制造三族氮化物装置的方法及使用该方法制造的装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，它包括：在一基片上生长一外延半导体结构及在该外延半导体结构上沉积一第一镜层，使该外延半导体结构夹在该第一镜层与该基片之间。将该外延半导体结构及其第一镜层与基片以倒装晶片方式装于一子基片上，使该外延半导体装置结构夹在该子基片与基片之间。接着通过向该基片引入一蚀刻环境而将该基片从该外延结构上移除。在该外延半导体结构上沉积一第二镜层，使该外延半导体结构夹在该第一与第二镜层之间。根据本发明专利技术的一种装置包括装于一子基片上的一共振腔发光二极管（ＲＣＬＥＤ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造半导体装置的方法，尤其涉及用于制造薄膜半导体装置的方法，其中通过反应性离子蚀刻法将生长基片移除。
技术介绍
三族氮化物材料系统中的半导体材料的制造方面的改进主要关注以下装置的发展GaN/AlGaN光电装置，例如高效的蓝、绿与紫外线(UV)发光二极管(LED)与激光器，以及电子装置，例如高功率微波晶体管。GaN的某些优点在于，其3.4eV宽的直接带隙、高电子速度(2×107cm/s)、高击穿场(2×106V/cm)及异质结构的可用性。典型LED可包含夹在p型掺杂层与n型掺杂层间的一作用区域，以便在横跨该掺杂层施加一偏压时，电子与空穴会注入到该作用区域中。这些电子与空穴在该作用区域中重新组合以在一“发射球体”中全向发光，其中光在构成该LED结构的材料内朝所有方向放射。典型的LED在该作用区域发光方面而言具有效率，但该光难以从该LED发射至周围环境，因为该LED材料与周围环境的折射率不同。在层与区域具有典型厚度的LED中，仅表面方向上大约20°宽的一锥体中所形成的光子会离开该结构。剩余的光被俘获在该LED的结构内、并最终被吸收到该半导体材料中。被吸收回到该LED材料的光是光产生过程的损失，这会降低LED的整体发光效率。已开发出不同方法用来改善典型LED的发光效率，某些方法包括使用非平面状的LED及使LED的发射表面粗糙化。这些方法均改善发光效率，它们通过提供一具有不同角度的LED表面使得当来自该LED的作用区域的光到达该表面时，该光与该表面间的角发生变化而实现。这使得该光到达该表面时，其处于该20°锥体内的可能性增大，从而该光自该LED发射。若该光不处于20°角的范围内，则其以不同角度反射，使得该光下一次到达该表面时处于锥体范围内的可能性增大。藉由在一共振腔LED(RCLED)中采用一共振腔结构，亦可提高发射效率。E.Fred Shubert所著、剑桥大学出版社出版的“发光二极管”(Light Emitting Diodes)的第198至211页(2003)中一般性地说明了RCLED，并且它通常包含两个相反掺杂的外延层及位于这些相反掺杂层上的镜子，使这些相反掺杂层夹在这些镜子之间。其中一镜的反射率低于另一镜的反射率，以使光经过该反射率较低的镜子离开该RCLED。在其它实施例中，在这些相反掺杂层之间可包含一外延作用区域。RCLED通常包含比标准LED薄很多的外延层，并且当这些外延层的厚度大致是这些外延层所产生的光的一个波长时，会发生共振腔效应。该共振腔中所产生的光形成一驻波，使得所有发射光得以定向发射。此定向光发射朝实质上垂直于该二极管接合面的方向释放光子。此结构使得RCLED沿该腔的轴(即，垂直于该半导体表面)的发光强度比常规LED高。RCLED的发射频谱的频谱纯度比常规的LED更高，且RCLED的发射远场图案的方向性比标准的LED更强。当制造某些材料系统的RCLED时，在外延层的相反侧上沉积两镜时有难度。通常使用已知的制造方法与装置在一基片上形成这些相反掺杂的外延层(及作用区域)，例如在有机金属化学汽相沉积(MOCVD)反应器中进行外延生长。一旦将这些外延层沉积到该基片上，就可在顶部、最近生长的外延表面(它通常是p型掺杂层)上沉积这两镜的第一镜。在另一掺杂第一生长层的表面上放置一镜面并不容易，因为该表面与该基片的生长表面相接触。RCLED的这些层通常薄得难以将该基片与这些外延层分开以沉积该第二镜。在该基片上沉积该镜、然后生长该外延层可能不可行，因为镜材料与外延层之间存在晶格失配。在这些外延层上沉积该第二镜的一方式是，首先移除该基片。在授予W.Cheung等人的美国专利第6,071,795号中说明一种用于将该基片从外延层上移除的技术。此GaN薄膜是外延地生长于一蓝宝石基片上，然后采用一扫描束激光照射该基片，该扫描束的波长可透过蓝宝石，但GaN会吸收该波长(例如，248mn的波长)。然而，该辐射强度低得不足以使被照射的区域分离。在激光照射完成之后，诸如通过将该结构加热至高于镓的熔点来执行分离程序。本专利技术的另一实施例说明在所需薄膜与生长基片之间生长一牺牲材料。然后光束可自对光束而言透光的生长或受体基片一侧照射。此方法的难点在于，它尤其适于生长于蓝宝石基片上的半导体装置。三族氮化物装置常常生长于碳化硅基片上，并且如果该照射光束的波长高得不能被碳化硅吸收，则该波长可能太高以至于不能被GaN吸收。其替代方法是找到可透过碳化硅且会激发GaN的光的波长。然而，GaN与碳化硅之间的带隙差异太窄以至于该光无法可靠地透过碳化硅同时亦能被GaN吸收。
