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CN102479892A - 制造垂直发光器件的方法及用于该发光器件的衬底组件 - Google Patents

制造垂直发光器件的方法及用于该发光器件的衬底组件 Download PDF

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CN102479892A
CN102479892A CN2011101046193A CN201110104619A CN102479892A CN 102479892 A CN102479892 A CN 102479892A CN 2011101046193 A CN2011101046193 A CN 2011101046193A CN 201110104619 A CN201110104619 A CN 201110104619A CN 102479892 A CN102479892 A CN 102479892A
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epitaxial growth
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epitaxial
substrate assembly
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闫春辉
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INVENLUX Ltd
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Abstract

在制造垂直发光器件的方法中，通过在衬底和发光二极管结构的界面进行分离或剥离处形成空隙，利于将衬底从该衬底上形成的发光二极管结构上分离或剥离。一种衬底组件包括衬底和外延层，并且以可控方式在衬底和外延层之间的界面处形成多个空隙。然后，在该外延层上形成发光二极管结构，接着将发光二极管结构附着在一衬顶上，将衬底从外延层上分离，并在原衬底所在处形成导电层和接触电极，从而形成垂直发光器件。

Description

制造垂直发光器件的方法及用于该发光器件的衬底组件
技术领域
本发明一般地涉及发光器件，更具体地涉及一种提高器件产量和光提取效率的制造垂直发光器件的方法以及一种用于该垂直发光器件的衬底组件。
背景技术
由于缺乏商用氮化物体材料，作为下一代常规照明光源的氮化物基发光二极管(LEDs)目前只好异质外延在诸如蓝宝石、碳化硅和硅等异质衬底上。但是，这些衬底限制LED在高功率领域的应用，因为蓝宝石具有较差的散热性能，而硅和导电碳化硅对可见光不透明。一种克服该限制的方法是将发光结构转移到另一具有较好散热性能的衬底或衬顶上，并且有可能在发光结构和衬顶之间加入反射镜。薄膜转移工艺包含将薄膜从原来衬底上分离，然后将薄膜粘在所选的衬顶上。
对于在蓝宝石衬底上的氮化镓基LEDs，已经发展出一种激光剥离技术。有关氮化镓激光剥离技术可以参考美国专利No.7,202,141，在此通过参考的方式援引其全部内容。简单来说，一束光子能量大于氮化镓禁带宽度的激光穿过蓝宝石照在氮化镓和蓝宝石界面上。光子能量被界面处很小厚度(小于1微米)的氮化镓层吸收，从而导致界面处氮化镓层的气化，并产生高压氮气以将发光结构从蓝宝石衬底上分离。然而，高压氮蒸汽及其振动波可以在发光结构中引入额外缺陷，导致较低的发光效率和较大的器件正向/反向漏电流，一句话，导致较低的器件合格率及较差的器件性能。
美国专利No.7,781,247和专利申请No.2005/0247950都指出通过利用一个夹在衬底和发光结构之间的InGaN牺牲层来提高器件剥离质量和产量。在此通过参考的方式援引美国专利No.7,781,247和专利申请No.2005/0247950的全部内容。InGaN禁带比氮化镓禁带窄，可以吸收更多激光能量，从而降低受损薄膜的厚度。除此之外，InGaN在相对较低的温度下离解，因而需要较少激光能量来完成剥离。
