半導體裝置和制造半導體裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導體裝置和一種制造該半導體裝置的方法。所述方法包括：在GaN基底上形成第一GaN層、犧牲層和第二GaN層，其中，犧牲層的帶隙比這些GaN層的帶隙窄；形成貫穿第二GaN層和犧牲層的凹槽；在第二GaN層上生長GaN基半導體層以形成半導體堆疊件；在半導體堆疊件上形成支撐基底；以及通過蝕刻犧牲層來從半導體堆疊件去除GaN基底。因此，由于利用凹槽蝕刻犧牲層，所以可以在不損壞支撐基底的情況下使支撐基底與半導體堆疊件分離。
【專利說明】半導體裝置和制造半導體裝置的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體裝置和一種制造該半導體裝置的方法，更具體地講，涉及一種發(fā)光二極管和一種制造該發(fā)光二極管的方法。
【背景技術】
[0002]通常，由于諸如氮化鎵(GaN)和氮化鋁(AlN)的第III族氮化物具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和直接躍遷型能帶結構，因此最近第III族氮化物在可見和紫外區(qū)域中作為用于發(fā)光裝置的材料而備受關注。特別地，利用氮化銦鎵(InGaN)的藍色和綠色發(fā)光裝置已經(jīng)用于各種應用，例如，大尺寸全彩色平板顯示器、交通燈、室內(nèi)照明、高密度光源、高分辨率輸出系統(tǒng)和光學通信等。
[0003]由于難于制造能夠在其上生長第III族氮化物半導體層的均質(zhì)基底，因此通過諸如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)的工藝使第III族氮化物半導體層生長在晶體結構與第III族氮化物半導體層相似的異質(zhì)基底上。具有六方晶系結構的藍寶石基底(特別地，具有c平面作為生長表面的藍寶石基底)通常被用作異質(zhì)基底。近來，已經(jīng)開發(fā)了通過下述步驟來制造具有豎直結構的高效發(fā)光二極管(LED)的技術:在諸如藍寶石基底的異質(zhì)基底上生長諸如氮化物半導體層的外延層，將支撐基底結合到外延層，然后利用激光剝離技術等分離異質(zhì)基底。由于諸如藍寶石基底的異質(zhì)基底和生長在異質(zhì)基底上的外延層具有不同的物理性質(zhì)，因此可以利用異質(zhì)基底和外延層之間的界面容易地分離生長基底。
[0004]然而，生長在異質(zhì) 基底上的外延層由于外延層與生長基底之間的晶格失配以及外延層與生長基底之間的熱膨脹系數(shù)的不同而具有相對較高的位錯密度。生長在藍寶石基底上的外延層通常具有l(wèi)E8/cm2或更大的位錯密度。對利用具有這樣高位錯密度的外延層改善LED的發(fā)光效率存在著局限性。
[0005]此外，沿c軸方向生長的GaN基化合物半導體層具有由自發(fā)極化和壓電極化導致的極性。因此，電子和空穴的復合率降低，并且在改善發(fā)光效率方面存在著局限性。
[0006]同時，最近已經(jīng)展開了對通過將GaN基底用作生長基底生長外延層來制造LED的研究。然而，由于GaN基底與生長在其上的外延層是均質(zhì)的，因此難于通過將GaN基底與外延層分離開來制造具有豎直結構的高效LED。
[0007]由于生長在a平面或m平面上的GaN基化合物半導體層是非極性的，因此在GaN基化合物半導體層中不出現(xiàn)自發(fā)極性或壓電極性。然而，在a平面或m平面上生長GaN基化合物半導體層具有許多要解決的問題，因此目前還沒有被廣泛應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術問題
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種去除了生長基底的具有豎直結構的高效發(fā)光二極管(LED)和一種制造該高效發(fā)光二極管的方法。[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造去除了氮化鎵(GaN)生長基底的具有豎直結構的高效LED的方法。
[0011]本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有改善的光提取效率的高效LED和一種制造高效LED的方法。
[0012]本發(fā)明的還一目的在于提供一種制造非極性或半極性LED的方法。
[0013]本發(fā)明的還一目的在于提供一種具有種子層的半導體裝置基底和一種利用該半導體裝置基底制造半導體裝置的方法，其中，種子層的材料、晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)分別與將生長在其上的半導體層的材料、晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)相同或相似。
[0014]技術方案
[0015]本發(fā)明提供了一種半導體裝置，特別地涉及一種發(fā)光二極管(LED)和一種制造發(fā)光二極管的方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種LED，所述LED包括:支撐基底；半導體堆疊件，布置在支撐基底上并具有氮化鎵(GaN)基ρ型半導體層、GaN基活性層和GaN基η型半導體層；ρ電極層，在支撐基底和半導體堆疊件之間與P型半導體層歐姆接觸；以及透明氧化物層，布置在半導體堆疊件上并且具有凹凸圖案，其中，半導體堆疊件形成為具有5 X IOVcm2或更小的位錯密度。
[0016]因此，因半導體層的低位錯密度和晶體質(zhì)量而能夠緩解LED的下垂現(xiàn)象，LED的下垂現(xiàn)象可能因位錯密度的增大而產(chǎn)生。半導體堆疊件可以由生長在GaN基底上的半導體層形成。此外，能夠利 用具有凹凸圖案的透明氧化物層來提取光，從而改善LED的光提取效率。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種LED，所述LED包括:支撐基底；半導體堆疊件，布置在支撐基底上并具有GaN基ρ型半導體層、GaN基活性層和GaN基η型半導體層；P電極層，在支撐基底和半導體堆疊件之間與P型半導體層歐姆接觸；η電極層，布置在支撐基底和半導體堆疊件之間并且通過貫穿P型半導體層和活性層的通孔連接至η型半導體層；以及絕緣層，用于使P電極層和η電極層彼此絕緣，其中，半導體堆疊件形成為具有5 X IOVcm2或更小的位錯密度。
[0018]通過在半導體堆疊件和支撐基底之間設置ρ電極層和η電極層，能夠防止在光發(fā)射表面發(fā)生光損失。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造LED的方法，所述方法包括:在GaN基底上形成第一 GaN層、犧牲層和第二GaN層，其中，犧牲層的帶隙比這些GaN層的帶隙窄；形成貫穿第二 GaN層和犧牲層的凹槽；在第二 GaN層上生長GaN基半導體層以形成半導體堆疊件；在半導體堆疊件上形成支撐基底；以及通過蝕刻犧牲層來從半導體堆疊件去除GaN基
。
[0020]可以利用光增強化學蝕刻技術來蝕刻犧牲層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種制造LED的方法，所述方法包括:在GaN基底上形成GaN層和犧牲層。犧牲層由帶隙比GaN層的帶隙窄的GaN基半導體形成。所述方法還包括在犧牲層上生長GaN基半導體層以形成半導體堆疊件；形成貫穿半導體堆疊件和犧牲層的凹槽；在半導體堆疊件上形成支撐基底；以及通過蝕刻犧牲層以使GaN基底與半導體堆疊件分開。
[0022]犧牲層可以由InGaN形成?？梢岳霉庠鰪娀瘜W蝕刻技術來執(zhí)行對犧牲層的蝕亥|J。例如，可以通過利用穿過KOH或NaOH溶液中的GaN基底的光照射犧牲層來執(zhí)行對犧牲層的蝕刻。
[0023]在去除GaN基底之后，可以在η型半導體層上形成具有凹凸圖案的透明氧化物層。
[0024]半導體堆疊件包括GaN基η型半導體層、GaN基活性層和GaN基ρ型半導體層。所述方法還可以包括:在形成支撐基底之前，形成與半導體堆疊件的P型半導體層歐姆接觸的P電極層。
[0025]在一些實施例中，所述方法還可以包括:在形成支撐基底之前，形成用于填充凹槽的填充物。在形成填充物之前，可以使P電極層形成為限制在半導體堆疊件的范圍內(nèi)。可選擇地，在形成填充物之后，可以形成P電極層以覆蓋半導體堆疊件和填充物。
[0026]所述方法還可以包括在支撐基底下方形成結合焊盤。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種制造LED的方法，所述方法包括:導電基底；布置在基底上的氮化鎵(GaN)基半導體堆疊件。這里，半導體堆疊件包括作為半極性半導體層的活性層。
