專利名稱：用于固態(tài)照明裝置的氮化鎵晶片襯底以及相關聯(lián)系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明一般來說涉及晶片制作，且更特定來說涉及一種用于生長適合在固態(tài)照明裝置中使用的氮化鎵的襯底、系統(tǒng)及方法。
背景技術：
移動電話、個人數(shù)字助理(“PDA”)、數(shù)碼相機、MP3播放器及其它便攜式電子裝置將固態(tài)照明(“SSL”)裝置(例如LED)用于背景照明。SSL裝置也用于招牌、室內照明、室 外照明及其它類型的一般照明。圖IA是具有橫向觸點的常規(guī)SSL裝置IOa的橫截面圖。如圖IA中所展示，SSL裝置IOa包含承載LED結構11的襯底20，所述LED結構具有定位于N型GaN 15與P型GaN 16之間的有源區(qū)域14，所述有源區(qū)域(例如)含有氮化鎵/氮化銦鎵(GaN/InGaN)多量子阱(“MQW”)。SSL裝置IOa還包含在P型GaN 16上的第一觸點17及在N型GaN 15上的第二觸點19。第一觸點17通常包含透明且導電材料(例如，氧化銦錫(“IT0”))以允許光從LED結構11逸出。圖IB是其中第一觸點17與第二觸點19彼此相對(例如呈垂直而非橫向的配置)的另一常規(guī)LED裝置IOb的橫截面圖。在LED裝置IOb的形成期間，類似于圖IA中所展示的襯底20的襯底20最初承載N型GaN 15、有源區(qū)域14及P型GaN 16。將第一觸點17安置于P型GaN 16上，且將載體21附接到第一觸點
17。移除襯底20，從而允許將第二觸點19安置于N型GaN15上。接著倒置所述結構以產生圖IB中所展示的定向。在LED裝置IOb中，第一觸點17通常包含反射且導電材料(例如，鋁)以朝向N型GaN 15引導光。如下文更詳細論述，SSL裝置的各種元件通常具有不同熱膨脹系數(shù)(CTE)。在制造工藝中及/或使用期間出現(xiàn)的溫度漂移期間，所述裝置元件的CTE的差可致使所述元件破裂或分層。由于形成用于SSL制造的晶片的各種元件的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差，且特定來說，由于藍寶石的CTE與GaN的CTE的比較，可能難以以產生高合格率的方式產生直徑超過四英寸的晶片。因此，仍需要改進所得裝置的性能及可靠性且減小與制造此些裝置相關聯(lián)的成本及時間的襯底
發(fā)明內容


參考以下圖式可更好地理解本發(fā)明的許多方面。所述圖式中的組件未必按比例繪制。而是，重點在于清楚地圖解說明本發(fā)明的原理。此外，在所述圖式中，在所有數(shù)個視圖中，相同參考編號標示對應部件。圖IA是根據(jù)現(xiàn)有技術的SSL裝置的示意性橫截面圖。圖IB是根據(jù)現(xiàn)有技術的另一 SSL裝置的示意性橫截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有籽晶材料及至少部分經晶體定向的材料的圖2中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖4A是具有根據(jù)本發(fā)明的實施例退火的至少部分經晶體定向的材料的圖3中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實施例在優(yōu)先蝕刻之后的圖4A中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖4C是具有根據(jù)本發(fā)明的實施例再生長的至少部分經晶體定向的材料的晶體的圖4B中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖5是具有根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的氮化鎵層的圖4C中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例形成圖2到5中所展示的支撐部件的方法的流程圖。圖7A與7B是根據(jù)本發(fā)明的實施例在垂直LED結構的構造期間的圖5中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例在垂直LED結構的構造期間的圖5中所展示的支撐部件的部分示意性橫截面圖解。