激光剥离工艺露出用以形成接触的半导体表面，通过分别在发光层两相对侧形成n接触电极和p接触电极以获得垂直LED。垂直LED具有更均匀的电流分布，从而更适合高电流驱动的高功率应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种制造垂直发光器件的方法，其中通过形成空隙于衬底和发光二极管结构之间进行分离或剥离的界面层，利于将衬底从其上形成的发光二极管结构上分离或剥离。本发明还提供一种用以在其上外延生长发光二极管结构的衬底组件，其中该衬底组件包括衬底和外延层，以可控方式在该衬底和外延层之间的界面处形成多个空隙，然后，在该外延层上形成发光二极管结构，接着将发光二极管结构附着在一衬顶上，从外延层上分离该衬底，并在外延层的剥离面上形成导电层和接触电极，从而形成发光器件。
本发明的一个方案提供一种制造发光器件的方法。该方法包括：制备在顶面具有交替形成的多个凹陷和多个外延生长部分的衬底；在该衬底的顶面上沉积外延层以覆盖但不完全填满所述凹陷，从而在凹陷中形成多个空隙；在该外延层上形成发光二极管结构；将该发光二极管结构附着在一衬顶上；以及从该外延层上分离该衬底。
本发明的另一方案提供制造一种衬底组件，用于在其上生长发光二极管结构。该衬底组件包括：在顶面具有交替形成的多个凹陷和多个外延生长部分的衬底；以及在该衬底的顶面形成的外延层，其中该外延层覆盖但不完全填满所述凹陷，从而在凹陷中形成多个空隙。
附图说明
本发明包括的附图用来提供对本发明的进一步理解并构成本申请的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在整个附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且一个层可以表示与相同功能相关的一组层。
图1A示出根据本发明实施例的衬底的横截面图。
图1B示出根据本发明实施例的沉积在衬底上的LED结构的横截面图。
图1C示出将图1B中所示的LED结构从衬底上分离。
图1D示出根据本发明实施例的垂直LED的横截面图。
图1E示出根据本发明实施例的垂直LED的横截面图。
图2A示出根据本发明实施例的衬底的横截面图。
图2B示出根据本发明实施例沉积在衬底上的LED结构的横截面图。
图2C示出将图2B中所示的LED结构从衬底上分离。
图2D示出根据本发明实施例的垂直LED的横截面图。
图3A示出根据本发明实施例的衬底的透视图。
图3B示出根据本发明另一实施例的衬底的透视图。
图4示出根据本发明实施例的衬底的透视图。
图5示出根据本发明实施例的衬底的平面图。
图6示出根据本发明一个方案分离LED结构与衬底的方法。
图7示出根据本发明实施例的垂直LED的制造工艺流程图。
具体实施方式
在根据本发明的一个方案制造垂直发光器件的方法中，为了利于从形成在衬底上的发光二极管结构上分离或剥离衬底，在衬底与发光二极管结构之间的界面进行分离或剥离处或附近形成多个空隙。这些空隙可以是任何合适的形式，例如，彼此分离或彼此连通和流体连通。对于这些分离和连通的空隙，其其尺寸或横截宽度可以在0.5到5微米范围内。如在本说明书中的以下限定，空隙的占空比可以在1％-20％的范围内。
在衬底和发光二极管结构之间的界面处的空隙可以通过包含衬底和外延层的衬底组件形成。在衬底的顶面形成有多个凹陷和多个外延生长部分，并且每个外延生长部分具有外延生长表面。外延层的生长主要从外延生长表面开始，而不在凹陷处，并且外延层覆盖但不完全填充凹陷，这样在衬底和外延层之间的界面处形成空隙。凹陷和外延生长部分在衬底的顶面交替排列，这样在凹陷处形成的空隙有助于衬底的相邻外延生长表面从外延层分离或剥离。只要形成合适的尺寸和形状及预定数目的空隙，凹陷可以形成任何形状和大小，例如平行凹槽或网状凹槽。凹陷的横截面宽度可以在0.5-5微米之间的范围内，深度在1-10微米之间的范围内。外延生长表面用来在其上生长外延层，并且外延生长表面的大小或横截面宽度可以在1-10微米之间。所述外延生长表面可选自c平面、m平面、A平面和R平面。所述外延生长表面的米勒指数比周边非外延生长表面(如凹陷或凸起部分的倾斜面)的米勒指数低。
