[發明專利]具多個導電介入層的N型氮化鎵層

無效

• 申請號: 201280014827.7
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN103460410A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳振;付羿
• 申請（專利權）人: 東芝技術中心有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

技術領域

本公開總體涉及在硅基板上制造的基于氮化鎵(GaN)的藍光LED及其相關方法與結構。

背景技術

發光二極管(LED)是一種將電能轉換成光的固態裝置。當供應電壓通過相對的摻雜的層時，光從夾在摻雜層之間的半導體材料的有源層發出。目前有許多不同的LED裝置結構由不同材料制成，具有不同結構并且以不同方式執行。某些發出激光，某些產生非單色以及非相干光。某些適合特定應用。某些為高功率裝置，而其它則不是。某些發出作為紅外輻射的光，某些發出各種顏色的可見光，另外其它則發出紫外光。某些制造成本昂貴，而其它則便宜。針對一般商業照明應用，常使用藍光LED結構。這種藍光LED具有含銦鎵氮的多量子阱(Multiple?Quantum?Well，MQW)有源層，其可發出例如波長范圍440納米到490納米的非單色且非相干光。接下來通常會提供熒光粉涂層，其吸收部分發出的藍光。熒光粉接著發出熒光以發出其它波長的光，如此整體LED裝置所發出的光具有較廣的波長范圍。發出較廣波長范圍的整體LED裝置通常稱為“白光”LED。

雖然氮化鎵基板晶圓是可用的，不過它們價格昂貴。因此，商用藍光LED的外延層通常生長于其它類型基板的晶圓上，例如藍寶石基板。不過這些其它基板仍舊相當昂貴。個人計算機內使用的一般集成電路通常制造在硅基板上。由于用于計算機工業的硅基板大量生產，硅基板與藍寶石基板比較起來相對便宜。而且，由于集成電路制造公司經常升級制造設備以便跟上集成電路制造技術的進步，因此二手的用以處理硅基板晶圓的半導體工藝設備通常可低價購得。因此從成本的觀點來看，期望能夠在相對便宜的硅基板晶圓上制造基于氮化鎵(GaN)的LED，并且使用可取得的二手半導體工藝設備來處理這種硅晶圓，不過在硅基板上生長高質量GaN外延層仍舊有許多問題。

與在硅基板上生長高質量GaN外延層相關聯的許多問題，來自于硅的晶格常數與GaN的晶格常數有相當大的差異。當GaN外延生長于硅基板上時，所生長的外延材料會表現出非期望的高密度晶格缺陷。如果GaN層生長到足夠厚，則GaN層內的應力會導致GaN材料的后續生長部分產生某種破裂。并且，硅與GaN具有不同的熱膨脹系數。例如如果包含設置在硅基板上的GaN的結構的溫度升高，則該結構的硅材料部分的膨脹率會與GaN材料的膨脹率不同。這些不同的熱膨脹率會讓LED裝置的各個層之間的應力上升。此應力可能導致破裂以及其它問題。更進一步，因為GaN為化合物材料而硅(Si)為元素材料，所以在硅基板上難以生長GaN。從非極性轉變成極性結構，結合大量的晶格失配，產生缺陷。針對這些與其它因素，大部分可商購的白光LED裝置的外延LED結構并不是生長于硅基板上。因此仍尋求在硅基板上制造藍光LED的改進工藝以及結構。

制造在硅基板上生長的藍光LED通常也涉及晶圓接合(wafer?bonding)。在現有技術工藝中，外延藍光LED結構生長于非GaN基板上，形成裝置晶圓結構。在外延LED結構上形成一層銀，用作反射鏡。然后在銀反射鏡上設置包含多周期的鉑和鈦鎢的阻障金屬層。每一周期內的鉑層為60nm薄層。每一周期內的鈦/鎢層大約10nm厚，并且包含大約百分之九十的鎢。提供五個或以上的這種周期。一旦以此方式形成裝置晶圓結構，則載體晶圓結構被晶圓接合至裝置晶圓結構。然后去除裝置晶圓結構的原始非GaN基板，將產生的晶圓接合結構切割形成LED裝置。在此現有技術工藝中，使用接合金屬層將載體晶圓結構晶圓接合至裝置晶圓結構。此接合金屬層包含金/錫子層。當金/錫子層在晶圓接合期間熔化時，由于多周期阻障金屬層的厚度以及短的高溫循環被使用來熔化接合金屬，所以來自此金/錫子層的錫不會穿過銀層。此現有技術工藝被認為工作良好。

發明內容

在第一創新方面中，白光LED組件包括藍光LED裝置。通過在硅基板之上外延生長低電阻層(LRL)來制造該藍光LED裝置。在一個范例中，緩沖層直接生長于硅晶圓基板上，然后非摻雜的氮化鎵樣板層直接生長于緩沖層上，接下來在樣板層上直接生長LRL。

在一個范例中，LRL為包括多個周期的超晶格結構，其中每一周期是薄的(厚度小于300nm)，并且包含相對厚的氮化鎵子層(例如100nm厚)以及相對薄的非摻雜的氮化鎵鋁子層(例如25nm厚)。LRL的底部子層為GaN子層。LRL的頂部子層也為GaN子層。LRL內有四個非摻雜的氮化鎵鋁子層。