[0028]GaN基半導體堆疊件包括生長在半極性GaN基底上的半導體層。半極性GaN基底可以是具有關于c平面以15度至85度范圍的角度傾斜的主表面的斜切半極性GaN基底。
[0029]在一些實施例中，導電基底可以是半極性GaN基底，但是不限于此。例如，基底可以是附著到半導體堆疊件的金屬基底。另外，反射層可以布置在導電基底和半導體堆疊件之間。 [0030]LED還可以包括布置在半導體堆疊件上的透明氧化物層，透明氧化物層可以具有凹凸圖案。半導體堆疊件的鄰近于透明氧化物層的上表面可以具有凹凸圖案。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種制造LED的方法，所述方法包括:準備具有關于c平面以15度至85度范圍的角度傾斜的主表面的斜切半極性GaN基底；在基底上生長半極性GaN基半導體層以形成半導體堆疊件。
[0032]所述方法還可以包括在半導體堆疊件上形成透明氧化物層。透明氧化物層可以具有凹凸圖案。
[0033]在一些實施例中，所述方法還可以包括在半導體堆疊件上形成反射層；在反射層上附著支撐基底；去除半極性GaN基底。
[0034]在將半導體堆疊件形成在基底上之前，可以利用電化學蝕刻技術在半極性GaN基底上形成具有多孔結構的氮化物層?？梢岳镁哂卸嗫捉Y構的氮化物層來使半極性GaN基底與半導體堆疊件分開。
[0035]在去除半極性GaN基底之后，可以在半導體堆疊件的表面上形成凹凸圖案。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種制造半導體裝置的方法，所述方法包括:準備支撐基底和炔基底；在支撐基底的一個表面上形成接合層；利用接合層使炔基底接合在支撐基底的所述一個表面上；將炔基底切割成距離接合層預定的厚度并使其分開以形成種子層。
[0037]炔基底可以包括GaN。
[0038]可以利用氫化物氣相外延(HVPE)技術、Na融法技術或氨熱法技術來制造炔基底。
[0039]接合層可以由包括Zn、S1、Ga和Al中的至少一種的氧化物或者包括S1、Ga或Al中的至少一種的氮化物制成。[0040]所述方法還可以包括:在接合支撐基底和炔基底之前，在接合層上形成金屬中間層。
[0041 ] 在將支撐基底和炔基底接合在一起時，可以以島的形狀形成金屬中間層。
[0042]支撐基底可以是藍寶石基底、AlN基底、Ge基底或SiC基底。
[0043]支撐基底可以具有形成在其一個表面上的凹凸圖案。
[0044]所述方法還可以包括:在形成種子層之后，在種子層上形成至少包括第一導電半導體層、活性層和第二導電半導體層的多個半導體層；使半導體層圖案化以形成暴露第一導電半導體層的一部分的半導體堆疊件；在半導體堆疊件的第二導電半導體層上形成透明導電氧化物(TCO)層；以及分別在被暴露的第一導電半導體層和TCO層上形成第一電極和第二電極。
[0045]所述方法還可以包括:在形成多個半導體層之前，使種子層的表面平面化。
[0046]TCO層可以包括位于其表面上的凹凸部分。
[0047]在第二導電半導體層上形成TCO層的步驟可以包括:在半導體堆疊件上形成第一TCO層；在第一 TCO層上形成光刻膠圖案；在其上形成有光刻膠圖案的第一 TCO層上形成第二 TCO層；以及利用剝離技術去除光刻膠圖案的一部分和形成在光刻膠圖案上的第二 TCO
層。
[0048]在第二導電半導體層上形成TCO層的步驟可以包括:在TCO層上形成具有多個開口區(qū)域的光刻膠圖案；利用光刻膠圖案作為掩模通過將TCO層的表面濕法蝕刻至預定的深度在TCO層的表面上形成凹凸部分。
[0049]所述方法還可以包括:在形成種子層之后，在種子層上形成至少包括第一導電半導體層、活性層和第二導電半導體層的多個半導體層；在多個半導體層的第二導電半導體層上形成蝕刻停止圖案；在其上形成有蝕刻停止圖案的種子層上形成金屬結合層；在金屬結合層上形成金屬基底；分離支撐基底；使多個半導體層圖案化以形成半導體堆疊件；在通過分離支撐基底而被暴露的表面上形成TCO層；以及在TCO層上形成電極焊盤。
[0050]所述方法還可以包括:在形成TCO層之前去除種子層，在分離支撐基底之后形成TCO 層。
[0051]所述方法還可以包括:在形成金屬結合層之前在多個半導體層和金屬結合層之間形成歐姆反射圖案，在形成多個半導體層之后形成金屬結合層。
[0052]歐姆反射圖案可以布置在蝕刻停止圖案的開口區(qū)域中。
[0053]所述方法還可以包括在形成多個半導體層之前使種子層的表面平面化。
[0054]TCO層可以包括形成在其表面上的凹凸圖案。
[0055]在支撐基底已經(jīng)與其分離的表面上形成TCO層的步驟可以包括:在支撐基底已經(jīng)與其分離的表面上形成第一 TCO層；在第一 TCO層上形成光刻膠圖案；在其上形成有光刻膠圖案的第一 TCO層上形成第二 TCO層；利用剝離技術去除光刻膠圖案的一部分和形成在光刻膠圖案上的第二 TCO層。
[0056]在支撐基底已經(jīng)與其分離的表面上形成TCO層的步驟可以包括:在支撐基底已經(jīng)與其分離的表面上形成具有多個開口區(qū)域的光刻膠圖案；利用光刻膠圖案作為掩模通過將TCO層的表面濕法蝕刻預定的深度來在TCO層的表面上形成凹凸部分。
[0057]有益效果[0058]根據(jù)本發(fā)明，將氮化鎵(GaN)基底用作生長基底來生長半導體層，使得能夠形成具有低位錯密度的半導體堆疊件。另外，可以通過從半導體堆疊件去除GaN基底來制造具有豎直結構的發(fā)光二極管(LED)，從而提供高效LED。由于生長在GaN基底上的半導體層的位錯密度非常低，因此在利用傳統(tǒng)的光增強化學蝕刻來提供粗糙表面方面存在著局限性，并且因此難于改善光提取效率。然而，根據(jù)本發(fā)明，能夠利用具有凹凸圖案的透明氧化物層來改善LED的光提取效率。
[0059]另外，由于通過蝕刻犧牲層來使GaN基底與半導體堆疊件分離，因此GaN基底可以被再使用。
[0060]同時，提供了一種包括作為半極性半導體層的活性層的LED，從而可以減少或去除極化，因此改善發(fā)光效率。另外，利用斜切GaN基底生長半導體層，從而可以相對容易地生長半極性半導體層。此外，通過電化學蝕刻技術來分離GaN基底，從而能夠再使用GaN基底，因此減少制造成本。
[0061]另外，能夠制造具有種子層的半導體裝置基底并且能夠利用該半導體裝置基底來制造半導體裝置，其中，種子層的材料、晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)分別與將生長在其上的半導體層的材料、晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)相同或相似。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0062]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光二極管(LED)的剖視圖。
[0063]圖2至圖6是示出制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED的方法的剖視圖。
[0064]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的分離氮化鎵(GaN)基底的工藝的剖視圖。
[0065]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的剖視圖。
[0066]圖9至圖12是示出制造根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的方法的剖視圖。
[0067]圖13至圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的制造LED的方法的剖視圖和平面圖。
[0068]圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的分離GaN基底的工藝的示意圖。
[0069]圖21是示出斜切GaN基底的剖視圖。
[0070]圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED的剖視圖。
[0071]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED的剖視圖。
[0072]圖24至圖26是示出制造圖23的LED的方法的剖視圖。
[0073]圖27是示出分離后的GaN基底的剖視圖。
[0074]圖28至圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖。
[0075]圖31是示出在本發(fā)明的方法中另一類型的支撐基底的剖視圖。
[0076]圖32和圖33是示出根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖和平面圖。