技术实现思路
根据本专利技术的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法的一个实施例包括在基片上生长一外延半导体装置结构，其中该外延半导体结构与基片包括一发射器，它被调整成响应于一偏压而发光。将该外延半导体结构与基片以倒装晶片方式安装于一子基片上，使该外延半导体装置结构夹在该子基片与基片之间。通过利用蚀刻基片的一蚀刻环境将该基片从该外延半导体装置中蚀刻掉实质上比蚀刻该外延半导体结构快。根据本专利技术的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法包括在基片上生长一外延半导体结构、及在该外延半导体结构上沉积一第一镜层，使该外延半导体结构夹在该第一镜层与该基片之间。然后通过向该基片引入一蚀刻环境而将该基片从该外延结构上移除且在该外延半导体结构上沉积一第二镜层，使该外延半导体结构夹在这些第一与第二镜层之间。根据本专利技术的共振腔发光二极管(RCLED)的一个实施例包括一薄膜外延半导体结构及位于该外延半导体结构的一表面上的一第一镜层。还包括位于该外延半导体结构的另一表面上的一第二镜层，使该外延半导体结构夹在第一与第二镜之间，该第二镜层的反射率小于该第一镜层的反射率。还包括一子基片，所述外延半导体结构与其第一和第二镜装于子基片上，该第一镜层邻近子基片且该第二镜层是主要发射表面。一种用于从三族氮化物外延半导体材料上移除碳化硅基片的方法包括在碳化硅基片上生长三族氮化物外延半导体材料。向该碳化硅基片引入一蚀刻环境，该蚀刻环境蚀刻碳化硅的速率快于蚀刻该三族氮化物外延材料的速率，因此在将该碳化硅蚀刻掉后，该蚀刻实质上停止。附图说明本领域技术人员参考以上详细说明连同附图，可明白本专利技术的这些及其它特征和优点，在附图中图1是根据本专利技术一制造方法的一实施例的流程图；图2是根据本专利技术一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的一实施例的横截面视图； 图3是根据本专利技术的一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的另一 具体实施例方式图1示出根据本专利技术的用于制造三族氮化物半导体的一方法10的一个实施例，其中该方法10尤其适于制造薄膜式三族氮化物半导体装置。在步骤12，提供可由许多不同材料制成的一基片，其中较佳材料是碳化硅。SiC是适于结合三族氮化物材料(例如，GaN)使用的材料，因为它具有与三族氮化物GaN的更接近的晶格匹配，这一般得到高品质的三族氮化物薄膜。碳化硅还具有高导热率，因而碳化硅上的三族氮化物装置的总输出功率不会受该基片的散热限制(如同形成于蓝宝石上的某些装置的情形)。可从北卡罗来纳州Durham的CreeResearch Inc.获得SiC基片，且生产这些基片的方法在科学文献以及美本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，包括：　　　　在一基片上生长一外延半导体装置结构，所述外延半导体结构与基片包含一发射器，它被调整成响应于一偏压而发光；　　　　将所述发射器以倒装晶片方式装于一子基片上，使所述外延半导体装置结构夹在所述子基片与所述基片之间；及　　　　通过利用一蚀刻环境将所述基片从所述外延半导体装置上蚀刻掉，所述蚀刻环境蚀刻所述基片的速率实质上快于蚀刻所述外延半导体结构的速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-18 10/848,9371.一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，包括在一基片上生长一外延半导体装置结构，所述外延半导体结构与基片包含一发射器，它被调整成响应于一偏压而发光；将所述发射器以倒装晶片方式装于一子基片上，使所述外延半导体装置结构夹在所述子基片与所述基片之间；及通过利用一蚀刻环境将所述基片从所述外延半导体装置上蚀刻掉，所述蚀刻环境蚀刻所述基片的速率实质上快于蚀刻所述外延半导体结构的速率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延半导体结构包含一三族氮化物半导体材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片包含一单晶材料。