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CN103814447B - 垂直型第iii族氮化物半导体led芯片及其制造方法 - Google Patents

垂直型第iii族氮化物半导体led芯片及其制造方法 Download PDF

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CN103814447B CN201180072086.3A CN201180072086A CN103814447B CN 103814447 B CN103814447 B CN 103814447B CN 201180072086 A CN201180072086 A CN 201180072086A CN 103814447 B CN103814447 B CN 103814447B
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Abstract

本发明提供用于更高效地制造减少了形成在发光结构中的裂纹的高品质垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的方法。该垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法包括：在生长基板上以生长基板与发光结构层叠体之间设置有剥离层的方式通过顺次地堆叠第一导电类型III族氮化物半导体层、发光层和第二导电类型III族氮化物半导体层形成发光结构层叠体的第一步骤，第二导电类型不同于第一导电类型；通过部分去除发光结构层叠体以使生长基板部分露出而形成多个独立的发光结构的第二步骤；形成具有下电极并一体支撑多个发光结构的导电性支撑体的第三步骤；通过用化学剥离工艺去除剥离层使生长基板从多个发光结构分离的第四步骤；和通过将发光结构之间的导电性支撑体进行分割而使均具有由导电性支撑体支撑的发光结构的多个LED芯片单片化的第五步骤。在第四步骤之前，在发光结构的中央区域中形成贯通的第一通孔使得至少剥离层露出。在第四步骤中经由第一通孔供给蚀刻剂。

Description

垂直型第III族氮化物半导体LED芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及堆叠了III族氮化物半导体层的垂直型LED芯片以及该芯片的制造方法。
背景技术
通常，由III族元素和V族元素的化合物制成的III-V族半导体被广泛地用于诸如发光二极管（LED）等的器件。
利用Al、Ga、In等作为III族元素并利用N作为V族元素的III族氮化物半导体具有高的熔点和高的氮溶解压力（dissociationpressureofnitrogen），这使得难以进行大块单晶（bulksinglecrystal）生长。此外，无法以低成本得到具有大直径的导电性单晶基板。于是，典型地在蓝宝石基板上形成这样的半导体。
然而，由于蓝宝石基板具有绝缘特性，所以电流不在基板中流动。于是，传统上使用电流在横向方向上流动的横向结构。该结构通过如下方法得到：将通过使n型III族氮化物半导体层、活性层（发光层）和p型III族氮化物半导体层在蓝宝石基板上顺次地生长而形成的发光结构层叠体部分地去除，以使n型III族氮化物半导体层露出；并且分别在露出的n型III族氮化物半导体层和p型III族氮化物半导体层上设置n型电极和p型电极。
响应于此，近年来已经研究出了以下用于得到垂直结构的LED芯片的技术。在蓝宝石基板上形成了由除了III族元素（例如，Al、Ga等）以外的特定元素制成的缓冲层之后，形成发光结构层叠体。用导电性支撑体来支撑发光结构层叠体，并接着通过用化学蚀刻选择性地溶解缓冲层而使蓝宝石基板分离（剥离）。导电性支撑体和发光结构层叠体处于一对电极之间（参见专利文献1）。注意，这里的“缓冲层”是用于发光结构层叠体的外延生长的缓冲层，其也可以称作用于使发光结构层叠体从蓝宝石基板分离的剥离层。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特许第4172657号公报
发明内容
发明要解决的问题
为制造诸如LED等的具有垂直结构的氮化物半导体芯片，使用如下工艺：将由除了III族元素以外的金属或金属氮化物制成的剥离层蚀刻以使外延层从蓝宝石基板分离的典型的化学剥离工艺，或在通过用诸如紫外光等的光进行照射使剥离层激活的状态下进行蚀刻的光化学剥离工艺。这些是将剥离层浸渍在特定溶液内由此使外延层从生长基板剥离的工艺，并且在本说明书中统称为“化学剥离工艺”。可选的表达可以是“从外延层剥离生长基板”。
这里，待蚀刻的剥离层具有大约几纳米到几十纳米的小的厚度，使得不能容易地将蚀刻溶液供给至具有几英寸面积的基板与外延层之间的间隙。因此，在一些情况中，完成所有蚀刻步骤需要几天时间。
此外，本发明人通过如下方法进行了初次分割：通过干法蚀刻用网格图案对蓝宝石基板上的由III族氮化物半导体制成的发光结构层叠体进行槽加工直到蓝宝石基板为止，由此将发光结构层叠体变成多个独立的发光结构。接着，形成具有一体地支撑发光结构的基板形状的导电性支撑体，并接着通过化学剥离工艺将蓝宝石基板分离。剥离之后的各发光结构仍由导电性支撑体一体地支撑。发现这导致了在已经被剥离的分离的发光结构中以相当大的比率形成有裂纹。裂纹似乎是在剥离中由导电性支撑体支撑的发光结构从蓝宝石基板分开时形成的。
