CN1688030A - 生长于硅衬底上的垂直结构的半导体芯片或器件 - Google Patents

Abstract

本发明展示垂直结构的半导体芯片(包括GaN基和GaInPN基LEDs)及其批量生产的方法。批量生产方法包括下述工艺步骤：层叠中间媒介层于硅生长衬底上，层叠第一类型限制层于中间媒介层上，层叠发光层和第二类型限制层于第一类型限制层上，层叠反射/欧姆层于第二类型限制层上，层叠导电的支持衬底于反射/欧姆层上，剥离生长衬底和中间媒介层(利用机械研磨/抛光方法或者蚀刻方法或者两种方法的组合)，第一类型限制层暴露，层叠电流扩散层于第一类型限制层上，层叠具有优化图形的第一电极于电流扩散层上。

Description

生长于硅衬底上的垂直结构的半导体芯片或器件

技术领域

本发明揭示生长于大直径的硅衬底上的高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管及其在硅晶片上生长的技术和工艺，属于半导体电子技术领域。

背景技术

大功率半导体发光二极管具有取代白炽灯的巨大前途，但是，首先要解决技术上的问题，主要问题包括，光取出效率低，散热效率低，和生产成本高。

为解决横向结构的大功率氮化镓基半导体发光二极管的散热问题，倒装焊技术被提出。但是，倒装焊技术工艺复杂，成本高。因此，大量的研究投入垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管，垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的两个电极分别层叠在支持衬底的两面。垂直结构的发光二极管不但具备倒装焊发光二极管的散热效率高的优点，不具备倒装焊技术的缺点，而且具备电流分布均匀，电流密度大，电阻较低，正向电压较低，可靠性较高，光取出效率高等优点。但是，利用激光方法剥离蓝宝石的工艺复杂，成本高。

为降低大功率半导体发光二极管的生产成本，一个成效显著的方法是使用大直径的生长衬底，而生产大直径的氮化镓，氮化铝，蓝宝石，氧化锌，和碳化硅晶片技术上很困难，成本很高。氮化镓晶片是生长氮化镓基半导体发光二极管的最佳生长衬底，氮化镓基外延层和氮化镓生长衬底之间的晶格常数和热胀系数相同，不会产生位错(dislocation)和畸变(distortion)，因此外延层的质量最高，但是氮化镓商品晶片的价格极其昂贵，且晶片直径小。工业上，蓝宝石和碳化硅晶片被作为生长氮化镓基半导体发光二极管的生长衬底。但是，蓝宝石晶片的导热性能低，价格偏高。碳化硅晶片不但价格高，并且具有本征材料缺陷。大直径的蓝宝石和碳化硅晶片都没有商业化。

硅晶片的优点如下：导热率高，价格低，商品晶片直径大(因此生产成本进一步降低)，质量高。因此，大量的研究工作集中于在硅晶片上生长氮化镓基半导体发光二极管。在硅晶片上生长氮化镓外延层的主要困难来源于氮化镓外延层和硅晶片之间的热涨系数和晶格常数的极大的不同，该不同造成氮化镓外延层内的巨大应力，该应力降低外延层的质量。氮化镓外延层和硅晶片之间的热涨系数的不同所造成氮化镓外延层内的巨大应力产生于外延生长后的冷却过程，从外延生长的约1050摄氏度冷却到室温的约20摄氏度，约1000摄氏度的温度差在氮化镓外延层内产生巨大应力，该应力产生位错和畸变，降低外延层的质量。另外，当使用大直径硅晶片时，均匀性成为非常重要的关键。第一，很小的温度起伏会造成外延层生长速度和组成成份比例的显著变化，因此引起外延层的电/光特性的不均匀性。第二，由于硅晶片的上表面辐射热能和接触硅晶片上表面的气体吸收热能，因此在外延生长过程中，硅晶片的边缘向上翘起，这导致硅晶片表面的温度呈径向不均匀分布，并引起外延层的电/光特性呈径向不均匀性。均匀性问题限制了可以使用的硅生长衬底的直径。

