[發明專利]垂直結構半導體器件

有效

• 申請號: 201010134445.0
• 申請日: 2005-04-27
• 公開（公告）號: CN101901858A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 劉明哲
• 申請（專利權）人: 沃提科爾公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L29/737;H01L29/778;H01S5/02;H01S5/183;H01S5/343
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本申請是分案申請，其母案申請的申請號為200580021006.6，申請日為2005年4月27日，發明名稱為“垂直結構半導體器件”。

技術領域

本發明涉及制造具有頂部和底部接觸結構的GaN基垂直結構半導體器件以及一種用于制造垂直結構器件的方法。

背景技術

圖1示出在絕緣藍寶石襯底114上制造的傳統氮化鎵(GaN)基(GaN-based)半導體器件100。該器件可應用于諸如發光二極管(LED)、激光二極管(LD)、異質結雙極晶體管(HBT)、和高電子遷移率晶體管(HEMT)。在傳統工藝中，該器件形成在藍寶石襯底上，并且兩個電接觸部形成于器件的頂部上。P型接觸部(p-contact)102形成在頂部上，并且采用臺面蝕刻來去除材料以形成n型金屬接觸部(n-metal?contact)118。產物被稱為橫向結構器件并且易于表現出若干問題，這些問題包括對靜電放電(ESD)的弱抗性以及散熱。這些問題都限制了器件產量和有效壽命。此外，藍寶石材料非常堅硬，其難以進行晶片的磨削及拋光、以及器件分離(separation)。器件產量取決于后期制造工藝，其包括研磨(lapping)、拋光、以及芯片分離。

圖2示出用于構造垂直結構GaN基化合物半導體200的第二種傳統技術。激光剝離(LLO，laser?lift-off)工藝用于通過采用具有通常在UV范圍內的可透射藍寶石的波長的準分子激光器，來從GaN外延層中去除藍寶石襯底。隨后，通過用導電或半導電的第二襯底218代替絕緣藍寶石襯底來制造器件，以構造垂直結構器件。在通過激光剝離去除藍寶石襯底之后這些工藝通常采用用于永久鍵合至第二襯底的晶片鍵合(wafer-bonding)技術。

然而，仍然缺少用于大規模生產VLED(垂直LED)的大規模激光剝離工藝。一個原因是因為由于在激光剝離之后外延層表面在整個晶片表面上不平坦導致支撐晶片218與外延層214之間的鍵合粘附層216以及永久第二襯底218的不均勻，使得難以進行大面積激光剝離。關于該晶片鍵合技術的另一問題是由于在共晶金屬鍵合處理過程中的高溫和高壓造成金屬接觸部的退化(degradation)。此外，用于永久晶片鍵合的襯底(例如，Si或GaAs)與銅(Cu)基金屬襯底相比，在散熱方面不是最理想的襯底。這些問題降低了最終的產量并且沒有提供對大規模生產商用器件的令人滿意的解決方案。

圖3示出旨在克服晶片鍵合問題并制造VLED的結構300。代替使用晶片鍵合方法，器件300的制造包括將金屬支撐部318附著至器件。然而，因為在激光剝離處理過程中粘合層的分層(de-lamination)，產量被公認為很低。如果該鍵合對于高能量激光沖擊波不穩定，在激光剝離之后GaN外延層可能變形或斷裂，則難以執行后期激光剝離工藝，例如，晶片清洗、器件制造、松解(de-bonding)、以及器件分離。因此，最終的器件加工產量很低。

基于圖3所示技術的垂直器件的其他問題在于很差的器件性能。由于在藍寶石襯底上使用噴砂處理以提高均勻激光束能量分布，所以在激光剝離之后的GaN表面通常很粗糙，導致與平坦且光滑的表面相比，其輸出較少的光。此外，在n-GaN層上形成的金屬反射層不及非金屬發射材料(例如，ITO)高。

由于傳統技術的這些限制，需要一種在GaN基半導體器件的大規模生產中可提高器件性能和產量的新技術。

發明內容

本發明提供了一種制造具有極大提高的光輸出的新的垂直結構化合物半導體器件的可靠技術及用于GaN基化合物半導體器件的大規模生產的高產量激光剝離(LLO)工藝。本發明的主題是通過電鍍法在LLO之前采用直接金屬支撐襯底沉積，以形成n型側頂部垂直結構(n-side?top?vertical?structure)。此外，緊鄰p型接觸層處采用ITO?DBR層，以通過更高反射率ITO層提高光輸出。穿孔金屬晶片載體也用于晶片鍵合以容易處理和松解。相比于先前的基于LLO的垂直器件制造，新的制造工藝是簡單且更可靠的工藝。與通過相同GaN/InGaN外延膜制造的橫向器件的光輸出相比，具有n型側上部結構(n-side?up?structure)的新的垂直器件的光輸出增加了2或3倍。

本發明的示例性實施例提供了一種制造半導體器件的方法。本發明包括以下步驟：在襯底上形成半導體層；在半導體層上形成金屬層；從半導體層去除襯底；在去除了襯底的半導體層上形成一個或多個接觸部；以及將半導體層分成多個獨立的半導體器件。