[发明专利]用于发光二极管的高温无金晶圆接合

说明书

技术领域

本公开总体涉及硅衬底上制造的GaN基蓝光LED及相关方法和结构。

背景技术

发光二极管（LED）是将电能转换成光的固态器件。将电压施加至相对的掺杂层时，从夹置在掺杂层之间的半导体材料的有源层发出光。一种LED器件，在此称为蓝光LED器件，包括氮化镓(GaN)层。

图1至图3(现有技术)例示用于制造这种现有技术的蓝光LED器件的现有技术工艺。硅衬底52上生长缓冲层50，并且在缓冲层上生长模板层51。包括n型层54、有源层55以及p型层56的外延LED结构53生长于模板层上。银反射镜层57形成在外延LED结构之上。在银层57之上形成银包覆层58。在包覆层58之上形成阻挡层59。然后，所产生的器件晶圆结构60晶圆接合至如图1所示的载体晶圆结构61，以形成晶圆接合结构66。

如图所示，载体晶圆结构61包括导电载体63、金子层64以及金/锡子层65。在晶圆接合之前，在器件晶圆结构60的顶部上也有金子层62。金子层与金/锡子层一起称为晶圆接合层。

晶圆接合包括将两个晶圆结构60和61压在一起并且提高温度使金/锡子层65熔化。冷却后，当金/锡子层重新固化时，二个晶圆结构接合在一起，以形成晶圆接合结构66。如果在晶圆接合过程中，任何金或锡扩散到银层57中，则银的反射率可能会降低，和/或银至p层界面处的接触电阻可能提高。提供阻挡层59以防止此种扩散。图1示出图1至图3的现有技术范例中的阻挡层59的多层结构。阻挡层59包括多个周期。每一周期包括铂子层以及钛-钨子层。

硅对于有源层所发出的蓝光来说不透明。因此，从接合晶圆结构中去除硅衬底52和缓冲层50，从而形成图2中例示的晶圆接合结构66。然后将结构66的上表面粗糙化，并且将n型金属电极67添加到所述结构的顶部，并且将p型金属电极68添加到所述结构的底部。然后切割具有其电极的晶圆接合结构以形成各个LED器件。

图3(现有技术)示出作为白光LED组件74的一部分的这些LED器件之一。LED器件附接至金属核心印刷电路板(PCB)70的金属第一部分69或其它封装，这通称为“管芯附接”。管芯附接过程期间，LED器件不能加热至过高的温度，否则金/锡晶圆接合材料将熔化且LED器件将分离。因此通常使用所涂覆的并且在温度不超过150℃的环境下固化的银环氧树脂71。如图3所示，n电极67通常经由接合线72连接至金属核心PCB 70的金属第二部分73。

发明内容

通过在衬底上生长外延LED结构制成竖直GaN基LED。在一个范例中，衬底为导电硅晶圆。外延LED结构包括n型层、p型层以及设置在n型层与p型层之间的有源层。GaN基LED为蓝光LED，并且有源层包括一定量的铟。p型层上形成银层，从而形成与外延LED结构的欧姆接触。银层经过退火，使得银至p-GaN界面将能够承受超过450℃的温度。加入包覆层，并且在包覆层之上提供高温阻挡层。高温阻挡层在450℃下效用可持续五分钟，防止接合金属扩散进入银层。在一个范例中，阻挡层包括包覆层上的厚度1000nm的镍子层，以及镍子层上的厚度200nm的钛子层。在另一范例中，阻挡层包括包覆层上的厚度1000nm的镍子层、镍子层上的厚度200nm的氮化钛子层以及氮化钛子层上的厚度200nm的钛子层。在另一范例中，阻挡层包括包覆层上的厚度1000nm的镍子层、镍子层上的厚度200nm的氮化硅子层以及氮化硅子层上的厚度200nm的钛子层。

然后，使用在大于380℃下熔化的高温接合金属，将产生的器件晶圆结构晶圆接合至载体晶圆结构。在一个范例中，接合金属为锗铝(Te=420℃)，并且晶圆接合发生于440℃，持续五分钟。接合金属层具有420℃的AlGe界面熔化温度。在器件晶圆结构上提供厚度大约1000nm的铝层，并且在铝上提供厚度50nm的锗帽。在载体器件晶圆结构上提供厚度1000nm的锗层。在晶圆接合期间，器件晶圆结构上的接合金属以及载体晶圆结构上的接合金属熔化并融合在一起，以形成晶圆接合结构。尽管要承受高于380℃的晶圆接合温度一段时间(超过一分钟)，银层的反射率以及欧姆接触质量不会劣化。

在另一范例中，接合金属包括硅化铝(Te=580℃)。在其他范例中，其中接合金属温度低于380℃并且其中LED器件并非不含金，则接合金属可为硅金(Te=370℃)或锗金(Te=360℃)。