因此，需要生长于大直径的硅生长衬底上的高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管和低成本的批量生产的工艺方法，由此得到的生产工艺方法可以应用于其它半导体芯片或器件，又能够避免上面提到的缺点。

发明内容

本发明揭示几种具有不同结构的生长于硅衬底上的高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管，以及在大直径硅晶片上低成本生长高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的工艺方法。主要工艺步骤如下：蚀刻硅晶片生长衬底的上表面以形成纹理结构，层叠中间媒介层在具有纹理结构的硅晶片生长衬底的上表面，然后，依次层叠第一类型限制层，氮化镓基发光层，第二类型限制层，反射欧姆层，支持衬底(支持衬底的暴露的一面上层叠第二电极)，剥离硅晶片生长衬底和中间媒介层，第一类型限制层暴露，依次层叠电流扩散层和具有优化图形的第一电极在暴露的第一类型限制层上。可以选用导电硅晶片或其它导电材料作为支持衬底。使用硅晶片作为生长衬底和支持衬底带来巨大的好处：(1)硅晶片的直径大，目前最大为300毫米。一片200毫米的硅晶片的可利用面积至少等同于16片50毫米的蓝宝石晶片；因此，外延生长，光刻，层叠电极等工艺的生产率极大的提高，生产成本降低；(2)硅晶片的价格比蓝宝石和碳化硅生长衬底低，成本进一步降低；(3)硅晶片的导热性能优于蓝宝石，可以用于大功率氮化镓基半导体发光二极管。

本发明揭示的在硅晶片生长衬底上生长高质量的垂直结构的大功率氮化镓基半导体发光二极管的技术和生产方法，可以应用于其他半导体芯片或器件。

本发明的目的和能达到的各项效果如下：

(1)本发明的目的是提供在大直径的硅晶片上低成本生长的高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管。

(2)本发明的硅晶片生长衬底的表面上的纹理结构最小化和局部化氮化镓基外延层和硅晶片之间的热涨系数的不同所带来的效应，该效应造成氮化镓基外延层内的应力，该应力降低外延层的质量。

(3)本发明的中间媒介层降低氮化镓基外延层和硅晶片生长衬底之间的晶格常数的不同所带来的效应，该效应造成氮化镓外延层内的应力，该应力降低外延层的质量

(4)本发明的反射/欧姆层提高光取出效率。

(5)本发明使用具有高导热率的导电硅晶片或其它导电材料作为支持衬底，热传导效率高。

(6)本发明的硅晶片生长衬底很容易被剥离。

(7)本发明的具有优化图形的第一电极使得电流分布均匀，电流密度增大，发光亮度更高，防静电能力更强。

(8)本发明的目的是提供低成本的批量生产高质量的垂直结构的大功率氮化镓基半导体发光二极管的方法。

本发明和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。

附图说明

图1是本发明的在大直径的硅晶片生长衬底上低成本生长高质量的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的工艺流程的一些具体实施实例。

图2是本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的一个具体实施实例的截面图。

图3是室温下，氮化镓，氮化铝，氮化硼，磷化硼，硼铝氮，和硼镓氮的晶格常数(埃)和带隙能量(电子伏)。

图4a是本发明的纹理结构的顶视图。

图4b是本发明的的纹理结构的截面图。

图5a到5t是第一电极的优化图形的具体化实施实例。

具体实施实例和发明的详细描述

虽然本发明的具体化实施实例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本发明的原理，而不是局限本发明于下列各项具体化实施实例的描述。

注意下列各项：

(1)  图1展示生产垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的技术和工艺。但是相同的技术和工艺可以应用于其它的半导体发光二极管的生产。

(2)  本发明中的“氮化镓基”包括由元素镓，铝，硼，铟，氮，磷所组成的二元系，三元系，四元系，和五元系，例如，氮化镓(GaN)，氮化铝(AlN)，硼铝氮(BAlN)，硼镓氮(BGaN)，铝镓氮(AlGaN)，铟镓氮(InGaN)，铝镓铟氮(AlInGaN)，铝镓氮磷(AlGaNP)，铝镓铟氮磷(AlInGaNP)，等。