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例一般來說針對用于生長氮化鎵的襯底以及相關聯(lián)系統(tǒng)及方法。氮化鎵可用于形成固態(tài)照明(“SSL”)裝置。如下文中所使用，術語“SSL裝置”通常是指具有發(fā)光二極管(“LED”)、有機發(fā)光二極管(“0LED”)、激光二極管(“LD”)、聚合物發(fā)光二極管(“PLED”)及/或除電燈絲、等離子或氣體以外的其它適合的照明源的裝置。簡單地說，所述系統(tǒng)的一個實施例包含支撐襯底、形成于所述支撐襯底上的中間結構及形成于所述中間結構上的籽晶材料。例如，通過等離子增強化學氣相沉積(PECVD)將非晶及/或至少部分經晶體定向的材料(例如，具有(111)晶體定向的硅)安置于所述籽晶材料上。可將所述非晶及/或至少部分經晶體定向的材料退火且選擇性地對其進行蝕刻以增加具有(111)晶體定向的晶體的數(shù)目。此時，所述材料為至少部分地經晶體定向，即使其在退火之前為非晶的。所述系統(tǒng)可進一步包含在所述晶體上方的外延生長的氮化鎵(GaN)材料(例如，GaN層)。預期，本發(fā)明的實施例可通過消除將含氮化硅及/或含氮化鎵襯底接合到含氮化鋁襯底或經熱修整以支撐GaN的其它襯底的需要來提供勝于現(xiàn)有方法的優(yōu)點。替代地，可在單個襯底上原位地形成氮化硅及/或氮化鎵。本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點將對所屬領域的技術人員顯而易見或變得對所屬領域的技術人員顯而易見。為清楚起見，未在以下描述中闡明描述眾所周知且通常與所揭示的系統(tǒng)及方法相關聯(lián)、但可能不必要地使本發(fā)明的一些重要方面模糊的結構或工藝的數(shù)個細節(jié)。此外，雖然以下揭示內容闡明本文中所揭示技術的不同方面的數(shù)個實施例，但數(shù)個其它實施例可具有不同于本章節(jié)中所描述的那些配置或組件的配置或組件。因此，所揭示技術可具有帶有額外元件及/或不具有下文參考圖2到8所描述的元件中的數(shù)者的其它實施例。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的支撐部件110(例如，晶片)的部分示意性橫截面圖解。支撐部件110可包含支撐襯底112。支撐襯底112可包含具有促進形成本文中所描述的額外結構的適合性質的材料。在特定實施例中，針對支撐襯底112選擇的材料可包含多晶氮化鋁(PAlN)或針對其熱膨脹特性選擇的另一材料。此些特性包含熱膨脹系數(shù)(CTE)，所述熱膨脹系數(shù)與隨后形成的GaN材料的CTE大約相同或以其它方式近似或接近隨后形成的GaN材料的CTE。通過以此方式針對支撐襯底112選擇材料，可改進GaN材料的質量、均勻性及/或可生產性。關于適合支撐襯底112及相關聯(lián)方法的方面的進一步細節(jié)包含于2010年8月23日提出申請且以引用方式并 入本文中的第12/861,706號共同待決美國申請案中。支撐襯底112可包含適合囊封層111以防止或至少限制在后續(xù)工藝期間材料從支撐襯底112擴散。囊封材料111還可經選擇以匹配或接近隨后沉積的GaN的CTE。在至少一些實施例中，囊封材料111包含氮化硅或另一基于硅的化合物。囊封材料111的外部表面可包含氧化物113，例如，二氧化硅層。在至少一些實施例中，所述二氧化硅可獨自支撐隨后安置的材料。在其它實施例中，圖2中所展示的中間結構114可執(zhí)行此功能。中間結構114可包含二氧化硅、氮化硅、碳化硅或經選擇以至少部分地補償支撐襯底112與隨后安置的材料之間的CTE差的另一適合材料。因此，中間結構114可在對金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)有用的溫度(例如，從約570°C到約1100°C的溫度)下最小化或至少減小彎曲。在特定實施例中，中間結構114的前述材料可以順序層的形式安置于支撐襯底112上。在另一實施例中，中間結構114可包含接著經氧化以產生中間結構114的碳化硅及二氧化硅成分的碳化硅?？梢灾辽俨糠值厝Q于隨后沉積于支撐部件110上的GaN厚度的范圍的方式選擇這些層的特性，舉例來說，如在2010年9月9日提出申請且以引用方式并入本文中的第12/878，815號共同待決美國申請案中所描述。所述層特性還可經選擇以提供與后續(xù)工藝及/或隨后安置的材料的化學兼容性。取決于工藝細節(jié)，可組合、消除或移除所述層中的一者或一者以上。