图1A示出根据本发明的一个方案的用于垂直LED生长的一个衬底10的横截面图。衬底10可以选自蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、尖晶石及任何其它合适的材料。在衬底10上形成两种凹陷，凹陷12具有较宽的底部，如图所示的平底，以接受随后的LED结构的生长，而凹陷13具有较窄、尖锐的底部，以在随后的LED结构生长中形成空隙。在图1A所示的实施例中，每一种凹陷都有它最接近的或邻近的属于另一种凹陷的相邻凹陷。换句话讲，凹陷12和13优选交替排列。凹陷可以形成为如图1A所示的周期图案，或任意图案。在排列成周期图案的情况下，图案可以如图3A所示呈一维，或呈二维。凹陷12和13分别被凸起11界定。凸起11也起到分隔凹陷12与凹陷13的作用。如图图1A和图3A所示，凹陷12和13以周期常数a排列成周期图案。凹陷13的深度可以小于或大于凹陷12的深度。在图1A和图3A中，凹陷12和13具有相同的深度，并且等于凸起11的高度。最接近的两个相邻凸起11间隔间距d，d是通过界定凹陷13的两个相邻凸起11的顶点之间的距离所测得的。通常来讲，间距d是图3、图4和图5中所示凹陷13的顶部的横截开口宽度。参考图1A，凹陷12用于接受LED结构生长的横截底部宽度是w。间距d可以在0.5-5微米如1-3微米之间的范围内，而凹陷12的横截底部宽度w可以在3-10微米如5-7.0微米之间的范围内。凹陷13的深度h可以在1-10微米如3-6微米之间的范围内。周期常数a可以在4-20微米如7-13微米之间的范围内。在图1A和图3的实施例中，凹陷13的深度h与凹陷12的深度相同，并且等于凸起11的高度。在其它实施例中，凹陷13的深度可以大于或小于凹陷12的深度，也可以使一些凹陷13的深度小于凹陷12的深度，而另一些凹陷13的深度则大于凹陷12的深度。凹陷12的深度可以在1-10微米如3-6微米之间的范围内。
通常，凹陷13和12的尺寸选定规则，如周期常数a、凹陷12的横截底部宽度w、凹陷13的深度h和顶部的横截宽度d，要确定凹陷13足够尖锐，以在后续LED结构生长时，在凹陷13处形成期望体积和密度的空隙，并要确定LED结构可以在凹陷12的底部顺利生长。因此，凹陷12的底部在此也被称为为外延生长表面的外延生长部分。凹陷13的高宽比(也就是h/d)可以在1-5之间的范围内。
可以通过标准的光刻和蚀刻工艺形成凹陷12和13。例如可以按下列步骤形成蓝宝石衬底10。首先，预备一个清洁c平面蓝宝石晶片，用于沉积一定厚度如200纳米的SiO2。然后，将预定图案转移到SiO2膜，并进行蚀刻以形成与c平面蓝宝石的<1-1.0>方向平行的SiO2掩膜。第三步，晶片被浸泡在热酸溶液如硫酸(H2SO4)中。在酸溶液加热到260℃-330℃时，蓝宝石的蚀刻速率可达每分钟3微米。对于如此高的蚀刻速率，为了避免诸如Al2SO4的不溶物质的形成，通常在蚀刻剂中加入另一种酸如磷酸。对于硫酸与磷酸，优选蚀刻剂的体积比是3∶1。蚀刻速率将取决于混合酸性溶液的温度，形成(11.l)小平面以界定凹陷12和13。与(00.1)基准面相比，(11.l)小平面具有较高的表面能量，因此也是不稳定的生长平面。
如图图3B所示，具有凹陷12和13的衬底10也可以通过沉积材料层，然后在该沉积的材料层中形成凹陷12和13而形成。在这种情况下，衬底10包含一个底置衬底和一个在该底置衬底上沉积的层16。底置衬底可以由与上述不具有层16的单个衬底10相同的材料制成。图3A和图3B中的结构唯一的不同，就是图3B的结构中有一个额外的层16并且在层16中形成凹陷12和13。沉积的材料层16优选对可见光透明，并具有介于如GaN的层20与如蓝宝石的下面的衬底之间的折射率。此外，材料16优选具有热稳定性，并能承受1000-1100℃高温。根据所述这些性能，最适合材料层16的材料就是氮化硅，其它材料如氧化硅，氧化钛也可以采用。图3B中的衬底10可以由下列步骤形成。首先，在底置蓝宝石衬底或其它适合的衬底上沉积厚度h的材料层16。然后，在材料层16的顶面上方形成预定图案的由诸如金属铬制成的保护掩膜。第三步，通过干蚀刻(离子耦合等离子体)或其它适合的蚀刻方法刻蚀材料层16，以形成由凸起11界定的凹陷12和13。在图3B中，凸起11由材料层16制成，并且凹陷12的底面用来外延生长，因此露出下面的衬底如蓝宝石衬底的表面。图3B中的图案优选平行于c平面蓝宝石的<1-1.0>方向。在用到层16时，也可以形成在本说明书中讨论的其它图案的凹陷13和/或12。