在公开发表的专利文献、学术文献等中未公开这种裂纹的形成，部分是因为该技术尚在研究和开发的过程中。然而，这是用于实现垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的量产的待解决的关键问题。
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种高品质的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片，其减少了在发光结构中形成的裂纹，以及用于更加高效地制造LED芯片的方法。
用于解决问题的方案
为了实现以上目的，本发明主要包括以下内容。
（1）一种垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，所述方法包括：第一步骤，在生长基板上以所述生长基板和发光结构层叠体之间设置有剥离层的方式、通过顺次地堆叠第一导电类型III族氮化物半导体层、发光层和第二导电类型III族氮化物半导体层而形成所述发光结构层叠体，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；
第二步骤，通过部分地去除所述发光结构层叠体以使所述生长基板部分地露出而形成多个独立的发光结构；
第三步骤，形成具有下电极的导电性支撑体，该导电性支撑体一体地支撑多个所述发光结构；
第四步骤，通过利用化学剥离工艺去除所述剥离层而使所述生长基板从多个所述发光结构分离；和
第五步骤，将所述发光结构之间的所述导电性支撑体进行分割，由此将均具有由所述导电性支撑体支撑的所述发光结构的多个LED芯片单片化，
其中，在所述第四步骤之前，以在各所述发光结构的中央区域开口使得至少所述剥离层被露出的方式形成第一通孔，并且
在所述第四步骤中，从所述第一通孔供给蚀刻剂。
（2）根据以上（1）的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，在所述第三步骤中，在所述导电性支撑体中的与各所述发光结构的中央区域对应的部分中、以与所述发光结构中的所述第一通孔连通的方式设置贯通所述导电性支撑体的第二通孔。
（3）根据以上（1）或（2）的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，在所述第二步骤中，将所述发光结构制成具有圆化角部的截面形状。
（4）根据以上（3）的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，在所述第二步骤中，将所述发光结构制成具有圆化角部的四边形的截面形状。
（5）根据以上（4）的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，R/L0在0.1至0.5的范围内，其中，R是所述发光结构的所述角部的曲率半径，L0是假设所述四边形的所述角部未被圆化时所述发光结构的所述四边形的边长。
（6）根据以上（1）至（5）中的任一项的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，所述第一通孔和/或所述第二通孔具有20μm以上的直径。
（7）根据以上（1）至（6）中的任一项的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，所述第三步骤通过接合法、湿式成膜法和干式成膜法中的任一种来进行。
（8）根据以上（1）至（7）中的任一项的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其中，所述LED芯片在各所述发光结构的中央区域中包括第一通孔。
（9）一种垂直型第III族氮化物半导体LED芯片，其包括：具有下电极的导电性支撑体；发光结构，其具有设置在所述导电性支撑体上的第二导电类型III族氮化物半导体层、设置在所述第二导电类型III族氮化物半导体层上的发光层和设置在所述发光层上的第一导电类型III族氮化物半导体层，所述第一导电类型不同于所述第二导电类型；和设置在所述发光结构上的上电极，
其中，通孔以贯通所述发光结构和所述导电性支撑体的方式设置在所述发光结构的中央区域。
发明的效果
根据本发明，以在各发光结构的中央区域中开口使得至少剥离层被露出的方式形成有第一通孔，并且从第一通孔供给蚀刻剂。因此，能够更加高效地制造减少了形成在发光结构中的裂纹的高品质的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片。
附图说明
图1的（A）至图1的（E）示意性地示出根据本发明的实施方式的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片100的制造方法的流程。
图2的（A）是示意性地示出根据本发明的实施方式的制造方法的过程中的待剥离晶圆的俯视图（省略了导电性支撑体109的情况下的俯视图），图2的（B）是在图2的（A）的状态下沿着线I-I截取的截面图。
图3是示意性地示出根据本发明的实施方式的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片100的俯视图。
图4的（A）至图4的（D）是被单片化之前的LED芯片的照片，示出了在根据本发明的实施方式的制造方法的过程中的蚀刻的进展。
图5是示出了在图4的（A）至图4的（D）中蚀刻之后的LED芯片的发光结构的角部处形成的裂纹的照片。
图6是示意性地示出根据本发明的另一实施方式的制造方法中的发光结构的图，图示了发光结构的截面具有圆化角部的情况。