(3)  本发明的生长衬底的材料包括，但不限于，硅晶片生长衬底，氧化镁，氧化锌。硅生长衬底的晶体平面的取向可以是，但不限于，(111)。

(4)  本发明的生长衬底的一面可以具有由蚀刻形成的纹理结构。蚀刻方法包括湿法和干法。湿法化学蚀刻的一个具体实施实例：使用NHO₃和HF的醋酸溶液蚀刻硅晶片。干法蚀刻的一个具体实施实例：等离子体蚀刻。

(5)  为了在外延生长时，本发明的硅生长衬底的边缘不会向上翘起，可以使用，但不限于，下述方法：(1)非刚性固定硅生长衬底于一个导热良好的托盘上。托盘的材料包括，但不限于，钼。非刚性固定的方法包括，但不限于，低熔点金属键合，非刚性机械夹具，或两者的组合。(2)利用红外热源对硅晶片生长衬底的上表面加热。(3)硅晶片具有较高的热导率，使用较厚的硅生长衬底。(4)上述方法的组合。

(6)  本发明的中间媒介层包括一层或多层结构，每层的材料包括，但不限于：(A)元素氮，磷，硼，硅，碳，铝，镓，铟，钛的二元系，三元系，和四元系，例如：氮化铝，氮化镓，氮化钛(TiN)，磷化硼(BP)，碳化硅，硼铝氮，硼镓氮，铝镓氮，铟镓氮，铝铟镓氮，硼铝镓氮(BAlGaN)，及它们的组合；(B)低熔点金属，低熔点金属层的材料包括，但不限于，铟和锡；(C)高熔点金属，高熔点金属层的材料包括，但不限于，金，铪，钪，鋯，钒，钛，铬，及它们的组合；(D)上述材料(A)，(B)和(C)的组合。

(7)  本发明的层叠低熔点金属层和高熔点金属层的方法包括，但不限于，真空蒸镀，真空溅镀(sputtering)等。

(8)  本发明的中间媒介层和氮化镓基外延层具有成份分层结构(compositionally graded layer)：在该层的不同深度，每种成份之间的比例不同。例如，当中间媒介层不包括低熔点金属层和高熔点金属层时，中间媒介层与硅生长衬底接触的表面层的各种成份之间的比例使得中间媒介层与硅生长衬底之间的晶格常数的差别最小。中间媒介层与氮化镓基外延层接触的表层的各种成份之间的比例使得中间媒介层与氮化镓基外延层之间的晶格常数的差别最小。

(9)  本发明中，中间媒介层中的氮化镓层和氮化镓基外延层的生长方法包括，但不限于，两步生长法：在镓元素按化学计量少于氮元素的条件下，生长氮化镓层和氮化镓基外延层；然后，在镓元素按化学计量多于氮元素的条件下，继续生长氮化镓层和氮化镓基外延层。

(10)  中间媒介层中的低熔点金属层的功能：低熔点金属层层叠在硅生长衬底上，高熔点金属层层叠在低熔点金属层上，当生长中间媒介层中的其它层时，低熔点金属层熔化，中间媒介层中的其它层漂浮在硅生长衬底上。熔化的低熔点金属层有三个作用：由于熔化的金属的表面张力，中间媒介层中的其它媒介层被整体地“粘”在硅生长衬底上，熔化的低熔点金属层将热均匀地传导到中间媒介层中的其它媒介层。另外，当外延生长结束，温度降到约160摄氏度(铟的溶点为157摄氏度)时，低熔点金属层凝固，温度继续降到约20摄氏度室温。在大约140摄氏度的温度差的范围内，外延层和生长衬底之间的热涨系数的差别造成应力，但此应力很小，该应力对外延层的质量的影响很小。最后，在剥离硅生长衬底的工艺中，直接加热，使低熔点金属层熔化，即可分离硅生长衬底和中间媒介层。

(11)  本发明的第一类型限制层可以是n-类型限制层或p-类型限制层。第二类型限制层可以是p-类型限制层或n-类型限制层。作为本发明的生产垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的工艺流程的具体实施实例，采用n-类型限制层作为第一类型限制层，p-类型限制层作为第二类型限制层。