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有籽晶材料116(例如，籽晶層)及安置于所述籽晶層上的初始材料117的圖I的支撐部件110的部分示意性橫截面圖解。在特定實施例中，籽晶材料116包含氮化鋁或安置于中間結構114上的鈦與安置于所述鈦上的鎳的組合?？山浻烧舭l(fā)工藝或其它適合工藝安置前述材料。初始材料117可包含非晶材料及/或至少部分經晶體定向的材料(下文中稱“經晶體定向的材料”)。可通過熱或電子束蒸發(fā)、濺鍍、CVD、PECVD、原子層沉積(ALD)或另一適合技術將初始材料117安置于籽晶材料116上。當初始材料117包含非晶組分時，所述非晶組分通常并不包含晶體。當初始材料117包含經晶體定向的材料時，所述經晶體定向的材料的微結構包含沿共同方向定向的至少一些晶體。舉例來說，所述經晶體定向的材料可為多晶的(例如，多晶硅)，或可包含具有各種結晶定向的晶粒的混合物。可使用已知沉積技術來產生具有相對高分數(shù)的沿特定方向定向的晶粒的膜。舉例來說，當經晶體定向的材料包含多晶硅時，可使用此些技術來沉積帶有具有(111)定向的至少一些晶體的經晶體定向的材料，此對于支撐具有(0001)晶體定向的后續(xù)GaN層通常為所要的。在其它實施例中，舉例來說，如果經晶體定向的材料主要由除硅以外的元素組成，那么所述經晶體定向的材料可具有高分數(shù)的沿除(111)以外的方向定向的晶粒，同時仍為具有(0001)晶體定向的后續(xù)GaN層提供適合的支撐。在又一些實施例中，所述經晶體定向的材料可具有沿支撐具有除(0001)以外的晶體定向的GaN的方向定向的晶粒。在至少一些實施例中，可(例如)以條帶或其它形狀(例如使用光刻掩模及蝕刻工藝)圖案化初始材料117以增強后續(xù)化學處理的效應。在一些情況下，增強這些效應包含較高速率的再結晶。在這些實施例中的任一者中，可通過物理及化學反應/工藝的組合開發(fā)、建立及/或改進初始材料117中的結晶 程度，如將參考圖4A到4C進一步描述。初始材料117在一些實施例中包含硅，且在特定實施例中僅包含硅。在其它實施例中，初始材料117包含除硅以外的材料，只要其形成用于GaN生長的適合的開始層即可。此些材料包含(但不限于)AlN、SiC、Al203(藍寶石)及尖晶石。在特定實施例中，初始材料117可包含GaN。然而，在其它實施例中，直到在稍后參考圖5所描述的工藝中安置GaN才在支撐部件110中包含GaN?？山浻啥喾N適合的技術(包含熱或電子束蒸發(fā)、DC或RF濺鍍、電鍍、分子束外延(MBE)、ALD、脈沖激光沉積(PLD)、旋涂、M0CVD、氫化物氣相外延(HVPE)及液相外延(LPE))中的任一者將所述材料安置于支撐部件110上。在特定實施例中，初始材料117包含使用硅烷作為前驅物氣體而在低壓CVD工藝(LPCVD)中沉積的多晶硅。初始材料117在沉積后或在接近于其沉積或放置額外材料或反應物之后可經退火及/或可經歷化學反應。所得結構可具有范圍高達單晶體結構的增強的或增加的結晶程度。圖4A是圖3中所展示的支撐部件110的部分示意性橫截面圖，其中圖3中所展示的初始材料117經退火以形成經晶體定向的材料118。因此，即使初始材料117在退火之前包含非晶組分，圖4A中所展示的退火后經晶體定向的材料118也具有沿共同方向定向的至少一些晶體。如果初始材料117已包含經晶體定向的材料組分，那么退火工藝致使具有特定晶體定向的晶體的數(shù)目或群體增加。舉例來說，當選擇籽晶材料116及/或中間結構114以有助于具有(111)定向的晶體的生長時，將初始材料117退火可致使額外晶體形成及/或與所述(111)定向對準(由圖4A中上指的箭頭示意性指示)。典型退火參數(shù)包含在從約450°C到約900°C的范圍中的溫度。在至少一些實施例中，所述退火工藝可包含其中將初始材料117的若干個區(qū)依序暴露于高溫從而形成前進穿過材料117的再結晶“前部”的區(qū)熔融再結晶工藝。在其它實施例中使用其它退火工藝，且在這些實施例中的任一者中，所述工藝可增加具有(111)定向的晶體的群體，因此促進裝置質量GaN膜的后續(xù)生長。結晶工藝可包含其它技術以進一步增強結晶度，如下文進一步描述。圖4B是圖4A中所展示的支撐部件110的部分示意性橫截面圖解。在圖4B中，根據(jù)本發(fā)明的實施例，經晶體定向的材料118已經歷優(yōu)先蝕刻工藝?？墒褂盟鰞?yōu)先蝕刻工藝來移除具有較不期望定向的晶粒，例如，具有除(111)以外的定向的晶粒。舉例來說，在KOH中，Si(OOl)蝕刻比Si (111)蝕刻快得多。