图7是示出实施例中的R/L0与裂纹发生率之间的关系的图表。
图8是示出实施例中的通孔直径与一小时蚀刻直径之间的关系的图表。
图9的（A）至图9的（F）示意性地示出根据比较例1的垂直型LED芯片200的制造方法的流程。
图10是示意性地示出形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆（图9的（E）中示出的状态）的俯视图。
图11的（A）是示出在通过图9中示出的方法制造出的LED芯片的发光结构中形成的裂纹的照片。图11的（B）是在通过根据比较例3的方法制造出的LED芯片的发光结构中形成的裂纹的照片。
图12是示意性地示出根据比较例2的垂直型LED芯片300的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆的俯视图。
图13的（A）是示意性地示出根据比较例3的垂直型LED芯片400的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆的俯视图，图13的（B）是示意性地示出图13的（A）中的沿着虚线单片化了的一个LED芯片400的侧视图。
图14的（A）是示意性地示出根据比较例4的垂直型LED芯片500的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆的俯视图，图14的（B）是示意性地示出图14的（A）中的沿着虚线单片化了的一个LED芯片500的侧视图。
具体实施方式
将参照附图更详细地说明本发明。原则上，根据本发明的垂直型LED芯片和比较例的垂直型LED芯片所通用的组成部件在文中用具有相同的后两位数字的附图标记表示，并因此将不重复其说明。此外，在LED芯片的示意性截面图中，为了便于说明将剥离层和发光结构层叠体放大；所以，图示部件之间的比例与实际比例不一致。
如图1的（A）至图1的（E）所示，根据本发明的实施方式的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片（以下简称为“垂直型LED芯片”）100的制造方法包括以下步骤：第一步骤，在生长基板101上以在生长基板101与发光结构层叠体106之间设置有剥离层102的方式通过顺次地堆叠第一导电类型III族氮化物半导体层103、发光层104和第二导电类型III族氮化物半导体层105而形成发光结构层叠体106，第二导电类型不同于第一导电类型（图1的（A））；第二步骤，通过部分地去除发光结构层叠体106以使生长基板101部分地露出而形成例如岛状的多个独立的发光结构107（图1的（B））；第三步骤，形成具有下电极的导电性支撑体109，该导电性支撑体109一体地支撑多个发光结构107（图1的（C））；第四步骤，通过利用化学剥离工艺去除剥离层102而使生长基板101从多个发光结构107分离（图1的（D））；和第五步骤，通过切割等分割发光结构107之间的导电性支撑体109，由此使各具有由切割开的导电性支撑体109A支撑的发光结构107的多个LED芯片100单片化（图1的（E）），其中，在第四步骤之前的图1的（B）中所示第二步骤中，以在各发光结构107的中央区域开口使得至少剥离层102露出（在图1中生长基板101露出）的方式形成有第一通孔108，并且在图1的（D）中示出的第四步骤中，从第一通孔108供给蚀刻剂，由此从中央至边缘选择性地蚀刻剥离层102。此外，在图1的（C）中示出的第三步骤中，在导电性支撑体109中的与各发光结构107的中央区域对应的部分中以与发光结构107中的通孔108连通的方式设置贯通导电性支撑体109的第二通孔110。注意，如图1的（E）所示，可以在第四步骤（分离步骤）之后添加在发光结构107的分离侧上形成上电极111的另一步骤。
本发明的发明人发现通过从第一通孔108供给蚀刻剂以从中央至边缘选择性地蚀刻剥离层102能够高效地抑制发光结构107中的裂纹的形成。此外，前述分离能够减少蚀刻所需的时间，这使得能够更高效地制造垂直型LED芯片。
以下，将与比较例的技术进行比较来说明本发明的技术含义。
（比较例1）
图9的（A）至图9的（F）示意性地示出了根据比较例1的垂直型LED芯片200的制造方法的流程。该制造方法包括如下步骤：第一步骤，在生长基板201上以在生长基板201与发光结构层叠体206之间设置有剥离层202的方式通过顺次地堆叠第一导电类型III族氮化物半导体层203、发光层204和第二导电类型III族氮化物半导体层205而形成发光结构层叠体206，第二导电类型不同于第一导电类型（图9的（A））；第二步骤，通过部分地去除发光结构层叠体206以使生长基板201部分地露出而形成多个独立的发光结构207（图9的（B））；第三步骤，形成还用作下电极的导电性支撑体209，该导电性支撑体209一体地支撑多个发光结构207（图9的（C））；第四步骤，通过利用化学剥离工艺去除剥离层202而使生长基板201从多个发光结构207分离（图9的（D））；在发光结构207的分离侧上形成上电极211的步骤（图9的（E））；和第五步骤，通过切割等分割发光结构207之间的导电性支撑体209，由此使各具有由切割开的导电性支撑体209A支撑的发光结构207的多个LED芯片200单片化（图9的（F））。如图10所示，发光结构207具有正方形截面形状。此外，在各发光结构207的中央区域中没有通孔，并且特别是在支撑体209的位于发光结构207之间的部分中也未设置用作蚀刻剂入口的通孔。于是，在第四步骤中，蚀刻从剥离层202的边缘开始行进。图10是示意性地示出形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆（图9的（E）中示出的状态）的俯视图，并且单片化待沿着虚线进行。