(12)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的反射/欧姆层的材料包括，但不限于，金，铑，镍，铂，钯，等高反射率的金属及其组合，组合包括，但不限于，镍/金(Ni/Au)，钯/金(Pd/Au)，钯/镍(Pd/Ni)。层叠反射/欧姆层的方法包括，但不限于，真空蒸镀，真空溅镀，化学镀，电镀，外延生长，等。

(13)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的反射/欧姆层也可以是分布布拉格反射器(DBR)。

(14)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的导电支持衬底的材料包括，但不限于，导电硅晶片，导电金属薄膜，导电薄膜。

(15)  剥离生长衬底的工艺：当中间媒介层不包括低熔点金属层时，剥离生长衬底和中间媒介层的方法包括，但不限于，精密机械研磨/抛光，选择性湿法或干法蚀刻，及它们的组合(例如，精密机械研磨生长衬底到一定的厚度，例如10微米，然后采用湿法或干法蚀刻剩余部分)。当中间媒介层包括低熔点金属层时，可直接加热，使低熔点金属层熔化，即可分离生长衬底和中间媒介层，然后利用选择性蚀刻腐蚀中间媒介层中的其它媒介层。

(16)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的发光层的材料包括，但不限于，元素氮，硼，铝，镓，砷，磷，铟的二元系，三元系，四元系，和五元系，例如：氮化镓(GaN)，铟镓氮(InGaN)，铝镓氮(AlGaN)，铝铟镓氮(AlInGaN)，铟镓氮磷(InGaNP)，和铝铟镓氮磷(AlInGaNP)其中铟镓氮，铟镓氮磷，和铝铟镓氮磷已经被应用于白光LED。

(17)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的结构可以是p-n结或双异质结构。

(18)  本发明的垂直结构的的氮化镓基半导体发光二极管的发光层的结构可以是单量子阱或多量子阱。

(19)  本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的第一电极的优化图形使得电流分布均匀，电流密度大。

图1展示本发明的低成本的批量生产以硅晶片作为生长衬底的氮化镓基半导体发光二极管的工艺流程的一个具体实施实例。同样的方法可以应用于氧化镁和氧化锌生长衬底。

工艺流程101：在硅晶片生长衬底的一面上蚀刻纹理结构，纹理结构使得硅晶片生长衬底，中间媒介层，和氮化镓基外延层之间的热涨系数和晶格常数的不同所造成的应力局部化并互相抵消一部分，因而，减少位错和畸变，提高外延层的质量。图4展示纹理结构的图形的一个具体实施实例。

为避免外延生长时硅晶片生长衬底的边缘向上翘起，因而使大直径硅晶片作为生长衬底成为可行，可采取下列方法：(1)硅晶片具有较高的热导率，可使用较厚的硅晶片作为生长衬底。(2)非刚性固定硅晶片生长衬底于一个导热良好的托盘上，使得硅晶片的边缘不会向上翘起，均匀受热。(3)上述方法的组合。

工艺流程102：中间媒介层层叠在硅晶片生长衬底有纹理结构的一面上。

在硅晶片上外延生长氮化镓基外延层的最大问题在于晶格常数和热胀系数的不同，引入中间媒介层将晶格常数和热胀系数的不同的效应降低到最小。

工艺流程102的第一个具体实施实例：氮化铝。在硅生长衬底上生长氮化铝：硅生长衬底放在金属有机物化学气相淀积炉(MOCVD)中，在大气压下，使用三甲脂铝(trimethylaluminum，TMA)，和氨气。在1000-1250摄氏度，生长厚度为10-300纳米的有平滑表面的氮化铝在硅生长衬底的(111)晶面上。

第二个具体实施实例：氮化铝/铝。为防止氮化硅的形成，首先在硅生长衬底上生长厚度为几个单原子层(monolayer)到几个纳米的铝，再使用工艺流程102的第一个具体实施实例的方法继续生长氮化铝。