(111)晶粒可縮小但不完全消失，同時仍給經晶體定向的材料118提供較大分數(shù)的具有(111)定向的晶體。在此優(yōu)先蝕刻之后，可執(zhí)行退火與化學反應步驟的組合以改質可在蝕刻工藝期間暴露的經晶體定向的材料118及/或籽晶材料116的物理及化學性質。所述優(yōu)先蝕刻可包含選擇性濕蝕刻工藝及/或其它工藝，例如氧化工藝、擴散工藝或者取決于或不取決于晶體定向的其它工藝。因此，可執(zhí)行整個優(yōu)先蝕刻工藝以選擇性地移除具有除(111)以外的晶體定向的晶粒，但所述工藝可包含不取決于晶體定向的步驟或子工藝。圖4C是根據(jù)本發(fā)明的實施例在經晶體定向的材料118已經歷再生長工藝之后的圖4B中所展示的支撐部件110的部分示意性橫截面圖。在此實施例的特定方面中，經晶體定向的材料118經歷可增加具有所期望定向(例如(111)定向)的晶體的大小因此增加此些晶體的表面積的再生長工藝。所述再生長工藝可包含使支撐部件110連續(xù)運行穿過硅外延反應器或穿過運行硅前驅物(例如，硅烷)的GaN外延反應器。在再生長工藝之后，可進一步將經晶體定向的材料118退火以增加(111)結晶的水平。可重復執(zhí)行前述退火、移除及生長操作以增加(111)晶體定向的水平，因此促進裝置質量GaN膜的后續(xù)生長。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有形成于其上的氮化鎵材料120(例如，GaN層)的圖4A到4C中所展示的支撐部件110的部分示意性橫截面圖。如圖5中所展示，可在經晶體定向的材料118上形成任選緩沖材料122以增強GaN材料120的形成。舉例來說，緩沖材料122可包含氮化鋁鎵(AlxGahN (0 <x< I)，或AlGaN)，其中經晶體定向的材料118充當于其上外延生長AlGaN的適當基底表面?？稍诰彌_材料122上安置或在緩沖材料122中包含薄的氮化硅層?？山浻蛇m合晶體生長工藝(例如，MOCVD或HVPE)來安置GaN材料120?？苫谒谕淖罱K結果來選擇特定工藝。舉例來說，HVPE工藝通常比MOCVD工藝快，且因此可用于生長相對厚的GaN層，例如，從約10 ii m到約300 ii m厚，且在代表性實施例中約50 或更厚。此些厚層可尤其適合于大晶片(例如，具有至少6英寸的直徑的晶片)以減小位錯密度。因此，預期此支撐部件(例如，具有厚GaN層(最初不具有發(fā)光材料)及具有經選擇以匹配或近似GaN CTE的CTE的支撐襯底112的支撐部件110)在典型LED形成工藝期間比現(xiàn)有襯底及支撐部件表現(xiàn)地更好。如果移除支撐部件110的剩余部分，那么在一些實例中可使用甚至更大膜厚度(例如，大于300 厚)來產生獨立GaN襯底。舉例來說，預期在六英寸支撐部件晶片上的500 厚層(或更厚層)可自支撐，從而允許在形成GaN層之后移除所述支撐部件的剩余部分。針對具有更大直徑(例如，大于六英寸)的晶片，所述層的厚度可為500 iim或更大(例如，多達或大于IOOOii m)。一般來說，預期較厚層產生較低位錯密度。經晶體定向的材料118可足夠厚以致整個結構的熱膨脹特性由支撐部件110的下伏部分(例如，由支撐襯底112)支配。在特定實施例中，GaN材料120及/或緩沖材料122可在生長開始時具有相對高濃度的微結構缺陷及/或空隙。在生長幾微米之后，預期GaN膜將完全聚結，從而產生低到足以產生適合于SSL裝置(例如LED)的GaN的缺陷密度。在前述實施例中的任一者中，在具有或不具有緩沖材料122的情況下，預期(111)結晶的程度及微結構至少部分地控制GaN材料120的形成(例如，晶體定向)。舉例來說，預期經晶體定向的材料118中的(111)結晶度的增加的水平將減少上覆GaN材料120中穿透位錯的密度。在特定實施例中，所得GaN材料120可具有IOkVciii2或更小且更特定來說例如在GaN的發(fā)光區(qū)域中為107cm2或更小的位錯密度?？尚薷幕蚪M合本文中所描述的實施例的某些方面以產生所期望的GaN特征。舉例來說，可基于支撐襯底112的開始特性或基于安置于支撐襯底112上的連續(xù)材料的特性來選擇用于形成上文所描述的結構的各種元件及/或工藝參數(shù)。也可基于最終SSL裝置或待用GaN材料構造的其它裝置的要求來選擇所得結構的特性。圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例用于在襯底112上生長氮化鎵120以形成支撐部件110的方法的流程圖600。