具有垂直拓扑的发光二极管及其制造方法技术

这里公开了一种具有垂直拓扑的发光二极管。具体地说，提供了一种能够改善发光效率及其可靠性并且还能够实现大规模生产的具有垂直拓扑的发光二极管及其制造方法。该方法包括在衬底上形成半导体层；在半导体层上形成第一电极；在第一电极上形成支撑层；在衬底和半导体层之间的界面处生成声音应力波，从而将衬底从半导体层分离；在通过分离衬底而露出的半导体层上形成第二电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有垂直拓扑的发光二极管(LED: light emitting diode), 具体地说，涉及能够获得高发光效率及可靠性并且能够提高大规模生产 率的、具有垂直拓扑的LED及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)是将电流转换为光能的公知半导体发光装置， 并且从1962年利用GaAsP半导体的红色LED的商用以来，发光二极管 就与绿色GaP: N LED—起一直被用作包括信息通信设备的电子设备显 示图像的光源。由这些LED发射的光的波长取决于在制造LED时使用的半导体材 料的种类。这是因为发射光的波长取决于半导体材料的代表价带电子和 导带电子之间的能量差的带隙(band-gap)。氮化镓(GaN)具有高的热稳定性和较宽的带隙(范围从0.8到 6.2eV),并且因此在开发包括LED的高功率输出电子元件设备的领域中 受到了广泛的关注。氮化镓引起广泛关注的一个原因是可以通过结合其它元素(例如铟 (In)、铝(AD等)利用GaN来制造发射绿、蓝和白光的半导体层。由于具有经由使用GaN来控制发射波长的能力，因此可以遵照特定 器件特性将发射波长调节为适于所使用材料的固有特性的期望范围。例 如，使用GaN使得可以制造有益于光学写入的蓝色LED和能够代替白炽 灯的白色LED。由于这些基于GaN的材料的各种优点，使得基于GaN的LED市场 正在快速增长。结果，基于GaN的光电设备技术自1994年开始引入商 用以来取得了快速的进步。6同样地，自20世纪九十年代中期以来，使用in/v族氮化物半导体材料的LED制造技术已得到了快速发展。具体地说，由于对氮化物半导 体材料的形成方法和结构的进一步深入了解，已经在LED的特性(例如， 亮度、输出、驱动电压和静电特性以及可靠性)方面获得了显著提高。尽管在基于GaN的半导体设备的技术上已取得了快速进步，但是制 造基于GaN的设备仍面临高生产成本的巨大缺点。该缺点与涉及GaN外 延层的生长和随后对完成的基于GaN的设备的切割的困难密切相关。通常在蓝宝石(A1203)衬底上制造基于GaN的设备。这是因为蓝 宝石晶片在适于基于GaN的设备的大规模生产的尺寸上是商业上可购得 的、以相对高的质量支持GaN的外延的生长，并且在宽温度范围中体现 了高可加工性。此外，蓝宝石在化学方面和热方面较稳定，并且具有高熔点，因而 使得可以执行高温制造工艺，并且具有高键能(122.4 kcal/mole)和高介 电常数。从化学结构来看，蓝宝石是结晶氧化铝(A1203)。同时，由于蓝宝石是绝缘材料，使用蓝宝石衬底(或者任何其它绝 缘衬底)实际上将LED设备的可用形式限制为横向或纵向结构。在横向结构中，用于将电流注入到LED中的所有金属触点均位于设 备结构的顶面上(或与衬底位于同一平面上)。而在纵向结构中，在去除 了蓝宝石(绝缘)衬底之后， 一个金属触点位于设备结构的顶面上，而 另一触点位于设备结构的底面上。另外，还广泛地采用倒装焊方法作为LED设备的可用制造类型，该 倒装焊方法涉及制造LED芯片并且接着将得到的芯片倒转附装到嵌片 (sub-mount)(例如，具有优良热导率的硅片或陶瓷衬底)上。然而，因为蓝宝石衬底具有约27W/MK的热导率，这导致其具有非 常高的热阻，所以横向结构或倒装方法面临与不良放热效率相关的问题。 此外，倒装方法还具有需要大量的光刻工艺步骤因而导致复杂的制造过 程的缺点。另一方面，纵向结构的特征在于通过所谓的激光剥离(LLO: laser lift-off)工艺来去除蓝宝石衬底，接着制造电极。尽管激光剥离工艺具有显著地减少制造工艺步骤的数量并且提供优良发光特性的优点，但是由于蓝宝石衬底和LED结构之间存在的热应力， 导致在执行激光照射时这种常规激光剥离工艺面临对于LED晶体结构的 损伤。此外，在执行激光照射时从Ga中分离并且释放的氮气(N2)经过 LED结构，这导致LED晶体结构受到损伤，因而显著地降低了成品率并 且由此使得难于实现大规模生产。