将初步制成的衬底10载入任何合适的外延生长反应器，如金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器、分子束外延(MBE)反应器和氢化物气相外延(HVPE)反应器，来生长LED结构。在一实施例中，在凹陷13中不形成任何稳定的生长平面，而凹陷12只有一个稳定的生长平面，就是其平底面。稳定的生长平面通常比不稳定的生长平面具有较低的米勒指数。例如，如果衬底10由蓝宝石制成，那么凹陷12的平底面优选是(00.1)平面，而凹陷12的其它倾斜的侧壁面可以是较高米勒指数的平面如(11.2)、(11.3)、(10.2)、(10.3)等。凹陷12的平底面的米勒指数比其倾斜面的米勒指数低。
对稳定和不稳定生长平面的选择导致主要或仅仅从凹陷12的底面上开始外延生长。如图1B所示，在外延生长一定厚度的层20后，外延层20具有一平坦的顶面，以利于后续LED结构的生长。在层20和衬底10的界面处位于凹陷13的底部形成凹陷13的空隙13’。
为了利于空隙13’的形成，在初始阶段优选增强三维生长。三维生长模式可以增大空隙13’的空隙体积。这就意味着在层20的生长初期，优选采取较高的生长压力、较高的V/III比(也就是V族源与III族源的摩尔量之比)和较低的生长温度。例如，在形成空隙的过程中，生长压力可以是500-760乇，生长温度可以是摄氏950-1000度，及V/III比可以是4000-8000。在形成空隙13’后，生长压力可以降到200-500乇，生长温度可以升到摄氏1000-1080度，及V/III比可以降到2000-4000。层20可以由硅掺杂的GaN或其它合适的材料如硅掺杂的InGaN和AlGaN制成。空隙13’可以以彼此不相连的隔离状态或者彼此相连的连接状态存在。例如在图1B和图3的实施例中，凹陷13形成为平行的凹槽，在其上沉积层20后，形成空隙13’，并且空隙13’在至少一些凹槽中是相连的，且在同一个凹槽中相连的空隙13’彼此间以及与外界均流体连通。对于隔离的空隙13’，其大小或尺寸可以在但并不限于0.5到5微米之间的范围内，如1到3微米，并且空隙13’的层密度(sheet density)，就是在穿透形成空隙13’的界面处的一个平面中的单位面积内的空隙13’的个数，可以在但并不限于104-107cm-2之间，如105-106cm-2。对于相连的空隙13’，空隙13’的横截面大小，就是在与相连空隙13’纵轴垂直的方向上的横截面的最大横向长度，可以在但不限于0.5到5微米之间，如1到3微米，并且相连空隙13’的线密度，就是单位长度上凹陷13的凹槽个数，可以在但不限于103-104cm-1之间。空隙的占空比可以在1％-20％之间，如5％-10％，这里使用的空隙占空比是指总的空隙体积与总的h×A的体积之比，A是总的衬底平面面积，h是凹陷13的高度。
在层20上形成发光层30的的下限制层21。层21可以选自硅掺杂的GaN、InGaN和AlGaN。发光层30是一个含铟结构，以发出设定波长的光。层21可以是单个InGaN层或一个GaN/InGaN多量子井。在发光层30上是上限制层40，该上限制层40可以是镁掺杂的GaN、InGaN或AlGaN。可以在层20上形成任何其它合适的LED结构。
在外延生长上限制层40后，在衬底10上的LED结构上形成透明电流扩展层52和反光镜60，如图1B中所示的实施例，该LED结构包括下限制层21、发光层30和上限制层40。在一个实施例中，在外延生长上限制层40后，从反应炉中取出具有LED结构的衬底10，并且在各自的气相沉积系统如电子束沉积室中形成透明电流扩展层52和反光镜60。参考图1B，在上限制层40上形成透明导电层52，如用以扩展电流的P型电流扩展层。层52可以是透明金属层如Ni/Au、NiO/Au或一个透明导电氧化层如氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)。层52可以是一个单层或多层。在透明导电层52上是导电反光镜60，该导电反光镜60可以由银(Ag)、铝(Al)或如氮化锆(ZrN)和氮化铪(HfN)的金属层。与层52一同作用的反光镜60优选在可见光谱区域具有大于90％的反射率。
然后，将具有LED结构、电流扩展层52和反光镜60的衬底10附着在一个高导热率和高导电率的支撑衬顶70上。附着可以通过已知的方法如晶片接合或电镀完成。衬顶70的制造材料可以选自铜、铂、钯、镍、银、金、铝、钴、钨、钼、硅和它们的合金。考虑到较好的热学和电学特性及商业生存能力，衬顶70的材料优选采用铜或铜合金。最后，在衬顶70上形成接触电极82，例如p型接触电极。