應注意，所述流程圖中的任何工藝描述或框可表示包含用于實施工藝中的特定邏輯功能的一個或一個以上指令(例如，編碼于計算機可讀媒體上的指令)的代碼或步驟的模塊、段、部分。在其它實施例中，如相關領域的技術人員將理解，取決于所涉及的功能性，可以不同于下文所展示或所描述的次序的次序(包含大致同時或以相反次序)來執(zhí)行某些功能?？?02包含提供支撐襯底,例如上文所描述的支撐襯底中的任一者?？?04包含在所述支撐襯底上形成中間結構，且框606包含將籽晶材料安置于所述中間結構上。如上文所描述，可選擇并安置所述中間結構及所述籽晶材料以促進生長具有(0001)或其它選定晶體定向的GaN結構。還如上文所論述，在至少一些實施例中，可通過其它結構組合或執(zhí)行所述中間結構及/或所述籽晶材料的功能?？?08包含(例如)通過PECVD或另一適合工藝在籽晶材料上形成初始材料(或以其中所述初始材料由所述支撐襯底承載的另一方式)。在框610中，退火及/或以其它方式處理初始材料以形成具有增加的數(shù)目、群體及/或程度的具有選定定向(例如，針對硅，(111)定向)的晶體經晶體定向的材料?？稍谒鼋浘w定向的材料上方形成任選緩沖層以支撐氮化鎵材料，接著在所述經晶體定向的材料上、上方或以其它方式形成(例如，外延生長)所述氮化鎵材料，以便由所述經晶體定向的材料承載(框612)。前述工藝的一個特征是其可在不將預先形成的結構作為一單元接合到所述支撐襯底的情況下完成。舉例來說，前述工藝并不需要將承載硅或氮化鎵層的單獨襯底(例如 晶片)作為一單元(例如，經由范德瓦爾斯力)接合到承載氮化鋁或其它層的對應熱匹配或其它方式修整的襯底。而是，本發(fā)明的方面針對使用沉積及/或生長工藝來由小得多的元件(通常大小約為數(shù)微米)建造適合的結構。特定來說，上文所描述的工藝可形成具有主要沿預定方向(例如，在硅的情況下，(111))的晶體結構的經晶體定向的材料，其中所述預定方向經選擇以促進、增強及/或以其它方式改進隨后形成的GaN材料的組合物。接著將GaN材料形成為具有也主要沿優(yōu)選或選定方向(例如(0001))定向的晶體。本發(fā)明布置的優(yōu)點是現(xiàn)有晶片接合工藝通常需要彼此接合的結構(晶片)之間頗高的力。用于執(zhí)行此些接合工藝的大部分現(xiàn)有制作工具限于峰值力。隨著支撐此些結構的晶片或其它襯底的大小增加(例如，從4英寸的直徑或其它寬度方向尺寸到6英寸、8英寸、10英寸、接著12英寸或更大)，由固定力工具提供的壓力依據(jù)所接合裝置的增加的面積線性減小，此可減小所述接合工藝的功效。因此，上文參考圖2到6所描述的技術可促進在大直徑晶片上形成適合的氮化鎵材料，而無需接合器在超過建造其的力的力下操作。此又可允許制造商使用現(xiàn)有設備生產大量LED或其它SSL裝置。前述實施例中的至少一些實施例的另一特征是其消除對在襯底中植入元素(例如，氫)以促進在稍后高溫工藝中分離襯底層(在接合到熱修整或匹配的襯底之后)的需要。消除此工藝可改進整個制造工藝的生產量。可使用上文所描述的GaN材料120來形成多種LED或具有對應多種結構布置的其它SSL裝置。特定來說，可使用垂直布置或橫向布置形成此些裝置。在垂直布置中，經由濕蝕刻工藝移除支撐襯底112，且中間結構114可起到濕蝕刻停止件的額外功能，因此促進高效地移除支撐襯底112及/或支撐襯底112與中間結構114之間的其它材料?？墒褂脻窕瘜W蝕刻、反應性離子蝕刻(RIE)或所屬領域的技術人員已知的其它蝕刻技術來移除中間結構114及/或金屬層(例如，籽晶材料116)，此對垂直布置來說為典型情況。圖7A與7B是根據(jù)本發(fā)明的實施例圖5的支撐部件110在其用于構造垂直LED結構150a時的部分示意性橫截面圖解。以圖7A開始，通過以相關領域的技術人員已知的方式使“阱”材料層與“勢壘”材料層交替來在GaN材料120上形成外延生長的多量子阱(MQW)，從而產生有源發(fā)光區(qū)域132。在所述發(fā)光區(qū)域上進一步形成P型GaN區(qū)域134。在P型GaN區(qū)域134上形成P觸點130，且在P觸點130上形成接合層133 (例如，金-錫或鎳-錫合金或其它適合接合材料)。使用接合層133來將適合的載體135 (例如，硅晶片或基臺，或CuW載體)附接到支撐部件110。如圖7B中所展示，接著使用濕化學品、等離子蝕刻及/或研磨的組合蝕刻掉支撐襯底112及經晶體定向的材料118。GaN材料120的至少一部分包含N型GaN。因 此，可將N觸點131直接安置于GaN材料120上，其中發(fā)光區(qū)域132在N觸點131與P觸點130之間?？