技术实现思路
因此，本专利技术提出了具有垂直拓扑的发光二极管(LED)及其制造 方法，其基本上克服了由于相关技术的限制和缺点而造成的一个或多个 问题。本专利技术的目的是提供制造具有垂直拓扑的LED的方法，在制造具有 纵向结构的LED时所必须的蓝宝石衬底和基于GaN的半导体层之间的分 离过程中，该方法能够有效地实现衬底分离并且还能够确保器件的结构 稳定性。因此，本专利技术能够对于衬底被分离的半导体的结构特性和可靠 性做出很大贡献，并且还能够显著地改善稳定分离的产率，以及由此提 高了生产率。本专利技术的另一目的是提供具有垂直拓扑的LED及其制造方法，其不 仅能够显著地改善光提取效率而且通过引入用于改善光提取的各种结构 来控制器件的照明特性和光图案。本专利技术的另外优点、目的和特征将部分地在随后的描述中阐明，并 且对于本领域普通技术人员在研究了以下内容时将部分地变得明显，或 者可根据实践本专利技术来学习。可以通过在书面说明和本专利技术的权利要求 以及附图中具体指出的结构来实现和获得本专利技术的目的和其它优点。为了实现这些目的和其它优点并且根据本专利技术的原理，如这里具体 实施并广泛描述的，制造具有垂直拓扑的发光二极管(LED)的方法包 括在衬底上形成半导体层；在半导体层上形成第一电极；在第一电极上 形成支撑层；在衬底和半导体层之间的界面处生成声音应力波，从而将衬底从半导体层分离；并且在通过分离衬底而露出的半导体层上形成第 二电极。在本专利技术的另一方面中，具有垂直拓扑的发光二极管(LED)包括 多个半导体层；设置在半导体层的第一表面上的第一电极；设置在第一 电极的至少一部分上并且设置在半导体层的至少一个表面上的钝化层； 设置在第一电极和钝化层的一部分或全部上的至少一个连接金属层；形 成在半导体层的第二表面上的第二电极；和设置在第一电极上的支撑层。在本专利技术的再一方面中，具有垂直拓扑的发光二极管(LED)包括 多个半导体层；设置在半导体层的第一表面上并且由至少两层构成的第一电极；形成在半导体层的第二表面的至少一部分上的光提取结构；设 置在半导体层的第二表面上的第二电极；和设置在第一电极上的支撑层。在本专利技术的又一方面中，具有垂直拓扑的发光二极管(LED)包括 多个半导体层；设置在半导体层的第一表面上的透明导电氧化物(TCO) 层；设置在透明导电氧化物层上的反射电极；设置在反射电极上的支撑 层；和设置在半导体层的第二表面上的第二电极。在本专利技术的又一方面中，具有垂直拓扑的发光二极管(LED)包括 多个半导体层；设置在半导体层的至少一个表面上的钝化层设置在半导体层和钝化层的一部分或全部上的第一电极，其与半导体层欧姆接触 并与用于键合金属或半导体的籽晶金属层一体形成；在半导体层的第二 表面上形成的第二电极；和设置在第一电极上的支撑层。应该理解的是，本专利技术的前述一般描述和以下详细描述都是示例性 的和说明性的，并且旨在提供对如所要求保护的本专利技术的进一步说明。附图说明附图被包括以提供对本专利技术的进一步理解并且被并入构成本申请的 一部分，其例示了本专利技术的实施方式并且连同说明书一起用于说明本发 明的原理。在附图中图1到图37是例示根据本专利技术的第一实施方式的具有垂直拓扑的 LED的相应制造步骤的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有垂直拓扑的发光二极管（ＬＥＤ）的方法，该方法包括以下步骤：　在衬底上形成半导体层；　在所述半导体层上形成第一电极；　在所述第一电极上形成支撑层；　在所述衬底和所述半导体层之间的界面处生成声音应力波，从而将 所述衬底从所述半导体层分离；并且　在通过分离所述衬底而露出的半导体层上形成第二电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：曺贤敬，崔在完，金善正，李政洙，裵德圭，朴种国，张峻豪，
申请(专利权)人：LG电子株式会社，LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]