根据发明人的研究，发现在以上方法的剥离之后在发光结构中以高的比率形成了裂纹。图11的（A）示出用光学显微镜从上方观察到的当根据比较例实际进行了剥离时形成了裂纹的状态。发光结构207的一个边的边长为1000μm。示出了X形裂纹带从角部附近延伸至中央部。（这是将在下面说明的比较例1，并且裂纹的发生率为95.5%。）具有裂纹的产品被当作有缺陷的产品，这涉及到产出量、成本和生产率方面的严重问题。在边长为500μm以上的大尺寸芯片的发光结构中显著地形成有延伸至中央的这样的裂纹。
这样的裂纹以从角部开始延伸的方式形成，并且这被认为是与当生长基板201从发光结构207分离时集中在发光结构的溶解前部的角部附近的应力分布相关联，该应力例如为在剥离层的溶解前部处的在生长基板201与发光结构207以及被连接的支撑体209之间的应力。裂纹似乎是在剥离中当发光结构207从生长基板201脱离时形成的。此外，该方法具有的另一问题是：由于蚀刻从剥离层202的边缘开始进行，所以用了非常长的时间来完成分离。
为了减少比较例1中形成的这样的裂纹，发明人考虑了以下说明的比较例2至4。
（比较例2）
图12是示意性地示出根据比较例2的垂直型LED芯片300的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构的晶圆的俯视图。除了在形成多个独立的发光结构307的步骤中发光结构307具有圆形截面形状之外，该方法与比较例1中的相同。具体地，在各发光结构307的中央区域中没有通孔，特别是在支撑体309的位于发光结构307之间的部分中未设置用作蚀刻剂入口的通孔。结果，在第四步骤中，蚀刻从剥离层（未示出）的边缘开始进行。在图12中，附图标记311表示上电极。此外，沿着虚线进行单片化。
根据发明人的研究，发现通过该方法进行剥离之后，在发光结构中有效地减少了从角部延伸至中央的裂纹。这被认为是因为发光结构具有防止在蚀刻期间应力集中在角部处（从边缘开始进行的蚀刻的矢量之间的冲突）的圆形形状。以上由发明人在PCT/JP2009/069230中进行了说明。然而，这之后发现，在发光结构内部以相当大的发生率新形成了裂纹点。此外，该方法还具有的待解决的问题是，用了非常长的时间来完成分离。
（比较例3）
图13的（A）是示意性地示出根据比较例3的垂直型LED芯片400的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构407的晶圆的俯视图，图13的（B）是示意性地示出图13的（A）中的沿着虚线被单片化了的一个LED芯片400的侧视图。除了在支撑体409的位于发光结构407之间的部分中沿着切割线设置了通槽412之外，该方法与比较例2中的相同。具体地，发光结构407具有圆形截面形状并且在其中央区域未设置通孔。此外，由于可以从通槽412供给蚀刻剂，所以在第四步骤中，蚀刻从被单片化之前的各LED芯片的边缘开始进行。在图13中，附图标记411表示上电极。
根据发明人的研究，剥离之后在单个发光结构407中形成的裂纹的形式与比较例2中的相同。图11的（B）示出用光学显微镜从上方观察到的当根据比较例实际进行剥离时形成裂纹的状态。在发光结构的中央部形成了裂纹点。此外，在该方法的情况中，蚀刻从各器件的边缘开始进行，使得分离所需的时间比比较例1和比较例2中的短。然而，期望进一步减少分离所需的时间。
（比较例4）
图14的（A）是示意性地示出根据比较例4的垂直型LED芯片500的制造方法中的形成有被单片化之前的多个发光结构507的晶圆的俯视图，图14的（B）是示意性地示出图14的（A）中的沿着虚线被单片化了的一个LED芯片500的侧视图。除了在支撑体509的位于发光结构之间的部分（切割线的交叉处）中设置了通孔513之外，该方法与比较例2中的相同。具体地，发光结构507具有圆形截面形状并且在其内的中央区域中未设置通孔。此外，由于可以从通孔513供给蚀刻剂，所以在第四步骤中，蚀刻从被单片化之前的各LED芯片的边缘开始进行。在图14中，附图标记511表示上电极。
根据发明人的研究，剥离之后在单个发光结构507中形成的裂纹的形式与比较例2中的相同。此外，同样在该方法中，蚀刻从各器件的边缘开始进行，使得分离所需的时间比比较例1和2中的短。然而，期望进一步减少分离所需的时间。
（本发明的实施方式）
发明人对比较例2至4中形成的裂纹点的形式进行了多方面研究。当如比较例3和4中一样从发光结构的边缘侧供给蚀刻剂时，蚀刻在剥离层中从边缘开始进行至中央。发现：应力被施加于发光结构从生长基板脱离时所在的溶解前部，即发光结构以发光结构与生长基板之间设置有剥离层的方式附接于生长基板所在的部分以及发光结构与生长基板彼此脱离所在的部分之间的交界区域，从而形成了裂纹。当剥离层上的蚀刻即将完成时，在中央部还残留有剥离层，由于集中在中央部的应力，导致裂纹的形成。即使在比较例2的情况中，蚀刻的最终阶段也发生在发光结构的中央部处。