[0077]圖34和圖35是示出在透明導電氧化物(TCO)層的表面上形成凹凸圖案的方法的首1J視圖。
[0078]圖36和圖37是示出根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖?！揪唧w實施方式】
[0079]在下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。提供下面的實施例，僅出于示出的目的，使得本領域技術人員可以充分地理解本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明不限于下面的實施例，而是可以以其他形式來實施。在附圖中，為了示出的方便夸大了元件的寬度、長度和厚度等。在整個說明書和附圖中，同樣的附圖標記表示同樣的元件。
[0080]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光二極管(LED)的剖視圖。
[0081]參照圖1，LED可以包括支撐基底31、半導體堆疊件30、p電極層27、結合金屬33、透明氧化物層35和η電極焊盤37。LED還可以包括結合焊盤39。
[0082]支撐基底31與用于在其上生長化合物半導體層的生長基底是有區(qū)別的。支撐基底31是附著到已經(jīng)生長的化合物半導體層的二次基底。支撐基底31可以是導電基底，例如，金屬基底或半導體基底。
[0083]半導體堆疊件30布置在支撐基底31上，并且包括ρ型化合物半導體層25、活性層23和η型化合物半導體層21。在半導體堆疊件30中，ρ型化合物半導體層25被布置成比η型化合物半導體層21靠近于支撐基底31。
[0084]η型化合物半導體 層21、活性層23和ρ型化合物半導體層25可以由例如(Al, Ga, In)N半導體的基于第III族-N的化合物半導體形成。η型化合物半導體層21和P型化合物半導體層25中的每個可以形成為單層或多層。例如，η型化合物半導體層21和/或P型化合物半導體層25可以包括接觸層和覆層，并且還可以包括超晶格層?；钚詫?3可以具有單量子阱結構或多量子阱結構。
[0085]半導體堆疊件30可以形成為具有5X IOfVcm2或更小的位錯密度。通常，生長在藍寶石基底上的半導體層具有I X 107cm2或更大的較高的位錯密度。另一方面，當根據(jù)本發(fā)明的半導體堆疊件30使用的是利用氮化鎵(GaN)基底用作生長基底生長的半導體層21、23和25時，半導體堆疊件30可以形成為具有5X IOfVcm2或更小的較低的位錯密度。位錯密度的下限沒有具體限制，而是可以不少于1\104/(^2或不少于1\106/(^2。如果半導體堆疊件30中的位錯密度降低，則可以緩解可能因電流的增大而產(chǎn)生的下垂。
[0086]ρ電極層27布置在ρ型化合物半導體層25和支撐基底31之間。ρ電極層27與P型化合物半導體層25歐姆接觸，P電極層27可以包括反射金屬層和阻擋金屬層。反射金屬層可以包括例如諸如Ag的反射層。阻擋金屬層覆蓋反射金屬層，從而防止諸如Ag的反射金屬的金屬材料的擴散。阻擋金屬層可以包括例如Ni層。
[0087]同時，支撐基底31可以通過結合金屬33結合在ρ電極層27上。結合金屬33可以通過例如Au-Sn共熔結合來形成?？蛇x擇地，支撐基底31可以利用鍍覆技術形成在ρ電極層27上。
[0088]結合焊盤39形成在支撐基底31下方。結合焊盤39可以由諸如適于共熔結合的Au-Sn的金屬材料形成。當LED安裝在印刷電路板或引線框架等上時，使用結合焊盤39。結合焊盤39由導熱性高的金屬材料形成，以改善LED的散熱特性。
[0089]透明氧化物層35可以布置在半導體堆疊件30(即，η型化合物半導體層21)上。透明氧化物層35可以被圖案化成在其表面上具有凹凸圖案。透明氧化物層35可以由諸如氧化鋅(ZnO)或氧化銦錫(ITO)的導電氧化物的層或者諸如氧化硅(SiO2)的絕緣氧化物的層形成。透明氧化物層35可以通過凹凸圖案將半導體堆疊件30中產(chǎn)生的光令人滿意地發(fā)射到LED的外部。
[0090]η電極焊盤37可以布置在透明氧化物層35上。η電極焊盤37可以通過透明氧化物層35電連接到η型化合物半導體層21。可選擇地，η電極焊盤37可以與η型化合物半導體層21直接接觸。為此，可以在透明氧化物層35中形成用于暴露穿過其的η型化合物半導體層21的開口。
[0091]在這個實施例中，盡管已經(jīng)描述了具有凹凸圖案的透明氧化物層35布置在η型化合物半導體層21上，但是可以代替透明氧化物層35而在η型化合物半導體層21的表面中形成用于光提取的粗糙表面或凹凸表面，或者除了透明氧化物層35以外還可以在η型化合物半導體層21的表面中形成用于光提取的粗糙表面或凹凸表面。
[0092]圖2至圖6是示出制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED的方法的剖視圖。
[0093]參照圖2，在GaN基底11上生長第一 GaN層13、犧牲層15和第二 GaN層17。這里，犧牲層15可以形成為基于GaN的層，例如，帶隙比第一 GaN層13的帶隙窄的InGaN層。第一 GaN層13可以由沒有有意地摻雜雜質(zhì)的未摻雜的GaN形成，犧牲層15可以通過摻雜諸如Si的η型雜質(zhì)來形成。第一 GaN層13執(zhí)行防止GaN基底11在蝕刻犧牲層15時被損壞的功能。
[0094]同時，第二 GaN層17可以由沒有有意地摻雜雜質(zhì)的未摻雜的GaN形成，并且可以用作用于隨后生長外 延層的種子層。
[0095]參照圖3，通過使第二 GaN層17和犧牲層15圖案化來形成凹槽19。凹槽19可以貫穿第一 GaN層13。凹槽19可以利用干法蝕刻技術或激光蝕刻技術形成。由于使用第二GaN層17和第一 GaN層13，因此凹槽19的深度比犧牲層15的厚度大。
[0096]多個凹槽19可以被布置成條狀或者可以被布置成彼此互相連接的網(wǎng)狀。兩個相鄰的凹槽19之間間隔優(yōu)選為大約Icm或更小。此外，凹槽19可以形成為與LED的芯片的尺寸相對應，或者可以形成得更密集。
[0097]參照圖4，在第二 GaN層17上形成包括GaN基η型半導體層21、GaN基活性層23和GaN基ρ型半導體層25的半導體堆疊件30。η型半導體層21生長在第二 GaN層17上并通過橫向生長覆蓋凹槽19?；钚詫?3和ρ型半導體層25生長在η型半導體層21上。
[0098]η型半導體層21和ρ型半導體層25中的每個可以形成為單層或多層?；钚詫?3可以形成為具有單量子阱結構或多量子阱結構。半導體層21、23和25生長在GaN基底11上，以具有大約5X IOfVcm2或更小的位錯密度。
[0099]可以通過包括金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)等的工藝來生長第一 GaN層13、第二 GaN層17、犧牲層15和化合物半導體層21、23和25。
[0100]參照圖5，在半導體堆疊件30上形成P電極層27。P電極層27與ρ型半導體層25歐姆接觸。ρ電極層27可以包括反射金屬層和阻擋金屬層。
[0101]隨后，使支撐基底31附著在ρ電極層27上?？梢耘c半導體堆疊件30分別地制造支撐基底31,然后可以通過結合金屬33將支撐基底31結合在ρ電極層27上?？蛇x擇地，支撐基底31可以通過鍍覆技術形成在ρ電極層27上。支撐基底31可以是導電基底，例如，金屬基底或半導體基底。
[0102]參照圖6，在形成支撐基底31之后，去除GaN基底11并去除第二 GaN層17，從而暴露半導體堆疊件30的η型半導體層21的表面?？梢岳酶煞ㄎg刻、掩?；驋伖饧夹g來去除第二 GaN層17。
[0103]可以利用光增強化學蝕刻技術使GaN基底11與半導體堆疊件30分離。圖7是示出使GaN基底11分離的工藝的剖視圖。
[0104]參照圖7，當如參照圖5所描述地形成支撐基底31之后，將包括GaN基底11的整個對象浸入在包含KOH或NaOH溶液110的浴槽100中。然后，利用紫外(UV)燈40朝著GaN基底11照射光。在這種情況下，除了將被犧牲層15吸收的波長的光L2以外，利用濾波器45預過濾從UV燈40產(chǎn)生的光LI之中的將被GaN基底11吸收的波長的光。例如，可以通過在藍寶石基底41上生長GaN層43來形成濾波器45。因此，GaN層43預先阻擋將被GaN基底11吸收的波長的光。 [0105]因此，穿過GaN基底11透射的光L2穿過浴槽100中的GaN基底11照射到犧牲層15上。犧牲層15的側表面暴露到凹槽19的內(nèi)壁并且也吸收光L2。因此，犧牲層15被滲透到凹槽19中的KOH溶液或NaOH溶液110蝕刻。
[0106]可以通過利用發(fā)射特定波長的光(即，將穿過GaN基底11透射并且被犧牲層15吸收的波長的光)的激光或LED代替UV燈40來照射光。