山浻纱篌w類似的工藝形成垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例用于形成橫向LED結構150b的圖5中所展示的支撐部件110的部分示意性橫截面圖解。以大體類似于用于現(xiàn)有橫向布置的方式的方式實施裝置制作。圖8圖解說明橫向LED 150b，其中在蝕刻形成P觸點130的P區(qū)域的適合部分及下方的有源區(qū)域132之后，P觸點130與N觸點131兩者在發(fā)光區(qū)域132的相對側上的GaN材料120的面向上表面上。預期半導體激光器、高電子移動率晶體管(HEMT)及/或其它二極管、整流器、光電檢測器及或其它適合半導體裝置的制作遵循類似布局。可通過倒置LED 150b且將觸點130、131連接到適合的PCB或其它襯底而以“倒裝芯片”布置使用圖8中所展示的LED 150b。在特定實施例中，支撐部件110的在GaN材料120下方的部分(例如，經晶體定向的材料118、籽晶材料116、中間結構114及支撐襯底112)可與LED 150b分離。在另一實施例中，支撐部件110的前述部分可保留在適當位置中，因為(不同于上文所述的垂直LED150a)不必移除此材料來形成N觸點131。因此，此布置可在LED的體積為較不重要的設計約束的情況下及/或在LED的成本為較重要的設計約束的情況下使用。從前文將了解，本文中已出于圖解說明目的而描述了本技術的特定實施例，但可在不背離所揭示技術的情況下做出各種修改。舉例來說，安置于支撐襯底上的材料可根據(jù)不同于上文所明確描述的工藝及/或工藝參數(shù)的工藝及/或工藝參數(shù)來安置。在一個特定實施例中，可從圖3到4C中所展示的布置反轉其中形成籽晶材料116及經晶體定向的材料118 (或其前驅物，初始材料117)的次序。也就是說，可將籽晶材料116安置于經晶體定向的材料118上，而非相反情況。在特定實施例中，籽晶材料116可包含鎳，且在其它實施例中，其可包含其它元素或化合物。在這些實施例中的任一者中，籽晶材料116可執(zhí)行相同功能(例如，促進經晶體定向的材料118的(111)晶體定向)，無論其是在經晶體定向的材料118之前還是之后安置。當籽晶材料116是在經晶體定向的材料118之后安置時，取決于籽晶材料116、經晶體定向的材料118及蝕刻劑的組合物，可通過不同于用于移除經晶體定向的材料118的蝕刻劑的蝕刻劑或通過相同蝕刻劑將其移除。在這些實施例中的任一者中，在晶體定向材料118之后安置籽晶材料116的優(yōu)點是作為蝕刻工藝的一部分而將其移除且因此其將較不可能影響(例如，擴散到)其它結構。相反地，在至少一些實施例中，在經晶體定向的材料118之前安置籽晶材料116可提供對經晶體定向的材料118的較大晶體定向影響?？稍谄渌鼘嵤├薪M合或消除在特定實施例的上下文中所描述的技術的某些方面。舉例來說，在一個實施例中，上文所描述的籽晶材料可與中間結構組合。在其它實施例中，籽晶材料可直接形成于支撐襯底上而無需中間結構。在又一些實施例中，可消除籽晶材料與中間結構兩者且可由直接形成于支撐襯底上或由支撐襯底承載的囊封劑上的二氧化硅層實施由這些材料/結構提供的對應功能。在其它實施例中，可消除某些工藝步驟。舉例來說，在至少一些實施例中，處理經晶體定向的材料118可包含蝕刻或退火，但非兩者。此夕卜，雖然已在那些實施例的上下文中描述了與某些實施例相關聯(lián)的優(yōu)點，但其它實施例也可展示此些優(yōu)點，且未必所有實施例均展示此些優(yōu)點以歸屬于本發(fā)明的范圍內。因此，本發(fā)明及相關聯(lián)技術可囊括本文中未明確展示或描述的 其它實施例。
權利要求
1.一種制作SSL裝置襯底的方法，其包括 在支撐襯底上生長中間結構； 將籽晶材料安置于所述中間結構上； 在所述籽晶材料上形成硅區(qū)域，所述區(qū)域具有具有(111)定向的晶體的群體； 將所述硅區(qū)域退火以增加具有所述(111)定向的晶體的所述群體； 蝕刻所述硅區(qū)域以移除具有除(111)以外的定向的晶體； 生長具有所述(111)定向的所述晶體 '及 將氮化鎵安置于具有所述(111)定向的所述晶體上方。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其進一步包括至少部分地基于所述支撐襯底的熱膨脹系數(shù)與所述氮化鎵的熱膨脹系數(shù)之間的相關性來選擇所述支撐襯底的材料組合物。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中選擇所述支撐襯底的所述材料組合物包含將所述材料組合物選擇為包含多晶氮化鋁。