[发明专利]用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的垂直构造的半导体发光装置。更特别地，本发明涉及：1)一种用于通过使用具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜来制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底；2)一种用于制造垂直构造的半导体发光装置的方法，通过使用具有厚的金属膜和金属箔片的高性能的散热支座，来减少在诸如激光剥离、晶片粘结等等之类的制造工艺期间对从蓝宝石衬底上分离的所述多层发光结构薄膜造成的损坏，能够改善所述半导体发光装置的整体性能；和3)一种具有散热支座的垂直构造的半导体发光装置。

背景技术

大体而言，半导体发光装置具有在正向电流流动时产生光的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。特别的是，所述LED和LD具有常见的p-n结，当在所述发光装置上施加电流时，电流被转化为光子，所述发光装置因而发出光。

根据半导体的材料不同，所述LED和LD发出来的光具有从长波长到短波长的各种波长。尤其是，由宽带隙(band-gap)半导体制成的LED提供可见频带中的红光、绿光和蓝光，并且已经广泛用在工业中，诸如用于电子装置的显示器、交通灯和用于显示装置的各种光源。由于近年来白色光的发展，它将被广泛用作下一代普遍的照明光源。

III-V族氮基半导体通常是异质外延地(hetro-epitaxially)生成在蓝宝石的上部，以获得高质量的半导体薄膜，蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)及类似的材料用作初始衬底。

其中，由于所述蓝宝石衬底与III-V族氮基半导体具有显著不同的晶格常数和热膨胀系数，因而难以层叠具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜。进而，由于所述蓝宝石的导热性差，不能在LED上使用大的电流。由于所述蓝宝石衬底自身是电绝缘体，因而难以对从外部流入的静电做出反应，因静电而造成故障的可能性高。这些缺陷不仅会降低装置的可靠性，而且会造成封装工艺上的很多限制。

进一步而言，绝缘体的蓝宝石初始衬底具有MESA结构，其中在与具有III-V族氮基半导体的多层发光结构的生长方向相同的生长方向上形成n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极二者。由于LED芯片面积应当会高于某个尺寸，这限制了LED芯片面积的减小，妨碍了LED芯片产量的提高。

MESA结构的LED除了所述生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上部的这些缺点之外，由于所述蓝宝石衬底的导热性差，因此难以将在所述发光装置工作期间不可避免所产生的大量热量向外释放。

由于这些原因，限制了将附有蓝宝石衬底的MESA结构用到诸如大显示器和普通照明的灯的大面积和大功率(即，大电流)的发光装置中。当在发光装置上长时间施加高电流时，所产生的热量致使发光活动层的内部温度会逐渐升高，从而逐渐降低了LED的发光效率。

与蓝宝石衬底不同的是，碳化硅(SiC)衬底不仅具有优良的导热和导电性，而且允许层叠和生长多层发光结构薄膜，因为它具有与III-V族氮基半导体类似的晶格常数和热膨胀系数(TEC)，这些是在半导体单晶薄膜生长中的重要因素。进一步而言，它允许制造各种类型的垂直构造的发光装置。

但是，由于高质量的SiC衬底不容易生产，制造它比制造其它单晶体衬底更昂贵，因此难以大批量生产。

因此，最需要的是，根据技术、经济和性能，通过使用层叠在和生长在蓝宝石衬底上的具有III-V族氮基半导体的多层发光结构来提供一种高性能的发光装置。

如上文所述，通过在蓝宝石、SiC或者Si等等初始衬底的上部生长高质量的具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜、从所述初始衬底上剥离所述具有III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜、以及使用所述剥离产物，人们作出了许多努力来制造高性能的垂直构造的LED，目的是为了解决与通过使用层叠/生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上部的具有III-V族氮基半导体的多层发光结构的薄膜所制造的MESA结构的LED相关联的问题。

图1是图示通过使用现有的激光剥离(LLO)工艺来分离蓝宝石衬底的过程的剖视图。

如图1所示，当强能量源的激光束照射到透明的蓝宝石衬底110的背侧时，界面120处强烈吸收所述激光束，从而在瞬间产生900℃或者更高的温度，造成所述界面处的氮化镓(GaN)、InCaN的热化学离解，进而将蓝宝石衬底110与氮基半导体薄膜130分离开。