[0107]根據(jù)這個實施例，由于凹槽19形成在基底11上，因此在基底11的邊緣區(qū)域和內(nèi)區(qū)域中蝕刻犧牲層15。因此，即使在基底11的尺寸相對大時，GaN基底11也可以容易地與半導體堆疊件30分離。另外，可以通過調(diào)整兩個相鄰的凹槽19之間的間隔來適當?shù)乜刂茽奚鼘?5的蝕刻時間。
[0108]在去除GaN基底11之后，可以如上所述地去除第二 GaN層17。因此，暴露η型半導體層21的表面并且局部蝕刻η型半導體層21，以形成粗糙表面或凹凸圖案?？梢酝ㄟ^在η型半導體層21上氣相沉積透明氧化物層(圖1的35)并使沉積的透明氧化物層圖案化來形成凹凸圖案。然后，可以形成η電極焊盤37和結合焊盤39，并將半導體堆疊件30劃分成單個LED，從而得到圖1的完成的LED。
[0109]如果將傳統(tǒng)的藍寶石基底用作生長基底，則由于藍寶石基底的物理性質(zhì)與生長在藍寶石基底上的半導體層的物理性質(zhì)不同，所以可以利用基底與半導體層之間的界面容易地分離藍寶石基底。然而，如果將GaN基底11用作生長基底，則由于GaN基底11與生長在GaN基底11上的半導體層21、23和25由均質(zhì)材料制成，所以難于利用基底11與半導體層21、23和25之間的界面分離基底11。
[0110]因此，在本發(fā)明中，利用犧牲層15分離GaN基底11。因此，可以在不損壞GaN基底11的情況下使GaN基底11與半導體堆疊件分離。由于沒有損壞分離的GaN基底11，因此可以將GaN基底11再用作生長基底。
[0111]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的剖視圖。
[0112]參照圖8，LED包括支撐基底51、半導體堆疊件30、ρ電極層27a、絕緣層29、η電極層47、結合金屬53、透明氧化物層55和ρ電極焊盤57。LED還可以包括結合焊盤59。
[0113]這里，由于半導體堆疊件30、支撐基底51、結合金屬53、透明氧化物層55和結合焊盤59與圖1的LED的元件相似，因此將省略對其的詳細描述。然而，半導體堆疊件30可以布置在支撐基底51的局部區(qū)域上。即，支撐基底51具有比半導體堆疊件30的區(qū)域相對寬的區(qū)域，半導體堆疊件30布置在支撐基底51的局部區(qū)域上。此外，半導體堆疊件30具有貫穿P型半導體層25和活性層23的通孔30a。多個通孔30a可以形成為均勻地分布。
[0114]與參照圖1描述的ρ電極層27相似，ρ電極層27a與ρ型半導體層25歐姆接觸，并且可以包括反射金屬層和阻擋金屬層。P電極層27a與ρ型半導體層25接觸并且具有用于暴露貫穿其的通孔30a的開口。
[0115]η電極層47布置在半導體堆疊件30與支撐基底51之間，并通過通孔30a電連接至η型半導體層21。η電極層47與ρ電極層27a、ρ型半導體層25和活性層23分隔開并且與P電極層27a、ρ型半導體層25和活性層23絕緣。
[0116]絕緣層29布置在η電極層47和ρ電極層27a之間，使得η電極層47和ρ電極層27a彼此分隔開。例如，絕緣層29覆蓋ρ電極層27a的下表面。另外，絕緣層29覆蓋通孔30a的內(nèi)壁，從而使ρ型半導體層25和活性層23與η電極層47絕緣。
[0117]ρ電極層27a延伸至半導體堆疊件30的下部區(qū)域的外部，P電極焊盤57布置在延伸的P電極層27a上。
[0118]根據(jù)這個實施例，η電極層47布置在支撐基底51和半導體堆疊件30之間。因此，能夠防止穿過透明氧化物層55從活性層23發(fā)射的光因圖1中示出的η電極焊盤37而損失。如果使用多個通孔30a，則η電極層47可以在η型半導體層21中在多個點處與η型半導體層21接觸，因此，電流可以均等地分散在LED中。
[0119]圖9至圖12是示出制造根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的方法的剖視圖。
[0120]參照圖9， 如參照圖2至圖4所述，在GaN基底11上生長第一 GaN層13、犧牲層15和第二 GaN層17 ;形成凹槽19 ;在第二 GaN層17上生長包括η型半導體層21、活性層23和P型半導體層25的半導體堆疊件30。
[0121]然后，在半導體堆疊件30上形成ρ電極層27a。ρ電極層27a形成為具有開口。隨后，通過使半導體堆疊件30圖案化來形成貫穿第二半導體層25和活性層23的通孔30a。可以在形成通孔30a之后形成ρ電極層27a。對于通孔30a，可以在一個LED區(qū)域中形成一個或多個通孔。
[0122]參照圖10，形成絕緣層29以覆蓋ρ電極層27a。絕緣層29也可以覆蓋通孔30a的內(nèi)壁。絕緣層29可以由氧化硅或氮化硅形成。另外，絕緣層29可以通過交替地氣相沉積SiO2和TiO2來形成為分布式布拉格反射器。絕緣層29在通孔30a的底部具有用于暴露η型半導體層21的開口。
[0123]在絕緣層29中形成η電極層47。η電極層47通過通孔30a電連接至η型半導體層21。η電極層47通過絕緣層29與ρ電極層27a電絕緣。η電極層47也與ρ型半導體層25和活性層23分隔開。
[0124]然后，在η電極層47上附著支撐基底51。在與半導體堆疊件30分別地制造之后，支撐基底51可以通過結合金屬53結合在η電極層47上?？蛇x擇地,支撐基底51可以通過鍍覆技術形成在η電極層47上。支撐基底51可以是導電基底，例如，金屬或半導體基底。
[0125]參照圖11，如參照圖6所述，在形成支撐基底51之后，去除GaN基底11并去除第二 GaN層17，使得暴露半導體堆疊件30的η型半導體層21的表面。
[0126]如參照圖7所述，可以利用光增強化學蝕刻技術使GaN基底11與半導體堆疊件30分離，為了避免冗余將省略對其的詳細描述。
[0127]參照圖12，在被暴露的η型半導體層21上形成具有凹凸圖案的透明氧化物層55。同時，去除半導體堆疊件30的一部分以暴露ρ電極層27a的一部分，如圖8中所示在被暴露的P電極層27a上形成ρ電極焊盤57。結合焊盤59可以形成在支撐基底51的底部處，半導體堆疊件30被分成單個LED，從而得到圖8的完成的LED。
[0128]根據(jù)這個實施例，在半導體堆疊件30和支撐基底51之間設置η電極層47，從而提供能夠防止在光發(fā)射表面處光損失的LED。
[0129]圖13至圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的制造LED的方法的剖視圖和平面圖，其中，圖15是平面圖，其他圖是剖視圖。
[0130]參照圖13，在GaN基底11上生長GaN層13和犧牲層15。這里，犧牲層15可以形成為基于GaN的層，例如，帶隙比GaN層13的帶隙窄的InGaN層。第一 GaN層13可以由沒有被有意摻雜雜質(zhì)的未摻雜的GaN形成，犧牲層15可以通過諸如Si的η型雜質(zhì)的摻雜來形成。GaN層13執(zhí)行防止在蝕刻犧牲層15時GaN基底11受損的功能。
[0131]在犧牲層15上形成包括GaN基η型半導體層21、GaN基活性層23和GaN基ρ型半導體層25的半導體堆疊件30。
[0132]η型半導體層21和ρ型半導體層25中的每個可以形成為單層或多層?；钚詫?3可以形成為具有單量子阱結構或多量子阱結構。如果半導體層21、23和25生長在GaN基底11上，則它們可以形成為具有大約5X IOfVcm2或更小的位錯密度。
[0133]可以通過包括MOCVD或MBE等的工藝來生長GaN層13、犧牲層15以及化合物半導體層21,23和25。
[0134]參照圖14，使半導 體堆疊件30與犧牲層15圖案化來形成凹槽30a。凹槽30a可以貫穿GaN層13?？梢岳酶煞ㄎg刻技術或激光劃片技術來形成凹槽30a。
[0135]如圖15中所示，凹槽30a可以在晶片10上形成為將半導體堆疊件30劃分成四等份。然而，凹槽30a的形狀不限于圖15的凹槽30a的形狀，而是可以根據(jù)基底11的尺寸而不同地變化。這里，由凹槽30a限定的每個區(qū)域的尺寸或由凹槽30a和晶片10的邊緣限定的每個區(qū)域的尺寸與LED芯片的尺寸相等或比LED芯片的尺寸相對大。
[0136]參照圖16，在半導體堆疊件30上形成ρ電極層27。ρ電極層27與ρ型半導體層25歐姆接觸。ρ電極層27可以包括反射金屬層和阻擋金屬層。
[0137]在一些實施例中，在形成ρ電極層27之前，可以形成用于填充凹槽30a的填充物29。填充物29可以例如通過旋涂光刻膠或SOG等來形成。
[0138]在其他實施例中，在ρ電極層27形成為被限制在半導體堆疊件30的范圍內(nèi)之后，可以形成填充物29。即，在半導體堆疊件30上形成ρ電極層27，以暴露凹槽30a，然后填充物29可以填充由半導體堆疊件30和ρ電極層27界定的凹槽。
[0139]參照圖17，然后將支撐基底31附著在ρ電極層27上。在與半導體堆疊件30分別制造之后，可以通過結合金屬33將支撐基底31結合在ρ電極層27上。支撐基底31可以通過鍍覆工藝形成在P電極層27上。支撐基底31可以是導電基底，例如，金屬基底或半導體基底。支撐基底31布置在彼此分開的半導體堆疊件30上，從而使半導體堆疊件30彼此
結合?