第三个具体实施实例：成份分层结构：氮化铝/硼铝氮(B_xAl_1-xN)。在硅生长衬底上生长硼铝氮：硅生长衬底放在金属有机物化学气相淀积炉中，在大气压下，温度为1050-1150摄氏度，使用三甲脂铝，三乙基硼(TEB)，和氨气，在硅生长衬底上生长硼铝氮。硼铝氮具有成份分层结构：在该层的不同深度，硼和铝的成份不同，即不同的“x”的值。在与硅生长衬底接触的硼铝氮层，选择“x”的值，使得硼铝氮层和硅生长衬底之间的晶格常数的差别最小。然后“x”的值逐步减低直到0，即从硼铝氮(B_xAl_1-xN)过渡成氮化铝。“x”的值可以连续变化，也可以不连续变化。

第四个具体实施实例：氮化铝/硼铝氮/铝。为防止氮化硅的形成，首先在硅生长衬底上生长厚度为几个单原子层(monolayer)到几个纳米的铝，再使用工艺流程102的第三个具体实施实例的方法继续生长氮化铝/硼铝氮。

第五个具体实施实例：n-类型铝镓氮(n-type Al_xGa_1-xN)。应用n-类型铝镓氮作为中间媒介层直接生长在硅晶片生长衬底上。使用分子束外延炉(MBE)，在950-1050℃，通入氮气，氨气，硅烷(SiH₄)，氯化氢。镓，铝，硅烷，氯化氢和氨气反应，生成n-类型铝镓氮，选择“x”的值，使得不会有裂痕。由此得到的n-类型铝镓氮/导电硅生长衬底可以直接施行工艺流程104。

第六个具体实施实例：氮化铝/钛/铟。在硅生长衬底上层叠一层铟，再层叠一层钛，氮化铝生长在钛层上。

注意，本具体实施实例中的钛，可以由铪，钪，鋯，钒，铬，金，及它们的组合替换。

第七个具体实施实例：氮化铝/氮化钛/钛/铟。在硅生长衬底上层叠一层铟，再层叠一层钛，放入金属有机物化学气相淀积炉中，在1000-1100℃，通入氨气和氢气，在钛层的表面形成氮化钛层。在氮化钛层上继续生长氮化铝。

第八个具体实施实例：铪，钪，鋯，钒，铬，金。在硅生长衬底上层叠一层高熔点金属，高熔点金属层的材料包括，但不限于，金，铪，钪，鋯，钒，钛，铬，及它们的组合，层叠的方法包括，但不限于，真空蒸发法，真空溅镀，磁控溅镀。氮化铝生长在高熔点金属层上。

第九个具体实施实例：在工艺流程102的第一，二，三，四，六，七，八个具体实施实例中的氮化铝层上，在400-650℃温度下，生长厚度为100-2000埃的氮化镓层作为中间媒介层的表面层。采用两步法生长中间媒介层的氮化镓层。生长氮化镓层包括两个步骤：在镓元素按化学计量少于氮元素的条件下，例如镓元素与氮元素按化学计量的比小于1，生长氮化镓层，由此得到的氮化镓层的表面粗糙，但是可以减少位错和畸变；在镓元素按化学计量多于氮元素的条件下，继续生长氮化镓层，由此生长的氮化镓层的表面平滑，晶体质量高。

工艺流程103：n-类型限制层外延生长在中间媒介层的氮化镓层上。利用MOCVD方法，在氮化镓层上外延生长n-类型限制层。

注意，在中间媒介层的氮化镓层上，也可以外延生长p-类型限制层。

工艺流程104：在n-类型限制层上层叠氮化镓基发光层。发光层的材料包括，但不限于，元素氮，硼，铝，镓，砷，磷，铟的二元系，三元系，四元系，和五元系，例如：氮化镓，铟镓氮，铝镓氮，铝铟镓氮，铟镓氮磷(InGaNP)，和铝铟镓氮磷(AlInGaNP)。发光层的结构包括，但不限于，单量子阱，多量子阱。