另一方面，在该实施方式中，蚀刻的进展及蚀刻的作用和效果如下。图2的（A）是示意性地示出根据本发明的实施方式的制造方法的工艺中的待剥离的晶圆的俯视图（省略了导电性支撑体109的俯视图），图2的（B）是图2的（A）的状态下的沿着线I-I截取的截面图。图4的（A）至图4的（D）是示出了如下所述的示例1中的实际蚀刻的进展的显微照片。蚀刻剂从第一通孔108供给，并且剥离层102被选择性地从中央部向边缘蚀刻。在该场合下，溶解前部同心地扩展至边缘，这能够防止应力集中在发光结构107的中央区域。结果，能够抑制发光结构107的中央区域的裂纹点的形成。此外，由于蚀刻未从剥离层的侧表面进行，所以还能够抑制大范围地从角部延伸至中央部的X形裂纹的形成。此外，能够以相同的方式几乎同时地进行晶圆上的单个发光结构的蚀刻。另外，成功地减少了蚀刻所需的时间。因此，能够更加高效地制造垂直型LED芯片。
此外，在该实施方式中，蚀刻从剥离层102的中央部开始传播，因此，只要发光结构能够彼此隔离即可，相邻发光结构之间的距离（器件间的节距）能够比比较例中的小。因此，能够增加发光面积，并且能够以减小了的每晶圆有效面积损失来抑制裂纹形成。虽然效果取决于芯片尺寸而变化，但作为示例，当发光结构的尺寸是1000μm的正方形时，为了确保蚀刻剂的路径，比较例中的分割槽的宽度为200μm至250μm。然而，在本方法中，分割槽的宽度可以是80μm。在之前的示例中，每芯片所需的面积为1.44mm2至1.56mm2。另一方面，在本实施方式中仅需1.17mm2，使得待得到的器件的数量增加了23%至33%。换言之，裂纹形成的抑制和有效面积的增加这两个效果都能够增加每晶圆的产出量。
图3是示意性地示出垂直型第III族氮化物半导体LED芯片100的俯视图。垂直型第III族氮化物半导体LED芯片100包括：具有下电极的导电性支撑体109A；发光结构107，其具有设置在导电性支撑体109A上的第二导电类型III族氮化物半导体层105、设置在第二导电类型III族氮化物半导体层105上的发光层104、和设置在发光层104上的第一导电类型III族氮化物半导体层103，第一导电类型不同于第二导电类型；以及设置在发光结构107上的上电极，其中，在发光结构107的中央区域以贯通发光结构107和支撑体109A的方式设置有通孔108和110。注意，附图标记111A表示焊盘电极。
（第一步骤）
优选地使用蓝宝石基板或者在蓝宝石基板上形成有AlN膜的AlN模板基板作为生长基板101。生长基板可以取决于待形成的剥离层的种类；由III族氮化物半导体制成的发光结构层叠体的Al、Ga和In的组合物；LED芯片的品质；成本等来选择。
剥离层102优选地是化学剥离工艺中的由诸如CrN等的除了III族元素以外的金属或金属氮化物制成的缓冲层，原因是这样的缓冲层可以被化学选择性蚀刻溶解。剥离层102优选地通过溅射法、真空沉积法、离子镀敷法或MOCVD法来沉积。
发光结构层叠体106的第一导电类型和第二导电类型可以分别是n型和p型或与之相反。第一导电类型III族氮化物半导体层103、发光层104和第二导电类型III族氮化物半导体层105可以通过MOCVD外延地生长在剥离层102上。
（第二步骤）
对于部分去除发光结构106，优选的是采用干法蚀刻。这是因为由III族氮化物半导体层制成的发光结构层叠体106的蚀刻的终点可以被可再现性地控制。此外，当相邻发光结构107接合时，需要在后面的步骤中再次形成分割槽。所以，以使得生长基板101的一部分露出的方式进行发光结构106的一部分的去除。第一通孔108可以在第四步骤之前的任意时间形成，但是优选地添加到第二步骤中。形成通孔的步骤可以添加在第二步骤之前或之后。以下可以认为是可选方法：在第一步骤中未生长的部分可以被用作通孔，或者通过在第三步骤中形成第二通孔来形成第一通孔。然而，这些可选方法可能由于增加了步骤数量而导致生产率劣化。
在本发明中，在促进高度均匀蚀刻方面优选的是在外接发光结构的圆的中心处设置第一通孔108；然而，本发明不限于此。“中央区域”在本文中是指覆盖了从外接圆的中心开始的0.4L的范围的区域，其中长度L是指外接发光结构的圆的半径；该区域更优选地覆盖从中心开始的覆盖了0.2L的范围的区域。第一通孔108可以设置在中央区域。可选地，如果发光结构的宽高比高（例如，两倍以上），则可以限定出多个内接圆并且内接圆的中心群可以被当做“中央区域”。在该情况中，可以在中央区域设置一个或多个通孔。
通孔的截面形状不特别地限制，例如可以是圆形形状或者与发光结构相似的形状。
当第一通孔108和/或第二通孔110具有圆形形状时，它们的直径优选为20μm以上。当直径小于20μm时，在通过干法蚀刻形成时通孔108不能到达晶圆面中的剥离层，这会妨碍剥离层上的蚀刻的进展。此外，从实现减少蚀刻所需时间的充分效果的角度，直径优选地为50μm以上。注意，过度大的通孔也不是优选的，因为这将浪费大面积的发光结构。从确保发光结构的足够面积的角度，直径优选为相对于发光结构的长度L2的50%以下，更优选为30%以下。
在本发明中，不特别限制发光结构107的截面形状。例如，发光结构可以具有如上述第二步骤中的正方形形状。然而，在第二步骤中，发光结构具有带有圆化角部的截面形状。就有利于切割而言，截面形状优选地为带有圆化角部的四边形。
根据发明人的研究，当发光结构具有如图4的（A）至图4的（D）所示的示例中的正方形形状时，虽然防止了形成大范围地从角部延伸至中央的X形裂纹，然而如图5所示，发现在角部处形成了非常小的裂纹。还发现具有圆化角部的形状使得蚀刻时从生长基板101脱离之后被传递至支撑体109的施加于发光结构107的应力被分散，这能够充分地抑制小裂纹的形成，并能够得到高品质的LED芯片。
表述“圆化”可以另述为“以具有曲率半径的方式弯曲”或者“倒角”，并且形状优选但不限于平滑和弧形的。可选地，角部可以具有多个某种类型的具有曲面的切割面。
