[发明专利]用于制备半导体发光装置的支撑衬底和使用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使用多层发光结构薄膜的用于制备半导体发光装置的支撑衬底，以及一种用于使用所述用于制备半导体发光装置的支撑衬底来制备半导体发光装置的方法。

更特别地，在上下欧姆接触电极结构中垂直构造的III-V族氮基半导体发光装置中，它涉及一种半导体发光装置，通过用晶片粘结的方式将形成于初始衬底(例如，Al₂O₃、SiC、Si、GaAs、GaP)上以生长III-V族氮基半导体的多层发光结构薄膜和用于制备半导体发光装置的支撑衬底进行粘结(bond)，然后通过用激光剥离、化学机械研磨或者湿式蚀刻工艺将所述多层发光结构薄膜从所述初始衬底上分离/除去，使得对半导体单晶多层发光结构薄膜造成的损坏最小化，从而改善了整体性能。

背景技术

通常，半导体发光装置具有在正向电流流动时发光的发光二极管(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，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可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发光的光源。

III-V族氮基半导体通常是异质外延地(hetro-epitaxially)生长在蓝宝石、碳化硅(SiC)、或者硅(Si)的上方部分上，以获得高质量的半导体薄膜，所述蓝宝石、碳化硅和硅是具有显著不同的晶格常数和热膨胀系数的初始衬底。但是，由于所述蓝宝石初始衬底的导热性差，而不能在LED上使用大的电流。由于所述蓝宝石初始衬底是电绝缘体，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，绝缘体的所述蓝宝石初始衬底具有MESA结构，其中在与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(下文称为“第一欧姆接触电极”)和p型欧姆接触电极(下文称为“第二欧姆接触电极”)二者。由于LED芯片区域会高于某个尺寸，这限制了LED芯片区域的减小，妨碍了LED芯片产量的提高。

除了所述生长在作为初始衬底的蓝宝石衬底的上方部分上的MESA结构的LED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结构用到大面积和大功率(即，大电流)的发光装置中，诸如，大显示器和普通照明的灯。当在发光装置上长时间应用高电流时，所产生的热量致使发光活性(active)层的内部温度逐渐升高，从而逐渐降低了LED发光的效率。

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，通过在蓝宝石初始衬底的上方部分上生长高质量的多层发光结构薄膜、从所述蓝宝石衬底上剥离所述III-V族氮基半导体多层发光结构薄膜、以及使用该产物，人们作出了许多努力来制造作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方部分的III-V族氮基半导体多层发光结构的薄膜所制造的所述MESA构造的LED相关联的问题。