲率的溫度相依性。使用激光偏轉(zhuǎn)設(shè)備執(zhí)行了此測(cè)量。曲線A為具有(1)具有約的Y2O3含量的多晶 AlN及( 二氧化硅絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率的所測(cè)量溫度相依性。曲線B為其上形成有硅層的復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率的溫度相依性。還針對(duì)每一曲線展示相同結(jié)構(gòu)的所模擬溫度相依性(黑色實(shí)線)。為獲得這些曲線，使用了 Si、SiO2及多晶AlN的彈性模數(shù)及CTE溫度相依性的文獻(xiàn)值。未使用任何擬合參數(shù)來匹配所測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度相依性。然而，調(diào)整了初始曲率值(在25°C下)以計(jì)及開始材料的初始應(yīng)力及扭曲。如圖5中所示，出現(xiàn)曲率的溫度相依性的所測(cè)量數(shù)據(jù)與所模擬數(shù)據(jù)之間的極佳一致性。使用了 MOCVD將GaN膜(具有約3. 5微米的厚度)形成到所述復(fù)合結(jié)構(gòu)上。測(cè)量了具有所述所形成GaN膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率的溫度相依性，且在曲線C中展示所述數(shù)據(jù)。使用所測(cè)量數(shù)據(jù)，提取了所沉積GaN膜的有效CTE溫度相依性。所提取CTE溫度相依性(識(shí)別為“所提取GaN數(shù)據(jù)”)與作為參考的多晶AlN的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)(識(shí)別為“pAIN 數(shù)據(jù)”)一起展示于圖6中。如圖6中所示，所提取CTE溫度相依性偏離a軸GaN的文獻(xiàn)值 (識(shí)別為“文獻(xiàn)GaN數(shù)據(jù)”)?；谇笆鰧?shí)驗(yàn)結(jié)果，據(jù)信，為了減小與外延生長(zhǎng)、外延生長(zhǎng)之后的冷卻及/或其它處理操作相關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力，可通過添加具有比GaN高的CTE值的若干CTE控制材料來在從室溫到生長(zhǎng)溫度(約25°C到約1100°C )的溫度范圍內(nèi)增加多晶AlN的CTE。此些材料的實(shí)例包含了 Y203、A1203、TiCxN(1_x)、ZrCxN(1_x)及 / 或 HfCxN(1_x)。據(jù)信，材料組合的以下實(shí)例適合于形成復(fù)合材料，當(dāng)所述復(fù)合材料用作復(fù)合襯底時(shí)在于600°C與1100°C之間的溫度下生長(zhǎng)的GaN中在25°C下導(dǎo)致了小于的IOOMPa的熱引發(fā)的應(yīng)力1. AlN(χ) Y2O3 (l_x)，0. 75 < χ < 0. 952. AlN(x) :Y203 (y) Al2O3(Ι-χ-y)，0· 75 < χ < 0. 9 且 0. 01 < y < 0. 23. AlN(χ) Y2O3 (y) TiN(l_x_y)4. AlN (χ) Y2O3 (y) ZrN(l-x-y)5. AlN (χ) Y2O3 (y) HfN(l-x-y)6. AlN(x) :Y203 (y) :HfC(l-x-y) ,0. 4 < χ < 0· 7 且 0· 01 < y < 0· 2依據(jù)前文將了解，本文中已出于圖解說明的目的描述了本技術(shù)的特定實(shí)施例，但可在不背離本發(fā)明的情況下作出各種修改。除其它實(shí)施例的元件之外或替代所述其它實(shí)施例的元件，一個(gè)實(shí)施例的元件中的許多元件還可與所述其它實(shí)施例組合。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種用于制造固態(tài)照明SSL裝置的方法，其包括將形成結(jié)構(gòu)附接到復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)在一定溫度范圍內(nèi)具有復(fù)合熱膨脹系數(shù) CTE相依性；減小附接到所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的所述形成結(jié)構(gòu)的厚度；在具有所述減小的厚度的所述形成結(jié)構(gòu)上形成SSL結(jié)構(gòu)，所述SSL結(jié)構(gòu)在所述溫度范圍內(nèi)具有SSL CTE溫度相依性；且其中所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL CTE溫度相依性之間的差低于目標(biāo)閾值?！?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述形成結(jié)構(gòu)包含Si (1，1，1)硅晶片；所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料及含有以下各項(xiàng)中的至少一者的CTE控制材料氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅 (SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)；附接所述形成結(jié)構(gòu)包含經(jīng)由固-固接合將所述Si (1，1，1)硅晶片附接到所述復(fù)合結(jié)構(gòu)；減小所述形成結(jié)構(gòu)的所述厚度包含將摻雜劑植入于所述形成結(jié)構(gòu)中且在將所述形成結(jié)構(gòu)附接到所述復(fù)合結(jié)構(gòu)之后剝落所述摻雜劑；所述形成結(jié)構(gòu)的所述減小的厚度為約10納米到約2微米；形成所述SSL結(jié)構(gòu)包含在具有所述減小的厚度的所述形成結(jié)構(gòu)上形成第一半導(dǎo)體材料、有源區(qū)域及第二半導(dǎo)體材料；所述第一半導(dǎo)體材料含有N型氮化鎵(GaN)； 所述第二半導(dǎo)體材料含有P型GaN ；所述有源區(qū)域包含塊體氮化銦鎵(InGaN)、InGaN單量子阱及GaN/InGaN多量子阱中的至少一者；所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL CTE溫度相依性之間的所述差在所述整個(gè)溫度范圍內(nèi)低于目標(biāo)閾值；且所述目標(biāo)閾值介于約lppm/°C與3ppm/°C之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSLCTE溫度相依性之間的所述差在所述整個(gè)溫度范圍內(nèi)低于所述目標(biāo)閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSLCTE溫度相依性之間的所述差在所述整個(gè)溫度范圍內(nèi)介于約lppm/°C與3ppm/°C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSLCTE溫度相依性之間的積分差在所述整個(gè)溫度范圍內(nèi)低于所述目標(biāo)閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料及含有以下各項(xiàng)中的至少一者的CTE控制材料氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅 (SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)；且所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料具有使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL CTE溫度相依性之間的所述差低于所述目標(biāo)閾值的體積比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料及含有氧化釔(Y2O3)的CTE控制材料；且所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的體積比介于約0. 75到約0. 95之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含基礎(chǔ)材料及CTE控制材料；且所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料具有使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL CTE溫度相依性之間的所述差低于所述目標(biāo)閾值的體積比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含基礎(chǔ)材料、第一 CTE控制材料及第二 CTE控制材料；所述溫度范圍包含第一溫度范圍及第二溫度范圍；所述復(fù)合結(jié)構(gòu)在所述第一溫度范圍中具有對(duì)應(yīng)于所述第一 CTE控制材料的第一溫度相依性；所述復(fù)合結(jié)構(gòu)在所述第二溫度范圍中具有對(duì)應(yīng)于所述第二 CTE控制材料的第二溫度相依性；所述第一 CTE溫度相依性與所述SSL溫度相依性之間的第一差低于所述目標(biāo)閾值；且所述第二 CTE溫度相依性與所述SSL溫度相依性之間的第二差也低于所述目標(biāo)閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料以及含有氧化釔(Y2O3)及碳化鉿 (HfC)的CTE控制材料，如下AlNxIY2O3 (y) :HfC(h_y)，其中 χ 為約 0. 4 到約 0. 7，且 y 為約 0. 01 到約 0. 1。
10.一種用于制造固態(tài)照明SSL裝置的方法，其包括將形成結(jié)構(gòu)附接到具有基礎(chǔ)材料及熱膨脹系數(shù)CTE控制材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)在一定溫度范圍內(nèi)具有復(fù)合CTE溫度相依性；在所述形成結(jié)構(gòu)上形成SSL結(jié)構(gòu)，所述SSL結(jié)構(gòu)在所述溫度范圍內(nèi)具有SSL CTE溫度相依性；及基于在所述溫度范圍內(nèi)所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性之間的目標(biāo)CTE差來選擇所述基礎(chǔ)材料的組成、所述CTE控制材料的組成及所述基礎(chǔ)材料與所述CTE 控制材料的體積比中的至少一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基礎(chǔ)材料含有多晶氮化鋁(AlN)；所述CTE控制材料含有以下各項(xiàng)中的至少一者氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯 (&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)；且選擇包含選擇所述CTE控制材料的所述組成及所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的所述體積比，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性之間的差在所述溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基礎(chǔ)材料含有多晶氮化鋁(AlN)； 所述CTE控制材料含有氧化釔(Y2O3)；且選擇包含選擇所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的所述體積比，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性之間的差在所述溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中選擇包含所述基礎(chǔ)材料的所述組成、所述CTE 控制材料的所述組成及所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的所述體積比中的至少一者，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性之間的差在所述溫度范圍內(nèi)低于 3ppm/°C ο
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述CTE控制材料包含第一 CTE控制材料及第二 CTE控制材料；且選擇包含選擇所述基礎(chǔ)材料的所述組成、所述第一 CTE控制材料的組成及所述基礎(chǔ)材料與所述第一 CTE控制材料的體積比中的至少一者，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE 溫度相依性之間的第一差在第一溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C ；及選擇所述基礎(chǔ)材料的所述組成、所述第二 CTE控制材料的組成及所述第一 CTE控制材料與所述第二 CTE控制材料的體積比中的至少一者，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述 SSL CTE溫度相依性之間的第二差在第二溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述CTE控制材料包含第一 CTE控制材料及第二 CTE控制材料；且選擇包含基于所述第一 CTE控制材料在第一溫度范圍中的溫度相依性來選擇所述第一 CTE控制材料的組成；及基于所述第二 CTE控制材料在第二溫度范圍中的溫度相依性來選擇所述第二 CTE控制材料的組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述CTE控制材料包含第一 CTE控制材料及第二 CTE控制材料；且選擇包含基于在第一溫度范圍中所述第一 CTE控制材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述第一 CTE控制材料的組成；及基于在第二溫度范圍中所述第二 