工艺流程105：在氮化镓基发光层上层叠第二类型限制层。

工艺流程106：在第二类型限制层上层叠反射/欧姆层。层叠方法包括，但不限于，真空蒸发法，真空溅镀，化学镀，电镀，外延生长，等。反射/欧姆层的材料包括，但不限于，金，铑，镍，铂(Pt)，镍/金(Ni/Au)，钯/金(Pd/Au)，钯/镍(Pd/Ni)，等高反射率的金属及组合，分布布拉格反射器。

工艺流程107：选择具有良好的导电和导热性能的支持衬底，层叠在反射/欧姆层上。支持衬底的材料包括，但不限于，金属薄膜，导电硅晶片等。对于金属薄膜支持衬底，层叠的方法包括，但不限于，电镀，化学镀，真空蒸发法，真空溅镀，和金属薄膜/晶片键合等。对于导电硅晶片支持衬底，层叠的方法包括，但不限于，晶片键合。

工艺流程108：当中间媒介层不包括低熔点金属层时，剥离硅生长衬底得方法包括：(1)机械研磨剥离硅生长衬底，机械研磨/抛光的厚度控制可以精密到一微米，可以利用机械研磨完全去掉硅生长衬底，也可以利用机械研磨去掉大部分硅生长衬底，例如90％，然后利用选择性蚀刻腐蚀中间媒介层的剩余部分，直到第一类型限制层暴露。中间媒介层和第一类型限制层的总厚度要足以补偿剥离硅生长衬底和中间媒介层的工艺过程中的公差。(2)直接利用选择性蚀刻腐蚀硅生长衬底和中间媒介层，直到第一类型限制层暴露。腐蚀硅晶片是成熟的工艺。当中间媒介层包括低熔点金属层时，加热直到低熔点金属层熔化，分离硅生长衬底，然后利用选择性蚀刻腐蚀中间媒介层的剩余部分，直到第一类型限制层暴露。

工艺流程109：在温度为400-900℃和氮气环境中，进行热处理。热处理的作用包括：(1)消除工艺流程108对第一类型限制层的损伤；(2)由于在热处理中，第一类型限制层的表面不再受到由于硅生长衬底和中间媒介层的晶格常数的不同所造成的应力的影响，因此第一类型限制层和发光层中的部分位错和畸变恢复成正常的晶体结构。

工艺流程110：层叠电流扩散层和具有优化图形的第一电极。电流扩散层的材料包括，但不限于，氧化铟锡(ITO)。

图2展示本发明的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管的一个具体实施实例。反射/欧姆层202和第二电极203分别层叠在导电支持衬底201的两侧，第二类型限制层204层叠在反射/欧姆层202上，发光层205层叠在第二类型限制层204和第一类型限制层206之间，电流扩散层207层叠在第一类型限制层206和具有优化的图形的第一电极208之间。发光层205亦可以是单量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)结构。导电支持衬底201的全部底面作为第二电极203。

因为如下原因，采用以上方法生长的垂直结构的氮化镓基半导体发光二极管具有优良质量：

(1)在生长氮化镓基半导体发光二极管外延层的工艺过程中，硅生长衬底与MOCVD的加热底盘有良好的接触，温度分布均匀，生长于其上的氮化镓基半导体发光二极管外延层的质量均匀；(2)硅生长衬底表面的纹理结构使得氮化镓基外延层和硅生长衬底之间的应力最小化和局部化；(3)传统的在硅生长衬底上外延生长氮化镓基LED有一个不足之处：由于氮化镓和硅生长衬底的热胀率的不同，在拉应力下，氮化镓基外延层变形。但是，采用本发明的图1的工艺，在生长氮化镓基半导体发光二极管外延层之后，硅生长衬底和中间媒介层已经被剥离，该不足之处已不存在；(4)由于剥离硅生长衬底和中间媒介层后的热处理，第一类型限制层和发光层的晶体质量高，位错和畸变密度低。

图3展示室温下，氮化铝，氮化硼，氮化镓，硼铝氮，硼镓氮，磷化硼，蓝宝石，和硅的晶格常数(埃)和带隙能量(电子伏)。硼铝氮(B_xAl_1-xN)和硼镓氮(B_yGa_1-yN)的晶格常数取决于“x”和“y”的值。