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中退火包含經由區(qū)熔融再結晶工藝來退火。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中生長所述中間結構包含形成具有二氧化硅、碳化硅及氮化硅中的至少一者的一層。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中安置籽晶材料包含安置包括氮化鋁的籽晶材料。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中安置籽晶材料包含安置包括鈦及鎳的籽晶材料。
8.根據(jù)權利要求I所述的方法，其進一步包括 從所述硅晶體移除所述氮化鎵；及 由所述氮化鎵形成SSL裝置。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中將所述硅區(qū)域定位于所述籽晶材料與所述氮化鎵之間，且其中所述區(qū)域包含僅含有硅的一層。
10.根據(jù)權利要求I所述的方法，其進一步包括將緩沖材料安置于具有所述(111)定向的所述晶體上，且其中安置氮化鎵包含將所述氮化鎵安置于所述緩沖材料上。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中安置所述緩沖材料包含安置氮化鋁鎵。
12.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中使用MOCVD工藝安置所述氮化鎵。
13.一種用于制作SSL裝置襯底的方法，其包括 形成由支撐部件承載的多個晶體，所述晶體具有經選擇以促進氮化鎵的形成的定向；及 形成由所述晶體承載的一定體積的氮化鎵，其中所述晶體的所述定向至少部分地控制所述氮化鎵的晶體定向，且不將所述氮化鎵作為一單元接合到所述支撐部件。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中形成多個晶體包含形成具有主要(111)定向的多個硅晶體，且其中形成一定體積的氮化鎵包含形成具有主要(0001)晶體定向的氮化鎵。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述支撐部件包含多晶氮化鋁支撐襯底，且其中所述方法進一步包括 在所述多晶氮化鋁襯底上形成層間結構，所述層間結構包含具有二氧化硅、碳化硅及氮化硅中的至少一者的至少一個層；及 將籽晶材料安置于所述層間結構上，其中所述籽晶材料包含氮化鋁、鈦及鎳中的至少一者，且其中在所述支撐部件上形成晶體包含 在所述籽晶材料上形成硅區(qū)域，所述區(qū)域具有具有(111)定向的晶體的群體； 將所述硅區(qū)域退火以增加具有所述(111)定向的晶體的所述群體； 蝕刻所述硅區(qū)域以移除具有除(111)以外的定向的晶體；及 生長具有所述(111)定向的所述晶體；且其中所述方法進一步包括 在具有所述(111)定向的所述晶體上形成氮化鎵； 從所述硅晶體移除所述氮化鎵；及 由所述氮化鎵層形成SSL裝置。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中形成多個晶體包含 形成具有一定數(shù)目個具有(111)定向的晶體的硅區(qū)域； 將所述硅區(qū)域退火以增加具有所述(111)定向的晶體的所述數(shù)目； 蝕刻所述硅區(qū)域以移除具有除(111)以外的定向的晶體； 生長具有所述(111)定向的所述晶體；且其中所述方法進一步包括 由所述氮化鎵形成SSL裝置。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中形成晶體包含形成硅晶體。
18.根據(jù)權利要求13所述的方法，其進一步包括 在所述支撐部件上形成層間結構；及 將籽晶材料安置于所述層間結構上，且其中形成多個晶體包含在所述籽晶材料上形成多個晶體。
19.根據(jù)權利要求13所述的方法，其進一步包括將緩沖材料安置于所述晶體上，且其中生長一定體積的氮化鎵包含在所述緩沖材料上生長一定體積的氮化鎵。
20.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中形成所述氮化鎵包含形成具有107cm2或更小的位錯密度的所述氮化鎵。