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片包含单晶碳化硅(SiC)。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含一反应性离子蚀刻。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含三氟化氮(NF3)。7.如权利要求1所述的方法，还包含在所述发射器的所述倒装晶片安装之前，在与所述基片结构对置的所述外延半导体结构上沉积一第一镜层，在所述倒装晶片安装之后，所述镜夹在所述外延半导体结构与所述子基片之间。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一反射金属。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一分布式布拉格反射镜(DBR)，它包含由介电材料制成的多个交替层对。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述层对的每一层对包含一层二氧化硅(SiO2)与一层二氧化钛(TiO2)、或一层二氧化硅(SiO2)与一层五氧化二钽(Ta2O5)，所述层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述层对重复两至四次。12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一外延DBR，它包含由外延材料制成的多个交替层对。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述交替层对的每一交替层对包含一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝(AlN)、或一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝合金(AlzXyN)，所述交替层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子基片包括由单晶碳化硅(SiC)、一硅基片与玻璃所组成的组中的一材料。16.如权利要求1所述的方法，还包括在蚀刻所述基片之后在所述外延半导体结构上沉积一第二镜层，所述第二镜层被配置成使得所述外延半导体结构夹在所述子基片与所述第二镜层之间。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一反射金属。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一分布式布拉格反射镜(DBR)，它包含由介电材料制成的多个交替层对。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述层对的每一层对包含一层二氧化硅(SiO2)与一层二氧化钛(TiO2)、或一层二氧化硅(SiO2)与一层五氧化二钽(Ta2O5)，所述层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述层对重复两至四次。21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一外延DBR，它包含由外延材料制成的多个交替层对。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述交替层对的每一交替层对包含一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝(AlN)、或一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝合金(AlzXyN)，所述交替层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生长一外延半导体结构包括在所述基片上生长一第一外延半导体层，及在所述第一外延半导体层上生长一第二外延半导体层，使所述第一半导体层夹在所述基片与所述第二半导体层之间。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，生长一外延半导体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村修二，S迪巴尔司，J艾德蒙，U米史拉，C史华波达，
申请(专利权)人：美商克立股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]