图4a和图4b分别展示表面纹理结构400的一个具体实施实例的顶视图和截面图。表面纹理结构400具有不同的类型。表面纹理结构400包括井402和凸分隔401。凸分隔401的高度为纳米到微米。表面纹理结构400将会局部化和最小化由于两个接触面之间的热胀率的不同产生的应力。

图5展示第一电极的优化图形的具体化实施实例。

图5a展示条-环-图形的第一电极的第一个具体化实施实例的顶视图。条-环-图形第一电极包括打线焊点502在环501的中心。条503连接打线焊点502和环501的每一个环。确定两个环之间的距离以便电流的分布更均匀。一个具体化实施实例：两个环之间的距离为200微米，环的宽度为40微米，打线焊点的尺寸为100×100微米。

图5b展示条-环-图形的第一电极的第二个具体化实施实例的顶视图。与图5a不同之处是条503具有多于一个的条。

图5c展示条-环-图形的第一电极的第三个具体化实施实例的顶视图。与图5a不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在对角。

图5d展示条-环-图形的第一电极的第四个具体化实施实例的顶视图。与图5b不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在对角。

图5e展示条-环-图形的第一电极的第五个具体化实施实例的顶视图。与图5b不同之处是条503具有十字形状。

图5f展示条-环-图形的第一电极的第六个具体化实施实例的顶视图。与图5e不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在对角。

图5g展示条-环-图形的第一电极的第七个具体化实施实例的顶视图。与图5a不同之处是环501是园形。

图5h展示条-环-图形的第一电极的第八个具体化实施实例的顶视图。与图5e不同之处是环501是园形。

图5i展示格-图形的第一电极的第一个具体化实施实例的顶视图。打线焊点502在格504的中心。

图5j展示格-图形的第一电极的第二个具体化实施实例的顶视图。与图5i不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在格504的对角。

图5k展示栅-图形的第一电极的第一个具体化实施实例的顶视图。打线焊点502在栅505的底线中部。

图5m展示栅-图形的第一电极的第二个具体化实施实例的顶视图。与图5k不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在栅505的对角。

图5n展示栅-图形的第一电极的第三个具体化实施实例的顶视图。与图5k不同之处是栅505的上部和下部没有封口。

图5p展示栅-图形的第一电极的第四个具体化实施实例的顶视图。与图5n不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502在栅505的两端。

图5q展示螺旋-图形的第一电极的第一个具体化实施实例的顶视图。打线焊点502与螺旋506的中心端点连接。

图5r展示螺旋-图形的第一电极的第二个具体化实施实例的顶视图。与图5q不同之处是条503把螺旋506的每一圈连接起来。

图5s展示螺旋-图形的第一电极的第三个具体化实施实例的顶视图。与图5q不同之处是打线焊点502具有多于一个的打线焊点。两个打线焊点502a和502b分别与螺旋506的中心端点和外缘端点连接。

图5t展示螺旋-图形的第一电极的第四个具体化实施实例的顶视图。与图5s不同之处是条503把螺旋506的每一圈连接起来。

注意：在图5a至5t中，(1)分别确定环，格，栅，和螺旋各圈之间的距离以便电流的分布更均匀；环，格，栅，和螺旋的尺寸的确定应当使得环，格，栅，和螺旋即可承受大电流又不会遮挡额外的光。(2)每一个第一电极即可层叠在外延层上也可层叠在电流扩散层上。(3)每一个第一电极即可以有一个打线焊点，也可以有多个打线焊点。(4)第一电极使得电流更均匀地分布在整个半导体芯片，因此更有效的利用发光层的材料，电流密度更高，因此半导体芯片的亮度更高。

上面的具体的描述并不限制本发明的范围，而只是提供一些本发明的具体化的例证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体化的详细描述和实施实例决定。

Claims (9)

1.一种批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法包括下述工艺步骤：

-提供一个生长衬底；其中，所述的生长衬底的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，硅，氧化镁，氧化锌；