在如图1B中的结构上采用一种分离机制以去掉初始衬底10，如图1C所示。分离机制可以是机械研磨和抛光、化学蚀刻及激光剥离。在化学蚀刻的情况下，参考图1B和图3，化学试剂可以通过毛细作用注入到位于外延层20和衬底10之间界面处的相连的空隙13’中，以加快分离工序。例如，在硅衬底上生长的GaN基LED的实施例中，如HNO3、H2O2的氧化剂和如HF的蚀刻剂可以通过毛细作用注入到位于GaN/Si界面处的空隙13’中。因此，不需蚀刻整个衬底10，而是对Si凸起11的化学蚀刻就可导致外延层-衬底(也就是图1B实施例中的层20和衬底10)的分离。
再参考图1B和图3，在本发明的一个实施例中，衬底10是(111)硅，其中空隙13’是沿着<1-10>或等效方向。
在蓝宝石衬底上生长GaN基LED的实施例中，衬底10可以是(00.1)蓝宝石，并且空隙13’可以沿<11.0>、<10.0>或等效方向形成。参考图6，如图1B所示的发光结构由钝化层75保护，该钝化层覆盖发光结构的顶面，也可以覆盖发光结构的侧壁的一部分，但是在两侧壁处暴露空隙13’。钝化层75可以由氮化硅或光刻胶制成。然后，发光结构被浸泡在容器90的化学蚀刻液体92中。露出衬底10以接受从容器90底部射入的紫外光95。化学蚀刻剂92可以是碱性的如NaOH、KOH，或酸性的如HNO3、H3PO4和HF。通过毛细作用，化学蚀刻剂92将会注入到相连的空隙13’中，以蚀刻层20和衬底10之间的界面。通过照射紫外光95，可以显著增强蚀刻工序。在该实施例中，已大大降低或不存在外延-衬底的分离对发光层30的负作用。
在蓝宝石衬底上生长GaN基LED结构的另一个实施例中，可以通过激光剥离来完成外延-衬底的分离。一束高能量激光，如一束248纳米受激激光通过蓝宝石衬底照射在氮化镓-蓝宝石界面处。图1B所示的空隙13’可以吸收由氮化镓离解所产生的高压氮气的振动波，以避免或减轻振动波对发光结构的损伤。
仍然参考图1C，分离之后，层20具有变粗糙或被构图的表面，以利于发光结构的光提取。或者如图1D所示，层20可被透明导电层51进一步平坦化。层51也可以如图1E所示被粗糙化或构图成层51’以提高光提取效率。在层51(51’)上是n型接触电极81。透明导电层51(51’)可以是透明金属层如Ni/Au、NiO/Au，或透明导电氧化层如ZnO、ITO，并且可以是单层或多层。
在前述的LED结构中，是以从衬底开始先具有n型层。但是应理解，LED结构也可以从衬底开始先具有p型层。这就意味着在其它实施例中，层20、21可以是p型层，而层40、52可以是n型层。
图2A-图2D示出根据本发明另一实施例的垂直LED的制造工艺。
图2A示出根据本发明另一实施例的衬底10的横截面图。衬底10可以选自蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓和尖晶石。衬底10的顶面包含外延生长部分15和凹陷13。凹陷13通过光刻和蚀刻形成，具有倾斜的侧壁，该侧壁是不稳定的晶体生长面。如图2A所示，凹陷13具有V形横截面。外延生长部分15具有平坦的顶面，以接受LED结构的外延生长。在图2A的实施例中，每一个外延生长部分15与其它外延生长部分15被相邻的凹陷13分开，并且每一个凹陷13与其它凹陷13被相邻的外延生长部分15分开。然而，外延生长部分15和凹陷13的结构关系并不限于图2A中所示的关系。外延生长部分15和凹陷13可以按如图2A所示的周期图案排列，或者也可以随机排列。在按周期图案排列的情况下，图案可以是一维的，如图4所示(图2A是图4的横截面图)，或是二维的，如图5所示(图2A也是图5沿2A-2A’方向的横截面图)。
如图2A和图4，外延生长部分15和凹陷13按周期图案排列，周期常数为a，并且凹陷13顶部的横截面宽度为d。凹陷13的深度h等于外延生长部分15的高度。参考图2A，外延生长部分15的顶面的横截面宽度w为(a-d)，外延生长部分15的顶面用来接受LED结构外延生长。凹陷13的横截面宽度d可以在0.5-5微米之间的范围内，如1-3微米，而外延生长部分15的顶面的横截面宽度w可以在1-10微米之间的范围内，如4-7微米。凹陷13的深度h可以在1-10微米之间的范围内，如3-6微米。