[0140]參照圖18，利用濕法蝕刻技術去除填充物29。可以根據(jù)填充物的材料適當?shù)剡x擇諸如緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)、HF或丙酮的有機溶劑來去除填充物29。例如，如果填充物由SOG形成，則可以使用BOE或HF。如果填充物是光刻膠，則可以使用諸如丙酮的有機溶劑。當去除填充物29時，通過GaN基底11和支撐基底31之間的凹槽30a來形成通道。
[0141]參照圖19，使GaN基底11順序地與半導體堆疊件30分離，并暴露η型半導體層21的表面?？梢岳霉庠鰪娀瘜W蝕刻技術來使GaN基底11與半導體堆疊件30分離。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的分離GaN基底11的工藝的示意圖。
[0142]參照圖20，在如參照圖18所述通過凹槽30a界定通道之后，將包括GaN基底11的整個對象浸入在包含KOH或NaOH溶液110的浴槽100中。同時，利用紫外(UV)燈40朝著GaN基底11照射紫外光。在這種情況下，除了將被犧牲層15吸收的波長的光L2以外，利用濾波器45預過濾從UV燈40產(chǎn)生的光LI之中的將被GaN基底11吸收的波長的光。例如，可以通過在藍寶石基底41上生長GaN層43來形成濾波器45。因此，GaN層43預先阻擋將被GaN基底11吸收的波長的光。
[0143]因此，穿過GaN基底11透射的光L2穿過浴槽100中的GaN基底11照射到犧牲層15上。犧牲層15的側表面暴露到凹槽30a的內(nèi)壁，并且也吸收光L2。因此，犧牲層15被滲透到凹槽30a中的KOH溶液或NaOH溶液110蝕刻。
[0144]可以通過利用發(fā)射特定波長的光(即，將穿過GaN基底11透射并且被犧牲層15吸收的波長的光)的激光或LED代替UV燈40來照射光。
[0145]根據(jù)這個實施例，由于凹槽30a形成在基底11上，因此不僅在基底11的邊緣區(qū)域而且在內(nèi)部區(qū)域中蝕刻犧牲層15。因此，即使在基底11的尺寸相當大時，也可以容易地使GaN基底11與半導體堆疊件30分離。
[0146]在去除GaN基底11時,η型半導體層21的表面被暴露,然后部分蝕刻η性半導體層21以形成粗糙表面或凹凸圖案。可以在η型半導體層21上通過氣相沉積透明氧化物層(圖1的35)并使沉積的透明氧化物層圖案化來形成凹凸圖案。然后，可以形成η電極焊盤37和結合焊盤39，將半導體堆疊件30劃分成單個LED，從而得到圖1的完成的LED。
[0147]如果將傳統(tǒng)的藍寶石基底用作生長基底，則由于藍寶石基底的物理性質(zhì)與生長在藍寶石基底上的半導體層的物理性質(zhì)不同，所以可以利用基底與半導體層之間的界面容易地分離藍寶石基底。然而，如果將GaN基底11用作生長基底，則由于GaN基底11與生長在GaN基底11上的半導體層21、23和25由均質(zhì)材料制成，所以難以利用基底11與半導體層
21、23和25之間的界面分離基底11。
[0148]因此，在本發(fā)明中，利用犧牲層15分離GaN基底11。因此，GaN基底11可以在不損壞GaN基底11的情況下與半導體堆疊件30分離。由于分離后的GaN基底11沒有被損壞，因此可以將GaN基底11再用作生長基底。
[0149]圖21是示出在本發(fā)明的實施例中可以用作生長基底的斜切GaN基底的剖視圖。
[0150]參照圖21，基底210是具有關于c軸以15度至85度范圍的角度傾斜的主表面的半極性GaN基底?；?10具有相對于主表面沿一個方向傾斜的斜切表面210a。
[0151]通過形成斜切表面210a來形成扭結。扭結在GaN基半導體層的生長中提供了核產(chǎn)生場所，使得可以容易地生長半導體層。斜切表面210a不具體地限于此，可以是c平面。
[0152]基底210 的主表面可以是諸如(20-21)、(20-2-1)、(10-11)、(10-1-1)、(11-22)、(11-2-2)、(30-31)或(30-3-1)或它們的族的半極性表面。
[0153]通過在基底210上生長GaN基半導體層，能夠生長具有與基底210的半極性表面相同的半極性表面的半導體層。特別地，由于GaN基半導體層的自發(fā)極化和壓電極化比極性半導體層的自發(fā)極化和壓電極化相對小，因此可以改善發(fā)光效率。
[0154]圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的剖視圖。
[0155]參照圖22，LED包括基底210、緩沖層230、第一導電半導體層250、超晶格層270、活性層290、第二導電半導體層310和透明氧化物層330。LED還可以包括位于透明氧化物層330上的電極焊盤(未示出)。
[0156]基底210是參照圖21描述的基底，因此，將省略對基底210的詳細描述。這里，基底210是導電基底，使得可以將基底210用作電極?？蛇x擇地，可以在基底210的下側上形成電極。
[0157]在基底210上生長緩沖層230、第一導電半導體層250、超晶格層270、活性層290、
第二導電半導體層310作為外延層。
[0158]外延層(具體地講，活性層290)可以通過在半極性基底210上生長來生長為半極性半導體層。因此，活性層290的極化作用比極性半導體層的極化作用相對小。
[0159]形成緩沖層2 30以通過減小生長在基底210上的外延層中的應變來改善結晶度。緩沖層230可以是具有與基底的成分相同的成分的GaN層，但沒有必要限制于此?？梢允÷跃彌_層230。
[0160]第一導電半導體層250可以生長為例如利用η型雜質(zhì)摻雜的GaN層?？梢酝ㄟ^交替地堆疊具有不同帶隙的基于GaN的層(例如，GaN層和InGaN層)來形成超晶格層270。
[0161]活性層290包括具有相對窄的帶隙的阱層，從而電子和空穴可以在此復合。活性層290可以具有單量子阱結構或多量子阱結構。
[0162]第二導電半導體層310可以生長為例如利用ρ型雜質(zhì)摻雜的GaN層。另外，第二導電半導體層310可以包括電子阻擋層。
[0163]可以利用MBE或MOCVD技術來生長外延層。
[0164]透明氧化物層330布置在包括第一導電半導體層250、活性層290和第二導電半導體層310的半導體堆疊件上。形成透明氧化物層330以進行電流擴展。透明氧化物層330在其上表面上可以具有凹凸圖案330a。為了實現(xiàn)電流擴展并且為了形成凹凸圖案330a，透明氧化物層330的整個厚度可以為大約I μ m或更大，透明氧化物層330的主體部分的厚度可以為0.5μηι或更大。
[0165]透明氧化物層330可以由ITO或ZnO形成。例如，可以通過首先形成透明氧化物層的一部分然后通過剝離工藝形成凸起部分來形成具有凹凸圖案的透明氧化物層330。
[0166]具有凹凸圖案330a的透明氧化物層330增強了活性層290中產(chǎn)生的光的光提取效率，從而提高了 LED的發(fā)光效率。
[0167]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的LED的剖視圖。
[0168]參照圖23，根據(jù)這個實施例的LED包括基底510、結合金屬370、反射層350、第一導電半導體層250、超晶格層270、活性層290、第二導電半導體層310和透明氧化物層330。LED還可以包括形成在透明氧化物層530上的電極焊盤550。
[0169]基底510是導電基底，例如，金屬基底?；?10與生長基底區(qū)是有區(qū)別的，基底510是附著在已經(jīng)生長完成的半導體堆疊件上的二次基底。
[0170]結合金屬370用于將基底510與半導體堆疊件彼此結合，并且可以是例如AuSn。反射層350可以形成為反射從活性層290發(fā)射并且朝著基底510行進的光，并且可以由Ag形成且包括用于防止Ag擴散的阻擋金屬層。
[0171]同時，第一導電半導體層250、超晶格層270、活性層290和第二導電半導體層310是與參照圖22描述的半導體堆疊件的相應層相同的組件，并且通過相同的附圖標記來指出。因此，每個層(尤其是活性層290)形成為半極性半導體層。然而，在這個實施例中，與圖22的實施例相比，半導體堆疊件具有反轉結構。第一導電半導體層250可以在其上表面上具有凹凸圖案250a。