21.一種用于制作SSL裝置襯底的方法，其包括 在支撐部件上形成一定數(shù)目個晶體，其中個別晶體具有經選擇以促進氮化鎵的形成的定向； 增加所述支撐部件上的具有所述選定定向的晶體的數(shù)目；及 形成由具有所述選定定向的所述晶體承載的氮化鎵，其中所述晶體的所述選定定向至少部分地控制所述氮化鎵的所述晶體定向。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成一定數(shù)目個晶體包含優(yōu)先形成一定數(shù)目個(111)硅晶體，且其中形成氮化鎵包含優(yōu)先形成具有(0001)晶體定向的氮化鎵。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中增加晶體的所述數(shù)目包含 將所述晶體位于其中的硅區(qū)域退火以增加具有(111)定向的晶體的數(shù)目； 蝕刻所述硅區(qū)域以移除具有除(111)以外的定向的晶體；及 生長具有所述(111)定向的所述晶體。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，其進一步包括 從所述支撐部件移除所述氮化鎵；及 由所述氮化鎵形成SSL裝置。
25.根據(jù)權利要求21所述的方法，其進一步包括將緩沖材料安置于具有所述選定定向的所述晶體上，且其中安置氮化鎵包含將所述氮化鎵安置于所述緩沖材料上。
26.—種SSL裝置襯底，其包括 支撐襯底，其具有至少六英寸的寬度方向尺寸及至少與氮化鎵的熱膨脹系數(shù)大約相同的熱膨脹系數(shù) '及 一定體積的氮化鎵，其由所述支撐襯底承載且具有至少10微米的厚度。
27.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述氮化鎵不包含發(fā)光結構。
28.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述體積的氮化鎵具有至少50微米的厚度。
29.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述體積的氮化鎵具有至少300微米的厚度且包含HVPE膜。
30.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述支撐襯底具有約八英寸的寬度方向尺寸。
31.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述支撐襯底具有約十二英寸的寬度方向尺寸。
32.根據(jù)權利要求26所述的裝置襯底，其中所述支撐襯底包含多晶氮化鋁。
33.一種SSL裝置，其包括 一定體積的氮化鎵，其具有發(fā)光區(qū)域； P觸點，其連接到所述氮化鎵； N觸點，其連接到所述氮化鎵，其中所述發(fā)光區(qū)域在所述P觸點與所述N觸點之間；及支撐部件，其連接到所述氮化鎵，所述支撐部件包含支撐襯底及由所述支撐襯底承載的至少部分經晶體定向的材料。
34.根據(jù)權利要求33所述的SSL裝置，其中所述N觸點與所述P觸點具有橫向布置且面向相同方向。
35.根據(jù)權利要求33所述的SSL裝置，其中所述至少部分經晶體定向的材料包含(111)硅，且其中所述氮化鎵具有107cm2或更小的位錯密度。
36.根據(jù)權利要求33所述的SSL裝置，其中所述P觸點及所述N觸點經定位以安裝于倒置倒裝芯片位置中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于固態(tài)照明裝置的氮化鎵晶片襯底以及相關聯(lián)系統(tǒng)及方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種用于制作SSL裝置襯底的方法包含形成由支撐部件承載的多個晶體，其中所述晶體具有經選擇以促進氮化鎵的形成的定向。所述方法可進一步包含形成由所述晶體承載的一定體積的氮化鎵，其中所述晶體的所述選定定向至少部分地控制所述氮化鎵的晶體定向，且不將所述氮化鎵作為一單元接合到所述支撐部件。在其它實施例中，可通過包含將其中存在所述晶體的區(qū)域退火、蝕刻所述區(qū)域以移除具有除所述選定定向以外的定向的晶體及/或生長具有所述選定定向的所述晶體的工藝來增加晶體的數(shù)目。
文檔編號H01L33/16GK102656712SQ201080057499
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者休古斯·馬查德, 安東尼·洛奇特菲爾德 申請人:美光科技公司