图5示出外延生长部分15和凹陷13的二维图案的平面图。图2A是沿图5的线2A-2A’的横截面图。外延生长部分15是六边形，并在衬底10的表面上排列成密集的六边形图案。相邻的两个外延生长部分15的倾斜侧壁界定凹陷13。图2和图5中各参数h、d、w和a的取值与上述图2和图4中的相似。外延生长部分15也可以由具有较小的顶面、较大的底面和连接顶面及底面的倾斜侧壁的任何其它形状构成。顶面是用于外延生长外延层，而相邻的外延部分15的倾斜侧壁则界定凹陷13。例如，外延部分15可以制成截锥形。外延部分15的顶面可以制成三角形、正方形、长方形或其它多边形，而相应外延部分15的底面也可以分别制成三角形、正方形、长方形或其它多边形。
通常a、d、w和h的设定规则就是要确定凹陷13足够尖锐，这样就会在后续的LED结构生长后，在凹陷13中形成预期的空隙体积和密度，以及确定能在外延生长部分15的顶面上顺利生长LED结构。凹陷13的高宽比(就是，h/d)可以在1-5之间的范围内。
可以通过标准光刻和蚀刻工艺形成衬底10。将初步制成的衬底10载入适当的外延生长反应器，例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器、分子束外延(MBE)反应器、及氢化物气相外延(HVPE)反应器中，以用于后续LED结构生长。凹陷13未形成有任何稳定的生长平面。稳定的生长平面比不稳定的生长平面通常具有较低的米勒指数。例如，如果衬底10由蓝宝石制成，那么外延生长部分15的平整顶面优选是(00.1)面，而其它界定凹陷13的倾斜面可以是高米勒指数的面如(11.2)、(11.3)、(10.2)、(10.3)等。
对稳定和不稳定生长平面的选择导致主要或只从外延生长部分15的顶面上开始外延生长。如图2B所示，在外延生长一定厚度的可包含硅掺杂的氮化硅层20后，可以获得层20的平坦表面，以利于后续LED结构的生长。同时，通过对稳定和不稳定平面的适当选择，在层20和衬底10界面处的凹陷13的底部形成空隙13’，参数h、d和w如上所述。在图2A和图4中所示的实施例中，凹陷13形成为平行的凹槽，并在其上沉积层20后，形成空隙13’，且在至少一些凹槽中所述空隙13’彼此相连，在同一个凹槽中相连的空隙13’彼此间及与外界均流体连通。在图2A和图5中所示的实施例中，由相邻六边形的外延生长部分15的侧壁界定凹陷13，形成互连的网状凹槽，在其上沉积层20后，形成空隙13’，并在至少一些网状凹槽中所述空隙13’彼此相连，并且在网状凹槽中相连的空隙13’彼此及与外界均流体连通。在图5中所示的实施例中，空隙13’的横截面大小，也就是在与凹陷13的网状凹槽中相连空隙13’的纵轴垂直方向上的横截面的最大横向长度，可以在，但不局限于，0.5到5微米之间的范围内，如1到3微米。空隙占空比可以在1％到20％之间的范围内，如5％-10％。
层21、30、40、52和60、支撑衬顶70及p型接触垫片82与图1B中所示和讨论的相同，并且它们以相似的方式沉积在层20和衬底10上以生产图2B中所示的LED结构。所以在此不再赘述。
如图2C所示，对图2B中的结构应用分离机制，以去掉初始衬底10。与上述图1B和1C中所述相似，分离机制可以是机械研磨和抛光、化学蚀刻及激光剥离。因此不再赘述。
仍然参考图2C，分离之后，层20具有被粗糙化或构图的表面，其利于发光结构的光提取。或者，如图2D所示，可以通过透明导电层使层20进一步平坦化。该导电层可以有一个平坦表面，也可以被构图或粗糙化成层51’，以增强光提取效率。在透明导电层51’上是n型接触垫片81。透明导电层51’可以是透明金属层如Ni/Au、NiO/Au，或者是透明导电氧化层如ZnO、ITO，并且可以是单层或多层。
图7示出概述根据本发明实施例的垂直LED的制造工艺的制造工艺流程图。从对衬底构图开始，通过优化的图案选择，在后续的LED结构生长中，在外延层-衬底界面处获得预期的空隙体积和空隙密度。接着，包含上限制层、发光层、下限制层和外延层的LED结构形成在构图后的衬底上，该外延层与构图后的衬底相接触，并且优化外延层的生长参数以在外延层-衬底界面处形成空隙。然后，在构图后的衬底上生长的LED结构上覆盖p型透明导电层和反射镜。下一步将LED结构附着在一个具有良好导热性和导电性的衬顶上，它也为从初始衬底分离LED结构提供机械支持。采用本领域已知的方法，通过将衬顶附着在与衬底相反一侧的LED结构上完成附着步骤。可以采用已知的方法实现衬底的分离。在外延层-衬底界面处形成的空隙在分离时利于分离，或降低对发光层的损伤，或起到这双重作用。最后，清洗外延层的暴露表面，以利于后续的透明n型电流扩展层和接触电极的形成。