这里，在本发明中，如上所述，轻微的圆度就足以防止在角部处形成小裂纹。因此，能够在确保大的发光面积以及不浪费大的每晶圆有效面积的同时阻止形成裂纹。具体地，由于使发光结构的角部圆化而减小的面积优选地相对于角部未圆化的情况中的面积为10%以下，更优选地为5%以下。
此外，如图6所示，R/L0优选地在0.1至0.5的范围内，其中R是发光结构的角部的曲率半径，L0是假设四边形的角部未被圆化时的发光结构的四边形的边长。如果R/L0小于0.1，则不能充分地抑制在角部处的小裂纹的形成，而如果R/L0超过0.5，则不能充分地确保发光结构的面积。注意，在这里，发光结构的未被圆化之前在其角部处交叉的两条线之间内切的圆弧的半径被称为曲率半径R。
（第三步骤）
虽然图中未示出，但是在第三步骤中，优选地以如下方式在多个发光结构107与导电性支撑体109之间形成欧姆电极层和连接层：使得欧姆电极层与多个发光结构107中的每一个接触，并且连接层与导电性支撑体109接触。更优选地，在欧姆电极层与连接层之间形成附加的反射层；或者，欧姆电极层还用作反射层。这些层可以通过诸如真空气相沉积法、离子镀法或溅射法等的干式成膜法来形成。
前述欧姆电极层可以由高功函数金属（例如，诸如Pd、Pt、Rh、Au或Ag等的贵金属；或者Co或Ni）形成。因为Rh等具有高的反射率，所以以上欧姆电极层也可以用作反射层。然而，当发射波长在绿色至蓝色的范围内时，优选地使用Ag、Al等制成的层。而当发射波长在紫外范围内时，优选地使用Rh、Ru等制成的层。此外，连接层的种类取决于形成导电性支撑体109的方法。当导电性支撑体109通过例如热压接合等的接合方法被接合至连接层时，连接层可以由Au、Au-Sn、焊料等制成。
当采用接合方法时，预先形成有第二通孔110的导电性的硅基板、CuW合金基板、Mo基板等在热膨胀系数和热传导率方面适用于支撑体109。以使得发光结构和支撑体中的通孔对齐的方式进行接合。此外，导电性支撑体109可以通过湿式或干式镀敷形成。例如，采用Cu或Au电镀；Cu、Ni、Au等可以被用作连接层。在该场合中，用抗蚀剂等保护第一通孔108和第二通孔110以使它们不被连接层或镀层填充。
（第四步骤）
第四步骤优选地通过上述典型的化学剥离工艺或光化学剥离工艺进行。当剥离层由CrN制成时，可使用的蚀刻剂的示例包括硝酸铈二铵溶液或氰化钾类溶液。而当剥离层由ScN制成时，蚀刻剂的示例包括盐酸、硝酸或有机酸。
此外，发光结构107的通过第四步骤而已经露出的表面优选地通过湿法清洗来清洁。接着，通过干法蚀刻和/或湿法蚀刻来修整表面的给定厚度，并且利用抗蚀剂作为掩模通过剥离来形成n型欧姆电极和接合焊盘电极。Al、Cr、Ti、Ni、Pt、Au等被用作电极材料。Pt、Au等作为覆盖层被沉积在欧姆电极和接合焊盘上，以减小配线电阻并改善引线接合的附着性。注意，发光结构107的侧面和表面可以设置有由SiO2、SiN等制成的保护膜。剥离之后也可以在通孔上设置保护膜。
（第五步骤）
在第五步骤中，利用例如刀片切片机（bladedicer）或激光切片机来进行发光结构107之间的切割。为了防止对发光结构107造成热或破碎性损伤，发光结构107一般以大约10μm至30μm的典型余量被置于各导电性支撑部109A的周缘内。
以上示出了典型实施方式的示例，并且本发明不限于这些实施方式。
实施例
（实验例1）
首先，将说明经由各发光结构的中央处的通孔对剥离层进行蚀刻的情况。在（0001）蓝宝石基板上，通过溅射法将金属Cr沉积至18nm，然后在MOCVD设备中在氨气环境下进行了氮化处理。此后，在形成的CrN缓冲层（也用作剥离层）上，使具有InGaN类发光层的蓝色LED结构层生长至10μm。接着，通过干法蚀刻制出到达生长基板的分割槽，由此形成1200μm见方的正方形发光结构。器件节距为1280μm。在该情况中，发光结构的角部未有意地形成倒角。同时，在发光结构中制出具有100μm直径的贯通开口。接着，通过溅射法将Cu层沉积至1μm，由此形成了用于镀敷的连接层。此外，通过电镀法形成了100μm厚的支撑体。注意，在贯通开口内形成了由厚膜抗蚀剂制成的立柱，由此防止贯通开口在镀敷期间被填充。在该时间点，贯通开口内的厚膜抗蚀剂未被Cu镀敷，并且去除抗蚀剂，由此形成了从发光结构贯通至支撑体的通孔。
随后，用从通孔供给的蚀刻剂对剥离层进行蚀刻。图4的（A）至图4的（D）示出了用光学显微镜从透明的蓝宝石基板侧观察到的蚀刻的进展。剥离层为金属灰色，从而在照片中看起来是黑色。图4的（A）示出蚀刻前的状态，并且如图4的（B）所示，蚀刻在从同心的中心朝向外侧均匀地传播的状态下行进（剥离层由于被溶解而变成透明的）。在图4的（C）中，在四个角部处剥离层稍微剩余；然而，最终如图4的（D）所示完成了分离。
图4的（A）至图4的（D）显示，在该实验例中未形成如图11的（A）所示的宏观的X形裂纹。此外，在从中央开始的整个区域中也未观察到宏观裂纹点。然而，如图5所示，近距离观察显示，可能在角部附近形成了具有10μm以下的长度的微观裂纹。这被认为是因为如图4的（C）所示应力会局部地集中在剥离层稍微剩余所在的角部的部分处的缘故。
（实验例2）
作为应对，为了阻止应力集中在剥离层的蚀刻即将完成时的部分处，考虑使应力分散至被溶解了的部分。在通过从发光结构的中央供给蚀刻剂来蚀刻剥离层的情况中，如图4的（A）至图4的（D）所示，蚀刻像圆一般各向同性地（isotropically）进行扩展。发光结构的平面的四个角部处的圆弧的长度与应力的分散程度相关联（见图6）；于是，对角部处的倒角部的形状和微观裂纹的发生率进行了检查。注意，即使微观裂纹形成在四个角部中的一个处也会导致有缺陷的芯片。于是，确定出每个芯片的裂纹形成。