CTE控制材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述第二 CTE控制材料的組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中選擇包含基于在所述溫度范圍中所述CTE控制材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述CTE控制材料的所述組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中選擇包含基于在所述溫度范圍中所述基礎(chǔ)材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述基礎(chǔ)材料的所述組成；及基于在所述溫度范圍中所述CTE控制材料及所述基礎(chǔ)材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述CTE控制材料的所述組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中選擇包含基于在所述溫度范圍中所述基礎(chǔ)材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述基礎(chǔ)材料的所述組成；基于在所述溫度范圍中所述CTE控制材料及所述基礎(chǔ)材料的溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性的比較來選擇所述CTE控制材料的所述組成；及選擇所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的所述體積比，使得所述復(fù)合CTE溫度相依性與所述SSL CTE溫度相依性之間的差在所述溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C。
20.一種固態(tài)照明SSL裝置，其包括 復(fù)合結(jié)構(gòu)，其具有復(fù)合CTE溫度相依性； 形成結(jié)構(gòu)，其在所述復(fù)合結(jié)構(gòu)上；SSL結(jié)構(gòu)，其在所述形成結(jié)構(gòu)上，所述SSL結(jié)構(gòu)具有SSL溫度相依性；且其中所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL溫度相依性之間的差在溫度范圍內(nèi)低于3ppm/°C。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中 所述形成結(jié)構(gòu)包含Si (1，1，1)硅晶片；所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料及含有以下各項(xiàng)中的至少一者的CTE控制材料氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅 (SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)；所述形成結(jié)構(gòu)經(jīng)由固-固接合而附接到所述復(fù)合結(jié)構(gòu)； 所述形成結(jié)構(gòu)具有約10納米到約2微米的厚度；所述SSL結(jié)構(gòu)包含在具有減小的厚度的所述形成結(jié)構(gòu)上的第一半導(dǎo)體材料、有源區(qū)域及第二半導(dǎo)體材料；所述第一半導(dǎo)體材料含有N型氮化鎵(GaN)； 所述第二半導(dǎo)體材料含有P型GaN ；且所述有源區(qū)域包含塊體氮化銦鎵(InGaN)、InGaN單量子阱及GaN/InGaN多量子阱中的至少一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料及含有氧化釔(Y2O3)的CTE控制材料；且所述基礎(chǔ)材料與所述CTE控制材料的體積比介于約0. 75到約0. 95之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料以及含有氧化釔(Y2O3)及碳化鉿 (HfC)的CTE控制材料，如下 AlNx:Y203 (y) :HfC(lTy),其中χ為約0. 4到約0. 7，且y為約0. 01到約0. 1。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN) 的基礎(chǔ)材料及含有以下各項(xiàng)中的至少一者的CTE控制材料氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、 氮化鋯(&N)、氮化鉿(HfN)、氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧氮化鋁(AlON)、碳化鈦 (TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包含含有多晶氮化鋁(AlN)的基礎(chǔ)材料以及含有氧化釔(Y2O3)及氧化鋁 (Al2O3)的CTE控制材料，如下 AlN(X) Y2O3(Y) Al2O3(I-X-Y)' 其中χ為約0. 75到約0. 9，且y為約0. 01到約0. 2。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)基本上由多晶氮化鋁(AlN)及氧化釔(Y2O3)組成；且 AlN與Y2O3的體積比介于約0. 75到約0. 95之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)基本上由多晶氮化鋁(AlN)、氧化釔(Y2O3)及碳化鉿(HfC)組成，如下 AlNx:Y203 (y) :HfC(lTy),其中χ為約0. 4到約0. 7，且y為約0. 01到約0. 1。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的SSL裝置，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)基本上由多晶氮化鋁(AlN)、氧化釔(Y2O3)及氧化鋁(Al2O3)組成，如下AlN(X) Y2O3(Y) Al2O3(I-X-Y)'其中χ為約0. 75到約0. 9，且y為約0. 01到約0. 2。
全文摘要
本文中揭示外延形成結(jié)構(gòu)及制造具有目標(biāo)熱膨脹特性的固態(tài)照明“SSL”裝置的相關(guān)方法。在一個(gè)實(shí)施例中，SSL裝置包含具有復(fù)合CTE溫度相依性的復(fù)合結(jié)構(gòu)、在所述復(fù)合結(jié)構(gòu)上的形成結(jié)構(gòu)及在所述形成結(jié)構(gòu)上的SSL結(jié)構(gòu)。所述SSL結(jié)構(gòu)具有SSL溫度相依性，且所述復(fù)合CTE溫度相依性與SSL溫度相依性之間的差在溫度范圍內(nèi)低于3ppm/℃。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102484173SQ201080040476
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者托馬斯·平寧頓 申請(qǐng)人:美光科技公司