[0172]透明氧化物層530布置在第一導電半導體層250上,并且可以具有凹凸圖案530a。透明氧化物層530與上面描述的透明氧化物層330相似，因此，將省略對透明氧化物層530的詳細描述。
[0173]電極焊盤550布置在透明氧化物層530上。通常設置電極焊盤550以使鍵合線結合到其。
[0174]圖24至圖26是示出制造圖23的LED的方法的剖視圖。
[0175]參照圖24，首先準備主表面關于c平面以15度至85度的角度范圍傾斜的斜切半極性GaN基底210?；?10與參照圖21描述的基底210相同，因此將省略對基底210的詳細描述。
[0176]在基底210上生長緩沖層230。緩沖層230可以生長為未摻雜有雜質(zhì)的氮化物層，例如，GaN層。這里，緩沖層230用作用于在其上生長外延層的層，并且還需要緩沖層230以通過其來分離基底210。
[0177]在緩沖層23 0上形成具有孔240a的多孔結構的氮化物層240。例如，可以通過生長以I X IO1Vcm3至10X IO1Vcm3的濃度范圍用Si摻雜的GaN層，然后通過電化學蝕刻蝕亥IJGaN層來形成具有多孔結構的氮化物層240?？梢酝ㄟ^下述步驟來執(zhí)行電化學蝕刻:將具有利用雜質(zhì)摻雜的氮化物層的基底210和Pt電極浸入在例如大約10°C的草酸溶液(0.3M草酸)中；將正電極和負電極分別連接到氮化物層和Pt電極以向其施加DC電壓(25V至60V)。
[0178]如圖24中所示，多孔結構可以具有從氮化物層240的表面向緩沖層230延伸的納米級桿狀孔240a。
[0179]參照圖25，通過在具有多孔結構的氮化物層240上生長外延層(例如，第一導電半導體層250、超晶格層270、活性層290和第二導電半導體層310)來形成半導體堆疊件。這些外延層與參照圖22描述的外延層相同，因此，將省略對它們的詳細描述。
[0180]同時，在外延層在相對高的溫度下生長的同時，孔240a也生長，從而得到形成在氮化物層240中的空隙240b。此外，可以額外地執(zhí)行在大約1000°C下的熱處理，以使氮化物層240中的空隙240b的尺寸進一步增大。
[0181 ] 隨后，在半導體堆疊件上形成反射層350。反射層350可以由諸如銀的反射金屬來形成，并且可以包括用于防止Ag擴散的阻擋金屬層。然后，利用插入在基底510和反射層350之間的結合金屬370使基底510附著在反射層350上。結合金屬370可以是例如AuSn，基底510可以是金屬基底。
[0182]參照圖26，在附著基底510之后，利用其中形成有空隙240b的氮化物層240來去除半極性GaN基底210。例如，可以通過利用化學蝕刻技術蝕刻氮化物層240來分離半極性GaN基底210?？蛇x擇地，可以通過向其施加機械力來分離半極性GaN基底210。[0183]然后，可以通過使半導體堆疊件的被暴露的表面(例如，第一導電半導體層250的表面)圖案化來形成凹凸圖案(圖23的250a)。半導體堆疊件的被暴露的表面因空隙240b而具有相對粗糙的表面?？梢栽诨瘜W蝕刻或機械剝離具有粗糙表面的上部之后，利用干法蝕刻來形成凹凸圖案250a?？蛇x擇地，可以額外地形成凹凸圖案250a同時粗糙表面仍然存在。
[0184]然后，在第一導電半導體層250上形成透明氧化物層530。可以使透明氧化物層530形成為具有如參照圖22描述的凹凸圖案530a，將省略對其的詳細描述。
[0185]隨后，在透明氧化物層530上形成電極焊盤550，因此提供具有豎直結構的LED。
[0186]圖27是示出從圖26分離的半極性GaN基底的剖視圖。
[0187]參照圖27，半極性GaN基底210與緩沖層230 —起從半導體堆疊件分離。半極性GaN基底210維持其初始構造，因此，可以通過再次斜切來將半極性GaN基底210再用作生長基底。
[0188]當再使用半極性GaN基底210時，可以減少半極性GaN基底210的制造成本，因此，可以減少LED的制造成本。
[0189]圖28至圖30是示 出根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖。
[0190]參照圖28，根據(jù)這個實施例的方法包括首先準備支撐基底1100和炔基底1200。
[0191]支撐基底1100可以是可使炔基底1200附著到其的任何基底。然而，考慮到炔基底1200的熱膨脹系數(shù)等，支撐基底1100可以優(yōu)選為Si基底、藍寶石基底、AlN基底、Ge基底或SiC基底。
[0192]炔基底1200可以是以(Al，Ga，In) N為基礎的第III族氮化物半導體基底，即，氮化物半導體單晶基底。炔基底1200可以包括GaN，優(yōu)選地可以是GaN單晶基底。
[0193]炔基底1200可以是慘雜有雜質(zhì)的ρ型或η型GaN單晶基底。
[0194]炔基底1200可以是利用HVPE技術、Na融法技術或氨熱法技術等制造的GaN單晶基底。炔基底1200可以具有至少IOOym的厚度。
[0195]隨后，在支撐基底1100的Iv表面上形成接合層1110。接合層1110可以由包括Zn、S1、Ga和Al中的至少一種的氧化物制成。可選擇地,接合層1110可以由包括S1、Ga和Al中的至少一種的氮化物制成。
[0196]可以利用CVD技術、電子束技術或化學溶液技術等來形成接合層1110。接合層1110可以形成為單層或多層。如果接合層1110形成為多層，則多層的各個子層可以由相同種類的材料制成，但是可以具有不同的成分?？蛇x擇地，子層可以由不同種類的材料制成。
[0197]盡管附圖中未示出，但是可以在接合層1110上形成金屬中間層(未示出)。金屬中間層(未示出)可以包括熔點為1000°c或更高的材料。
[0198]在這種情況下，如圖31中所示，可以在支撐基底1100的一個表面上設置凹凸圖案1120。凹凸圖案1120可以以條的形狀形成。
[0199]凹凸圖案1120可以用于緩解可能在支撐基底1100和炔基底1200接合在一起之后產(chǎn)生的應力。凹凸圖案1120可以用作在分離支撐基底1100時蝕刻溶液的滲透通道。
[0200]參照圖29，炔基底1200接合在支撐基底1100的所述一個表面上。支撐基底1100和炔基底1200可以在高溫高壓下接合在一起。[0201]如果在接合層1110上設置金屬中間層(未示出)，則以島的形狀來形成金屬中間層(未示出)。金屬中間層(未示出)因在支撐基底1100和炔基底1200接合在一起的溫度下熔化或回流而從層狀變形成島狀，從而有助于增強支撐基底1100和炔基底1200之間的接合力。
[0202]參照圖30，切割炔基底1200并使炔基底1200在與距離接合層1110預定的厚度相對應的區(qū)域處分離，從而可以與分離后的炔基底1220 —起形成通過接合層1110附著到支撐基底1100的種子層1210。
[0203]即，通過將炔基底1200切割成預定的厚度并使它分離來形成種子層1210。如果利用分離后的炔基底1220來重復上述工藝，則可以形成多個支撐基底1100，其中，每個支撐基底1100具有附著到其的種子層1210。
[0204]通過上面描述的工藝，可以形成能夠允許半導體裝置的形成的半導體裝置基底。在這種情況下，種子層1210可以是非極性的或半極性的。具體地，無論支撐基底1100如何，都可以將種子層1210設置為昂貴的非極性層或半極性層。也就是說，由于通過切割炔基底1200并使炔基底1200分離來形成種子層1210，因此可以通過控制炔基底1200生長的方向或切割炔基底1200的方向 來得到具有期望的構造的種子層1210。
[0205]圖32和圖33是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖。
[0206]參照圖32，根據(jù)這個實施例的方法(例如，制造LED裝置的方法)包括首先形成在支撐基底1100上形成有種子層1210的半導體裝置基底，如參照圖28至圖30所述。
[0207]隨后，可以執(zhí)行使分離的種子層1210的一個表面平面化的工藝。這是由于如果切割種子層1210并使種子層1210與炔基底1200分離，則種子層1210的一個表面可能會是非常粗糙的分離表面。將明顯的是，如果通過生長技術來形成種子層1210或者如果種子層1210的一個表面不是粗糙的，則可以省略平面化工藝?？蛇x擇地，可以按照要求省略平面化工藝。
