生成包括led線的相鄰區(qū)域的工藝和通過該工藝獲得的器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域為基于通過在襯底上局部生長而在晶圓尺度上生成的細小的線(通?？赡苄∮贗微米大小)的元件，所述襯底可能由硅、GaN、藍寶石或其它材料組成。
[0002]更確切地說，本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域可以涉及基于發(fā)光線的元件。所述線形成發(fā)光二極管，并在下文中稱作LED(發(fā)光二極管)線。
【背景技術(shù)】
[0003]在近幾年，已經(jīng)制造出了基于包含p-n結(jié)并且平行地連接在一起的豎直InGaN/GaN線的可見光發(fā)光二極管(LED)。
[0004]憑借其潛在的本質(zhì)特性(良好的結(jié)晶質(zhì)量、在自由豎直表面的應力弛豫、對于經(jīng)由波導管的光的良好的光提取效率等)，這些線被認為是用于解決當前利用(2D)平面結(jié)構(gòu)制造的傳統(tǒng)GaN LED所遇到的困難的非常有前景的候選手段。
[0005]Grenoble CEA已經(jīng)開發(fā)了基于不同的生長技術(shù)的兩種LED線方案。
[0006]第一方案包括通過分子束外延(MBE)來外延生長包含軸向配置的InGaN量子阱的GaN線。由這些線制造的器件已經(jīng)在綠色光譜域中產(chǎn)生了令人鼓舞的結(jié)果。對于10mA的直流工作電流，具有Imm2的面積的加工后的芯片能夠在550nm發(fā)射約10 μ W的光。
[0007]圖1示出了這種顯示在襯底11的表面上的線NTi的配置，襯底11典型地由硅組成，與η型下部接觸部10相接觸，P型上部接觸部通過連接至厚P型連接部13的透明層12而設(shè)置。軸向結(jié)構(gòu)的線NTi包括η型摻雜區(qū)域、有源區(qū)ZA和P型摻雜區(qū)，該η型摻雜區(qū)域可能并且典型地由η型摻雜GaN組成，該有源區(qū)由InGaN組成或者擁有量子阱結(jié)構(gòu)，而該P型慘雜區(qū)可^由P型慘雜GaN組成。
[0008]盡管由于隨機成核(nucleat1n)機制，利用MBE生長技術(shù)會出現(xiàn)某些不均勾，但是對于在550nm發(fā)光的單根線，已經(jīng)獲得了典型地為50nW的光功率，即對于100發(fā)光線/mm2來說為 5W/mm2。
[0009]新近，MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)生長技術(shù)已經(jīng)使包含徑向LED結(jié)構(gòu)(核/殼配置)的InGaN/GaN線能夠生成。
[0010]圖2示出了這種類型的配置，其中在由成核層12覆蓋的襯底11的表面上生成了線NTi,還設(shè)置有下部接觸層10。通過掩模20而確保局部外延。線具有核/殼結(jié)構(gòu)。核30可以包括m型摻雜GaN材料，其典型地具有1019cm_3的摻雜水平；量子阱結(jié)構(gòu)，其具有交替的層(可能分別由未摻雜的GaN和InGaN組成)；以及殼31，其可能由典型地具有1019cm_3的摻雜水平的P型摻雜GaN的層構(gòu)成。
[0011]介電層40隔絕了上部接觸部和下部接觸部。
[0012]通過導電上層50而設(shè)置上部接觸部，該導電上層在光導結(jié)構(gòu)的發(fā)射波長是透明的。還設(shè)置有金屬接觸層60。
[0013]在此方案中，由于LED結(jié)構(gòu)具有核/殼配置，所以有源區(qū)的面積大于2D LED線方案的有源區(qū)面積。
[0014]該特性具有兩個有益效果:增大了發(fā)射面積并減小了在有源區(qū)中的電流密度。經(jīng)過技術(shù)處理后，已在硅襯底上生成了完整的LED結(jié)構(gòu)，且對于整合的線的陣列已經(jīng)獲得了在藍色光譜域(450nm)的光發(fā)射。
[0015]然而，申請人已經(jīng)注意到，外延工藝(例如MOCVD工藝)產(chǎn)生了:主要是由氣態(tài)粒子的消耗引起的邊緣效應，這對于均勻的成分的獲得是不利的；以及在線生長區(qū)域中的不連續(xù)，更確切地說，區(qū)域生長速率在整個晶圓上是變化的。
[0016]實際上，特別對于LED的情況而言，通過外延在生長圖樣上生成的例如GaN的線可以通過標準微電子技術(shù)制造。
[0017]這些圖樣以在方形、圓形等的緊湊區(qū)域中的規(guī)則圖樣的形態(tài)布置在襯底上，所述緊湊區(qū)域限定了 LED的有源區(qū)域。這些區(qū)域具有例如Imm乘Imm的尺寸，該尺寸根據(jù)產(chǎn)品的最終使用者的需要而設(shè)定。每個生長區(qū)與其相鄰區(qū)通過一定間隔而分開，該間隔的大小調(diào)整為至少使得用于向LED供電的金屬連接能夠穿過，并且使襯底能夠通過鋸切而切割。
[0018]這些在生長區(qū)之間的間隔(其中不需要外延)導致一定量的缺陷出現(xiàn)，即:
[0019]-線的網(wǎng)絡中的高度和形狀的不均勻，這涉及在生長區(qū)之間的不連續(xù)；
[0020]-非計劃內(nèi)的例如GaN的納米晶的生長，其在線的后端對于的電路而言是關(guān)鍵缺陷；以及
[0021]_寄生InGaN的沉積，其蓋在導電材料的晶圓的表面上。