在这里，假设被倒角前的正方形的长度为L0，利用了在交叉线之间内切的圆的半径R作为参数进行了本实验。制备试样的方法与实验例1中所说明的过程相同。设置在发光结构的中央的通孔的直径为50μm。在L0为1200μm的状态下试样被制备成具有156μm、240μm、330μm、417μm、505μm和600μm的R。倒角之后的正方形的面积与倒角之前的各个正方形的面积的比率为98.5%、96.6%、93.5%、89.6%、84.8%和78.5%。
对于具有如上所示的R/L0的各试样，在2200至2600个发光结构中形成了微观裂纹，发现了图7中所示的关系。在这里，横轴表示R与L0的比率，而左边的纵轴表示微观裂纹的发生率。注意，右边的纵轴表示发光结构的面积与假定为在角部未形成圆角的正方形的发光结构的面积的比率。结果，当R/L0的值为0.1以上时，抑制微观裂纹的形成的效果变得明显，而当值为0.2以上时，充分地抑制了微观裂纹的形成。注意，当R/L0的值为0.5时，发光结构在形状上为圆形。存在着发光结构的平面的面积减小导致光输出功率减小的担忧；然而，相信通过改善外延生长条件和其他器件结构能够补偿这种减小。于是，为了抑制微观裂纹的形成，R/L0在0.1以上的范围内，并且更优选地为0.2以上直到0.5。例如，当R为240μm（R/L0=0.2）时，即使由于圆度致使发光面积的损失为3.4%，也能够显著地抑制裂纹的形成。
（实验例3）
接着，检查了用于供给蚀刻剂的通孔的直径与剥离层的蚀刻速度之间的关系。以与实验例1中相同的方法制备了试样。然而，发光结构的中央处的通孔和支撑体中的通孔的直径在10μm至400μm的范围内。将剥离层在蚀刻剂中浸渍1个小时，通过与由蚀刻形成的溶解前部的圆的直径对应的蚀刻量来评价对应关系。图8示出评价结果，该结果显示通孔的直径越大，蚀刻直径就越大。然而，当通孔的直径为200μm以上时，蚀刻量的增加变得平缓。注意，由于仅从中央供给蚀刻剂，所以以上趋势是恒定的，而不取决于与发光结构。此外，当通孔的直径为10μm时，蚀刻是可能的；然而，当通过干法蚀刻在发光结构中形成通孔时，存在着通孔未到达剥离层的情况，致使剥离层未被部分地蚀刻。当直径为20μm以上时，不会出现这样的问题。所以，通孔的尺寸优选地为20μm以上。注意，图9中右边的纵轴表示L0为1200μm时相对于通孔的直径的发光结构的面积损失率。损失率随着L0的改变而改变，从而可以通过增加蚀刻速度等适当地确定通孔的直径。
（实施例）
在蓝宝石基板上形成剥离层（CrN层，厚度：18nm），并且接着顺次地堆叠n型III族氮化物半导体层（GaN层，厚度：7μm）、发光层（InGaN类MQW层，厚度：0.1μm）和p型III族氮化物半导体层（GaN层，厚度：0.2μm）以形成发光结构层叠体。随后，将发光结构层叠体部分地去除以使蓝宝石基板部分地露出，由此得到了具有圆化角部的正方形发光结构。因此，形成了岛状的独立的多个发光结构。各半导体结构的宽度W为1200μm，并且器件以矩阵形式配置。器件之间的节距为1280μm。在角部圆化之前的正方形的边长L0为1200μm，角部的曲率半径R为330μm，并且R/L0为0.275。
当形成了以上发光结构时，在各独立的发光结构中的中央位置处形成具有50μm的直径的通孔。
在发光结构上（除了通孔）形成欧姆电极层（Ag，厚度：0.1μm）和连接层（Ti/Cu，厚度：1.5μm），并且用厚膜抗蚀剂覆盖通孔。此后，通过第一镀敷形成Cu（厚度：80μm），并且通过另外的第二镀敷形成Cu（厚度：80μm），由此获得支撑体。各镀敷均是使用硫酸铜类电解液的电镀，其中，溶液的温度在25℃至30℃的范围内，并且沉积速度为35μm/hr。在该时间点上，通孔中的厚膜抗蚀剂未被Cu镀敷，并且去除抗蚀剂，由此形成了从发光结构贯通至支撑体的通孔。
随后，利用化学剥离工艺使蓝宝石基板分离。用光学显微镜对剥离之后发光结构中的宏观/微观裂纹的形成进行检查。被检查的发光结构的数量为3860个，并且未形成宏观/微观裂纹。此外，蚀刻在两个小时内完成。
（比较例1）
除了发光结构具有L0为1000μm的正方形的形状、未在中央区域形成通孔并且器件节距为1250μm之外，以与实施例中相同的方式制备了如图10所示的试样。用光学显微镜观察剥离后的发光结构，发现：在1910个被检查的结构中，在1824个中形成了大范围地从角部延伸至中央的X形裂纹，发生率为95.5%。此外，蚀刻在32小时内完成。
（比较例2）
除了发光结构具有直径为1000μm的圆形的形状、未在中央区域形成通孔并且器件节距为1250μm之外，以与实施例中相同的方式制备了如图12所示的试样。用光学显微镜观察剥离后的发光结构，发现：在1890个被检查的结构中，在437个中形成了大范围地从角部延伸至中央的X形裂纹（发生率为23.1%）。在1607个发光结构的中央形成了裂纹点，发生率为85.0%。此外，蚀刻在28小时内完成。
（比较例3和4）
在比较例2的制造过程中，除了通过下面的步骤在支撑体中形成了通槽或通孔之外，以与比较例2中相同的方式制备了如图13（比较例3）或如图14（比较例4）所示的试样。
在各单个发光结构的p层上形成了欧姆电极层（NiO和Ag），并接着将光致抗蚀剂埋设在分割槽内并同时在各发光结构的p欧姆电极层部中形成开口，由此形成了用于将结构连接至支撑体的连接层（Ni/Au/Cu）。接着，形成厚膜抗蚀剂的立柱，以防止在待说明的镀敷中形成Cu膜。在如图13的（A）所示的围绕发光结构的网格线上或者在如图14的（A）所示的线交叉所在的点处形成立柱。注意，通过蚀刻预先将立柱形成位置上的连接层的部分去除。