-层叠中间媒介层在所述的生长衬底上；其中，所述的中间媒介层具有一层或者多层结构；所述的中间媒介层的每层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于：(A)元素氮，磷，硼，硅，碳，铝，镓，铟，钛的二元系，三元系，和四元系，例如：氮化铝，氮化镓，氮化钛(TiN)，磷化硼(BP)，碳化硅，硼铝氮，硼镓氮，铝镓氮，铟镓氮，铝铟镓氮，硼铝镓氮(BAlGaN)，及它们的组合；(B)低熔点金属，低熔点金属层的材料包括，但不限于，铟和锡；(C)高熔点金属，高熔点金属层的材料包括，但不限于，金，铪，钪，鋯，钒，钛，铬，及它们的组合；(D)上述材料(A)，(B)和(C)的组合；

-依次层叠第一类型限制层，发光层和第二类型限制层于所述的中间媒介层上；

-层叠导电的支持衬底于所述的第二类型限制层上，因此形成键合晶片；所述的导电的支持衬底的暴露的一面作为第二电极；

-从键合晶片上剥离所述的生长衬底和中间媒介层，使得第一类型限制层暴露；剥离所述的生长衬底和中间媒介层的方法包括，但不限于：(1)湿法选择性蚀刻；(2)干法蚀刻；(3)机械研磨/抛光；(4)上述剥离方法的组合；

-层叠具有优化图形的第一电极于所述的暴露的第一类型限制层上。

2.权利要求1的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法，进一步包括工艺步骤：(1)在层叠所述的导电的支持衬底的工艺步骤之前，层叠反射/欧姆层在所述的第二类型限制层上；然后层叠所述的导电的支持衬底于反射/欧姆层上。

3.权利要求1的批量生产垂直结构的半导体芯片或器件的方法，其中，层叠反射/欧姆层的方法包括，但不限于，晶片键合，真空蒸镀，真空溅镀，化学镀，电镀，外延生长，上述方法的组合。

4.垂直结构的半导体芯片或器件包括：

-导电的支持衬底，该衬底的一面是第二电极；其中，所述的支持衬底的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于：导电金属，导电硅，和导电碳化硅；

-第二类型限制层，该层层叠在所述的支持衬底的另一面上；其中，所述的

第二类型限制层是n-类型限制层和p-类型限制层之一；

-发光层，该层层叠在所述的第二类型限制层上；

-第一类型限制层，该层层叠在所述的发光层上；其中，所述的第一类型限

制层与所述的第二类型限制层不同；

-具有优化图形的第一电极层叠在所述的第一类型限制层上，其中，所述的

优化图形的第一电极包括至少一个打线焊点。

5.权利要求4的垂直结构的半导体芯片或器件，其中，所述的发光层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，元素氮，铝，镓，磷，铟的二元系，三元系，四元系，和五元系，例如：氮化镓，铟镓氮，铝镓氮，铝铟镓氮，铟镓氮磷(InGaNP)，和铝铟镓氮磷(AlInGaNP)；其中铟镓氮，铟镓氮磷，和铝铟镓氮磷已经被应用于白光LED。

6.权利要求4的垂直结构的半导体芯片或器件，其中，所述的发光层的结构包括，但不限于，单量子阱，多量子阱。

7.权利要求4的垂直结构的半导体芯片或器件，进一步包括反射/欧姆层，所述的反射/欧姆层层叠在所述的第二类型限制层和所述的支持衬底之间；其中，反射/欧姆层的材料包括，但不限于，金，铑，镍，铂，钯，等高反射率的金属及其组合，组合包括，但不限于，镍/金(Ni/Au)，钯/金(Pd/Au)，钯/镍(Pd/Ni)；也可以是分布布拉格反射器(DBR)。

8.权利要求4的垂直结构的半导体芯片或器件，其中所述的第一电极的优化图形的从一组图形中选出，该组图形包括，但不限于：条-环-图形，格-图形，栅-图形，和螺旋-图形；所述的第一电极的图形具有一个或多个打线焊点。

9.权利要求4的垂直结构的半导体芯片或器件，进一步包括电流扩散层；其中所述的电流扩散层层叠在所述的第一电极和所述的第一类型限制层之间；其中所述的电流扩散层的材料包括，但不限于，氧化铟锡(ITO)。

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