[0208]然后，在半導體裝置基底的種子層1210上形成至少包括第一導電半導體層1310、活性層1320和第二導電半導體層1330的多個半導體層。
[0209]多個半導體層還可以包括超晶格層(未示出)或電子阻擋層(未示出)。在這種情況下，在所述多個半導體層中可以省略除了活性層1320之外的其他層。
[0210]第一導電半導體層1310可以是摻雜有第一導電雜質(zhì)(例如,η型雜質(zhì))的以第III族-N為基礎的化合物半導體層。例如，第一導電半導體層1310可以是以(Al，Ga，In)N為基礎的第III族氮化物半導體層。第一導電半導體1310可以是摻雜有η型雜質(zhì)的GaN層，SP，n-GaN層。第一導電半導體層1310可以形成為單層或多層。例如，當?shù)谝粚щ姲雽w層1310形成為多層時，可以使第一導電半導體層1310具有超晶格結構。
[0211]活性層1320可以是以第III族-N為基礎的化合物半導體層，例如，(Al，Ga，In)N半導體層?；钚詫?320可以形成為單層或多層，并且發(fā)射至少預定波長的光?；钚詫?320可以具有包括一個阱層(未示出)的單量子阱結構，或者可以具有阱層(未示出)和阻擋層(未示出)交替并重復地堆疊的多量子阱結構。此時，可以使阱層(未示出)和阻擋層(未示出)中的一者或兩者具有超晶格結構。
[0212]第二導電半導體層1330可以是摻雜有第二導電雜質(zhì)(例如，ρ型雜質(zhì))的以第III族-N為基礎的化合物半導體層。例如，第二導電半導體層1330可以是以(Al，Ga，In)N為基礎的第III族氮化物半導體層。第二導電半導體層1330可以是摻雜有ρ型雜質(zhì)的GaN層，即，P-GaN層。第二導電半導體層1330可以形成為單層或多層。例如，第二導電半導體層1330可以包括超晶格結構。
[0213]可以在第一導電半導體層1310和活性層1320之間設置超晶格層(未示出)。超晶格層(未示出)可以具有堆疊有多個以第III族-N為基礎的化合物半導體層(例如，(Al, Ga, In)N半導體層)的結構。例如，超晶格層(未示出)可以具有重復地堆疊有InN層和InGaN層的結構。在形成活性層1320之前形成超晶格層(未示出)，從而防止位錯或缺陷傳遞至活性層1320。因此，超晶格層(未示出)可以用于在活性層1320中減少位錯或缺陷的形成，并且用于允許活性層1320具有優(yōu)異的結晶度。
[0214]可以在活性層1320和第二導電半導體層1330之間設置電子阻擋層(未示出)。可以設置電子阻擋層(未示出)來改善電子和空穴的復合效率。電子阻擋層(未示出)可以由具有相對寬的帶隙的材料制成。電子阻擋層(未示出)可以由以(Al，Ga，In)N為基礎的第III族氮化物半導體層制成，并且可以是摻雜有Mg的ρ-AlGaN層。
[0215]在這種情況下，從種子層1210生長成多個半導體層，使得半導體層可以在生長的同時具有種子層1210的完整特性。 [0216]也就是說，如果種子層1210是非極性的，則多個半導體層也生長為非極性的?？蛇x擇地，如果種子層1210是半極性的，則多個半導體層也生長為半極性的。如果種子層1210是c平面半導體層、a平面半導體層或m平面半導體層，則多個半導體層也生長為生長的c平面半導體層、a平面半導體層或m平面半導體層。
[0217]參照圖33，使多個半導體層圖案化以形成第一導電半導體層1310的一部分被暴露的半導體堆疊件1300。
[0218]隨后，在半導體堆疊件1300的第二導電半導體層1330上形成透明導電氧化物(TCO)層 1400。
[0219]然后，在被暴露的第一導電半導體層1310上形成第一電極1510,在TCO層1400上形成第二電極1520，從而制造出LED裝置。
[0220]在這種情況下，盡管已經(jīng)描述了在形成半導體堆疊件1300之后形成TCO層1400，但是能夠通過首先形成TCO層1400然后通過蝕刻TCO層1400的一部分和多個半導體層的一部分使第一導電半導體層1310的一部分暴露來執(zhí)行形成半導體堆疊件1300的工藝。
[0221]TCO層1400可以包括諸如ITO或ZnO的透明金屬氧化物，TCO層1400的厚度可以為幾微米或幾十微米(μ m)。
[0222]在這種情況下，TCO層1400可以在其表面上形成有凹凸部分1410。
[0223]可以利用圖34和圖35中示出的方法來形成在其表面上形成有凹凸部分1410的TCO 層 1400。
[0224]即，如圖34中所示，在半導體堆疊件1300上形成具有預定厚度的第一 TCO層1420，在第一 TCO層1420上形成光刻膠圖案1430。
[0225]隨后，在其上形成有光刻膠圖案1430的第一 TCO層1420上形成具有預定厚度的第二 TCO層1440，利用剝離技術去除光刻膠圖案1430的一部分和形成在光刻膠圖案1430上的第二 TCO層1440，使得可以形成在其表面上形成有凹凸部分1410的TCO層1400。[0226]如圖35中所示，在半導體堆疊件1300上形成具有預定厚度的第三TCO層1450，在第三TCO層1450上形成光刻膠圖案1460。隨后，利用光刻膠圖案1460作為掩模將第三TCO層1450的表面濕法蝕刻至預定深度，從而可以形成在其表面上形成有凹凸部分1410的TCO層1400。在這種情況下，濕法蝕刻允許凹凸圖案1410被蝕刻，使得通過沿著晶體表面選擇性地蝕刻TCO層1400的表面來暴露晶體表面。因此,可以以多棱錐(polypyramid)形狀形成凹凸部分1410。
[0227]圖36和圖37是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的制造半導體裝置的方法的剖視圖。
[0228]參照圖36，根據(jù)這個實施例的方法(例如，制造LED裝置的方法)包括首先形成在支撐基底1100上形成有種子層1210的半導體裝置基底，如參照圖28至圖30所述。
[0229]隨后，與參照圖32描述的方法相似，執(zhí)行使分離的種子層1210的一個表面平面化的工藝，在半導體裝置基底的種子層1210上形成至少包括第一導電半導體層1310、活性層1320和第二導電半導體層1330的多個半導體層。在這種情況下，多個半導體層還可以包括超晶格層(未示出)或電子阻擋層(未示出)。在多個半導體層中可以省略除了活性層1320之外的其他層。
[0230]隨后，在第二導電半導體層1330上形成蝕刻停止圖案1610。
[0231]蝕刻停止圖案1610可以形成為諸如氧化硅或氮化硅的絕緣層。蝕刻停止圖案1610可以用于通知在使多個半導體層圖案化時何時完成蝕刻。此外，蝕刻停止圖案1610直接布置在如將在后面描述的電極焊盤1720下方，使得蝕刻停止圖案1610可以用于使從電極焊盤1720注入的電流均等地擴展，從而使電流大體均勻地供應至半導體堆疊件1300，特別是整個活性層1320。
[0232]同時，可以在第二導電半導體層1330上形成歐姆反射圖案1620。歐姆反射圖案1620可以是與第二導電半導體層1330歐姆接觸并且也用作用于反射從活性層1320發(fā)射的光的反射層。
[0233]在這種情況下，蝕刻停止圖案1610具有開口區(qū)域，歐姆反射圖案1620可以填充在蝕刻停止圖案1610的開口區(qū)域中。即，蝕刻停止圖案1610和歐姆反射圖案1620可以形成
一個層。
[0234]隨后，可以在蝕刻停止圖案1610或歐姆反射圖案1620上形成金屬結合層1630。金屬結合層1630用于將蝕刻停止圖案1610或歐姆反射圖案1620結合到后面形成的金屬基底1640。金屬結合層1630可以由導電材料制成。
[0235]隨后，形成金屬基底1640。
[0236]可以通過準備導電金屬基底然后通過利用金屬結合層1630結合導電金屬基底來形成金屬基底1640。
[0237]同時，可以在第二導電半導體層1330上直接形成金屬基底1640。即，省略將形成在第二導電半導體層1330上的蝕刻停止圖案1610、歐姆反射圖案1620和金屬結合層1630中的任意一個，并且可以形成金屬基底1640。在這種情況下，可以利用鍍覆法、氣相沉積法或化學溶液法等來形成金屬基底1640。