接着，利用硫酸铜类电解液进行了用Cu进行的电镀，以形成80μm的导电性支撑体。溶液温度在25℃至30℃的范围内，并且沉积速度为25μm/hr。然后，通过化学清洁将埋设在分割槽内的立柱部和抗蚀剂去除，并且形成了贯通导电性支撑体的槽或孔。注意，将图13的（A）中示出的通槽形成为具有70μm的宽度和900μm的长度的四个边。将图14的（A）中示出的通孔的形状均形成为边长410μm的矩形棱柱。
用光学显微镜观察剥离后的发光结构，发现：在比较例3中，在1900个被检查的结构中，在38个中形成了大范围地从角部延伸至中央的X形裂纹（发生率为2.0%）。在1045个发光结构的中央区域形成了裂纹点，发生率为55.5%。此外，蚀刻在3.5小时内完成。在比较例4中，在2038个被检查的结构，在108个中形成了大范围地从角部延伸至中央的X形裂纹（发生率为5.3%）。978个发光结构的中央区域形成了裂纹点，发生率为48.0%。此外，蚀刻在4.5小时内完成。
产业上的可利用性
根据本发明，以在发光结构的中央区域开口以使得至少剥离层被露出的方式形成第一通孔，并且从第一通孔供给蚀刻剂。因此，能够更加高效地制造减少了形成在发光结构中的裂纹的高品质的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片。
附图标记列表
100：垂直型第III族氮化物半导体LED芯片
101：生长基板
102：剥离层
103：第一导电类型III族氮化物半导体层
104：发光层
105：第二导电类型III族氮化物半导体层
106：发光结构层叠体
107：发光结构
108：第一通孔
109：具有下电极的导电性支撑体
109A：切割后的导电性支撑体
110：第二通孔
111：上电极
111A：焊盘电极

Claims (9)

1.一种垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，所述方法包括：
第一步骤，在生长基板上以所述生长基板和发光结构层叠体之间设置有剥离层的方式、通过顺次地堆叠第一导电类型III族氮化物半导体层、发光层和第二导电类型III族氮化物半导体层而形成所述发光结构层叠体，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；
第二步骤，通过部分地去除所述发光结构层叠体以使所述生长基板部分地露出而形成多个独立的发光结构；
第三步骤，形成具有下电极的导电性支撑体，该导电性支撑体一体地支撑多个所述发光结构；
第四步骤，通过利用化学剥离工艺去除所述剥离层而使所述生长基板从多个所述发光结构分离；和
第五步骤，将所述发光结构之间的所述导电性支撑体进行分割，由此将均具有由所述导电性支撑体支撑的所述发光结构的多个LED芯片单片化，
其中，在所述第四步骤之前，以在各所述发光结构的中央区域开口使得至少所述剥离层被露出的方式形成第一通孔，并且
在所述第四步骤中，从所述第一通孔供给蚀刻剂。
2.根据权利要求1所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述第三步骤中，在所述导电性支撑体中的与各所述发光结构的中央区域对应的部分中、以与所述发光结构中的所述第一通孔连通的方式设置贯通所述导电性支撑体的第二通孔。
3.根据权利要求1或2所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述第二步骤中，将所述发光结构制成具有圆化角部的截面形状。
4.根据权利要求3所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述第二步骤中，将所述发光结构制成具有圆化角部的四边形的截面形状。
5.根据权利要求4所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，R/L0在0.1至0.5的范围内，其中，R是所述发光结构的所述角部的曲率半径，L0是假设所述四边形的所述角部未被圆化时所述发光结构的所述四边形的边长。
6.根据权利要求2所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，所述第一通孔和/或所述第二通孔具有20μm以上的直径。
7.根据权利要求1或2所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法，其特征在于，所述第三步骤通过接合法、湿式成膜法和干式成膜法中的任一种来进行。
8.一种垂直型第III族氮化物半导体LED芯片，其由根据权利要求1至7中的任一项所述的垂直型第III族氮化物半导体LED芯片的制造方法制造，所述LED芯片在各所述发光结构的中央区域中包括第一通孔。
9.一种垂直型第III族氮化物半导体LED芯片，其包括：
具有下电极的导电性支撑体；
发光结构，其具有设置在所述导电性支撑体上的第二导电类型III族氮化物半导体层、设置在所述第二导电类型III族氮化物半导体层上的发光层和设置在所述发光层上的第一导电类型III族氮化物半导体层，所述第一导电类型不同于所述第二导电类型；和
设置在所述发光结构上的上电极，
其中，通孔以贯通所述发光结构和所述导电性支撑体的方式设置在所述发光结构的中央区域。
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