对于本领域的技术人员来说，显然可以在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以对所公开的实施例进行各种修改和变化。因此，本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等效范围内的本发明的各种修改和变化。

Claims (18)

1.一种制造发光器件的方法，包括：
制备在顶面具有交替形成的多个凹陷和多个外延生长部分的衬底；
在该衬底的顶面上沉积外延层以覆盖但不完全填满所述凹陷，从而在凹陷处形成空隙；
在该外延层上形成发光二极管结构；
将该发光二极管结构附着在一衬顶上；以及
从该外延层上分离该衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述凹陷形成为平行凹槽或网状凹槽。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述凹陷的横截面宽度在0.5-5微米之间的范围内，并且深度在1-10微米之间的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述外延生长部分的每一个具有外延生长表面，该外延层从该外延生长表面开始外延生长，并且该外延生长表面的横截面宽度在1-10微米之间的范围内。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述外延生长表面选自c平面、m平面、A平面和R平面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中采用激光分离法执行所述分离步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中采用蚀刻法执行所述分离步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述外延层上形成透明导电层和接触电极来替代该衬底。
9.一种衬底组件，用于在其上生长发光二极管结构，该衬底组件包括：
在顶面具有交替形成的多个凹陷和多个外延生长部分的衬底；以及
在该衬底的顶面上形成的外延层，
其中该外延层覆盖但不完全填满所述凹陷，从而在凹陷中形成空隙。
10.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述外延生长部分的每一个包括外延生长表面，该外延层从该外延生长表面开始外延生长，并且该外延生长表面的横截面宽度在1-10微米之间的范围内。
11.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述凹陷形成为平行凹槽或网状凹槽。
12.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述凹陷的横截面宽度在0.5-5微米之间的范围内，并且深度在1-10微米之间的范围内。
13.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述空隙的占空比在1％-20％之间的范围内。
14.根据权利要求11所述的衬底组件，其中所述空隙的至少一部分彼此及与外界均流体连通。
15.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述空隙的横截面大小在0.5到5微米之间的范围内。
16.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述衬底由硅、蓝宝石、砷化镓、碳化硅或尖晶石制成。
17.根据权利要求9所述的衬底组件，其中所述衬底包括一材料层，在该材料层中形成所述凹陷，并且在该材料层上形成该外延层。
18.根据权利要求16所述的衬底组件，其中所述材料层可由氮化硅，氧化硅，氧化钛中选取。
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