[0022]圖3示出了線的陣列和在非生長區(qū)中出現(xiàn)的一組缺陷的視圖，并且該使用掃描電子顯微鏡獲得的顯微照片顯示了寄生生長Crpa和殘留生長沉積物R &。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]由于這個原因，為了克服上述缺點，申請人已經(jīng)設(shè)計了這樣一種用于生成包括LED線的芯片的工藝，其中兩個相鄰的芯片不再通過諸如上述的不均勻而分開。為此，本發(fā)明的生成工藝依次包括:在襯底上生長LED線的一般操作，然后在所述襯底上某些區(qū)域中選擇性地去除線，從而限定包括均勻的LED線的單個芯片。
[0024]更確切地說，本發(fā)明的一個主題是用于生成至少兩個相鄰芯片的工藝，該兩個相鄰芯片每個包括在給定的芯片中通過透明導電層連接在一起的發(fā)光線的陣列，所述工藝的特征在于包括下述步驟:
[0025]-在襯底上生成多個單個區(qū)，所述多個單個區(qū)用于生長在比所述兩個芯片的累加面積更大的面積上延伸的線；
[0026]-在單個生長區(qū)中生長線；
[0027]-從形成初始自由區(qū)域的至少一個區(qū)去除線，從而限定所述線的陣列，所述初始自由區(qū)域包括與去除的線對齊的稱作印跡的單個生長區(qū)；以及
[0028]-在線的每個陣列上沉積透明導電層，從而電性連接給定的線的陣列的線，每個導電層通過自由區(qū)域與鄰近芯片的導電層相分隔。
[0029]優(yōu)選地，單個線生長區(qū)是在位于所述襯底的表面上的掩模中限定的開口。
[0030]作為變形，單個生長區(qū)是成核墊。在這種情況下，有益地使用氧化或氮化步驟使位于墊之間的襯底區(qū)域為介電性的。
[0031]因此，根據(jù)本發(fā)明的工藝，生成了至少兩個相鄰芯片，每個芯片包括LED線陣列和透明電極層，該LED線陣列限定了被稱作有源區(qū)的區(qū)域，而該透明電極層的一部分(稱作伸出部)靠在襯底的基部上并且旨在接納供電墊。
[0032]因此，兩個相鄰芯片通過由LED線的局部去除形成的所述自由區(qū)域而分隔。
[0033]術(shù)語“芯片”應理解為意指電性地連接至給定的透明電性導電層的線的陣列。導電層還延伸到襯底上，至少延伸到線的陣列的邊界的部分。
[0034]術(shù)語“印跡”應理解為意指這樣的單個線生長區(qū)，其對應的線在線去除步驟的過程中被去除。因此印跡位于初始自由區(qū)域中。印跡中的一部分可以通過透明導電層中的一個所覆蓋。在線是周期性分布的情況下，印跡的間距等于線的間距。
[0035]表述“初始自由區(qū)域”應理解為意指為位于在線去除步驟之后限定的線的陣列之間的區(qū)域。
[0036]表述“自由區(qū)域”應理解為意指位于芯片之間的區(qū)域，更確切地說，是在線的陣列的對應的導電層之間的區(qū)域。
[0037]透明層可以不延伸到初始自由區(qū)域中，在這種情況下，自由區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上對應于初始自由區(qū)域并且實質(zhì)上是相同的尺寸。
[0038]作為變形，所述導電層中的至少一個，甚至兩個導電層都延伸進入初始自由區(qū)域(因此延伸到作為線的陣列的邊界的襯底上)。在這種情況下，自由區(qū)域尺寸上小于初始自由區(qū)域。
[0039]當層在襯底上延伸時，其不需要與襯底直接接觸。因此，至少一個中間元素或?qū)涌梢源嬖谟谒鰧雍鸵r底之間。因此，當透明導電層延伸進入初始自由區(qū)域時，其延伸到襯底上，并且至少一個印跡位于所述層和襯底之間。
[0040]印跡中的一部分可以位于連接所述芯片的每個的線的透明導電層下方，而印跡中的一部分可以保持為暴露的。
[0041 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個變形，襯底包括成核層，所述掩模位于所述成核層上。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，工藝包括生成電性墊，其使得能夠連接所述芯片，所述墊位在所述對應導電層上。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，線去除包括下述步驟:
[0044]-生成包含與位于襯底的初始自由區(qū)域的線的陣列對齊的開口的保護掩模，所述掩模包封至少第一線的陣列以及通過所述初始自由區(qū)域而分隔的第二線的陣列；以及
[0045]-去除在所述初始自由區(qū)域中的線。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，通過穿過所述保護掩模的直接蝕刻操作而去除線。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，通過穿過所述保護掩模的直接化學蝕刻操作而去除線。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，利用RIE或ICP等離子體，通過穿過所述保護掩模的直接干法蝕刻操作而去除線。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，通過引起線破裂的機械作用而去除所述線。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，機械作用通過超聲波而傳遞。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，機械作用通過流體的高壓噴射而實現(xiàn)。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，機械作用利用固體工具而實現(xiàn)。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個變形，如果線是從成核層生長的，那么線去除步驟通過對所述成核層進行化學侵蝕而