[0238]在這種情況下，金屬基底1640可以由導電材料制成，并且優(yōu)選地可以包括Cu/W或Cu/Mo。[0239]參照圖37，在形成金屬基底1640之后，去除支撐基底1100。
[0240]可以通過接合層1110的分解來實現(xiàn)支撐基底1100的去除。即，如果結合層1110由如上所述的氮化物或氧化物形成，則可以利用能夠分解接合層1110的溶液(即，HF、緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)或硝酸溶液)來使接合層1110分解。
[0241]如果如圖31中所示在支撐基底1100的一個表面上設置凹凸圖案1120，則能夠分解接合層1110的溶液可以更容易地貫穿凹凸圖案1120，使得可以容易地分解并去除支撐基底1100。
[0242]可以利用激光器來分離支撐基底1100。即，可以通過利用激光器照射接合層1110來使支撐基底1100與種子層1210分開。
[0243]然后，可以執(zhí)行去除種子層1210的工藝。
[0244]然而，可以在沒有去除種子層1210的情況下執(zhí)行下一個工藝。如果沒有去除種子層1210，則可以在執(zhí)行使種子層1210的表面平面化的工藝之后執(zhí)行下一個工藝。
[0245]可以利用濕法蝕刻工藝或干法蝕刻工藝來僅僅去除種子層1210的一部分，使得種子層1210的其他部分可以保留。
[0246]隨后，可以通過使多個半導體層圖案化來形成半導體堆疊件1300。在這種情況下，可以在當暴露蝕刻停止圖案1610時蝕刻停止的條件下蝕刻多個半導體層。
[0247]同時，盡管在 這個實施例中已經(jīng)描述了，在去除種子層1210的工藝和形成如將在下面描述的TCO層1700的工藝之間執(zhí)行使多個半導體層圖案化的工藝，但是可以在形成電極焊盤1720之前的任意時間來執(zhí)行使多個半導體層圖案化的工藝，其中，在去除支撐基底1100之后形成電極焊盤1720。
[0248]隨后，可以在通過分離支撐基底1100而暴露的表面(例如，種子層1210的表面或第一導電半導體層1310的表面)上形成TCO層1700。
[0249]在這種情況下，TCO層1700可以具有形成在其表面上的凹凸部分1710。這里，可以利用與在其表面上形成有如參照圖34和圖35所描述的凹凸部分1410的TCO層1400的方法相同的方法來形成TCO層1700的凹凸部分1710，因此，將省略對其的詳細描述。
[0250]隨后，在TCO層1700上形成電極焊盤1720以形成LED裝置。
[0251]所述方法還可以包括在形成電極焊盤1720之前形成用于保護包括TCO層1700的半導體堆疊件1300的鈍化層(未示出)的工藝。
[0252]在這種情況下，可以不在TCO層1700的形成有電極焊盤1720的預定區(qū)域中形成凹凸部分1710。蝕刻停止圖案1610可以直接形成在電極焊盤1720下方。
[0253]電極焊盤1720的尺寸可以比直接布置在電極焊盤1720下方的蝕刻停止圖案1610的尺寸小。即，直接布置在電極焊盤1720下方的蝕刻停止圖案1610的尺寸可以比電極焊盤1720的尺寸大。這可以使供應到電極焊盤1720的電流穿過布置在電極焊盤1720和蝕刻停止圖案1610之間的半導體堆疊件1300均勻地流動，尤其是穿過活性層1320均勻地流動。
[0254]盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個實施例和特征，但是本發(fā)明不限于前述實施例和特征。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種修改。
【權利要求】
1.一種發(fā)光二極管(LED),包括: 支撐基底； 半導體堆疊件，布置在支撐基底上，并包括氮化鎵(GaN)基P型半導體層、GaN基活性層和GaN基η型半導體層； P電極層，在支撐基底和半導體堆疊件之間與P型半導體層歐姆接觸；以及 透明氧化物層，布置在半導體堆疊件上并且具有凹凸圖案， 其中，半導體堆疊件形成為具有5X106/cm2或更小的位錯密度。
2.如權利要求1所述的LED，其中，半導體堆疊件包括生長在GaN基底上的半導體層。
3.如權利要求1所述的LED，所述發(fā)光二極管還包括布置在透明氧化物層上并電連接至η型半導體層的η電極焊盤。
4.如權利要求1所述的LED，所述發(fā)光二極管還包括: η電極層，布置在支撐基底和半導體堆疊件之間并且通過貫穿P型半導體層和活性層的通孔連接至η型半導體層；以及 絕緣層，用于使P電極層和η電極層彼此絕緣。
5.如權利要求4所述的LED，所述發(fā)光二極管還包括:形成在P電極層上的P電極焊盤。
6.一種LED，包括: 支撐基底； 半導體堆疊件，布置在支撐基底上，并包括GaN基P型半導體層、GaN基活性層和GaN基η型半導體層； P電極層，在支撐基底和半導體堆疊件之間與P型半導體層歐姆接觸；以及η電極層，布置在支撐基底和半導體堆疊件之間，并且通過貫穿P型半導體層和活性層的通孔連接至η型半導體層；以及 絕緣層，用于使P電極層和η電極層彼此絕緣， 其中，半導體堆疊件形成為具有5X106/cm2或更小的位錯密度。
7.如權利要求6所述的LED，所述發(fā)光二極管還包括布置在支撐基底下方的結合焊盤。
8.如權利要求6所述的LED，所述發(fā)光二極管還包括形成在P電極層上的P電極焊盤。
9.如權利要求6所述的LED，其中，絕緣層使η電極層與P型半導體層和活性層在通孔內(nèi)絕緣。
10.如權利要求9所述的LED管，所述發(fā)光二極管還包括布置在半導體堆疊件上并且具有凹凸圖案的透明氧化物層。
11.一種制造LED的方法，所述方法包括: 在GaN基底上形成第一 GaN層、犧牲層和第二 GaN層，犧牲層的帶隙比這些GaN層的帶隙窄； 形成貫穿第二 GaN層和犧牲層的凹槽； 在第二 GaN層上生長GaN基半導體層以形成半導體堆疊件； 在半導體堆疊件上形成支撐基底；以及 通過蝕刻犧牲層來從半導體堆疊件去除GaN基底。
12.如權利要求11所述的方法，其中，犧牲層由InGaN形成。
13.如權利要求11所述的方法，其中，利用光增強化學蝕刻技術來執(zhí)行蝕刻犧牲層的步驟。
14.如權利要求13所述的方法，其中，通過利用穿過KOH溶液或NaOH溶液中的GaN基底的光照射犧牲層來執(zhí)行蝕刻犧牲層的步驟。
15.如權利要求11所述的方法，所述方法還包括:在去除GaN基底之后，在η型半導體層上形成具有凹凸圖案的透明氧化物層。
16.如權利要求11所述的方法，所述方法還包括:在形成支撐基底之前，形成與半導體堆疊件歐姆接觸的P電極層， 其中，半導體堆疊件包括GaN基η型半導體層、GaN基活性層和GaN基ρ型半導體層，以及 其中，P電極層與P型半導體層歐姆接觸。
17.如權利要求16所述的方法，所述方法還包括:在形成支撐基底之前， 形成貫穿P型半導體層和活性層的通孔； 形成覆蓋通孔的內(nèi)壁和P電極層的絕緣層；以及 形成穿過通孔電連接至η型半導體層的η電極層。
18.如權利要求17所述的方法，所述方法還包括: 在去除GaN基底之后，去除半導體堆疊件的一部分以暴露ρ電極層；以及 在P電極層上形成P電極焊盤。
19.如權利要求11所述的方法，其中，凹槽包括網(wǎng)狀凹槽或多個條狀凹槽。
20.如權利要求11所述的方法，所述方法還包括: 在支撐基底下方形成結合焊盤。
21.—種制造LED的方法，所述方法包括: 在GaN基底上形成GaN層和犧牲層，犧牲層由帶隙比GaN層的帶隙窄的GaN基半導體形成； 在犧牲層上生長GaN基半導體層以形成半導體堆疊件； 形成貫穿半導體堆疊件和犧牲層的凹槽； 在半導體堆疊件上形成支撐基底；以及 蝕刻犧牲層以使GaN基底與半導體堆疊件分開。
22.一種制造半導體裝置的方法，所述方法包括: 準備支撐基底和炔基底； 在支撐基底的一個表面上形成接合層； 利用接合層使炔基底接合在支撐基底的所述表面上；以及 將炔基底切割成距離接合層預定的厚度并使其分開以形成種子層。
【文檔編號】H01L33/42GK104025319SQ201280062150
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權日:2011年12月14日
【發(fā)明者】徐源哲, 趙大成, 李貞勛, 南基范 申請人:首爾偉傲世有限公司