形成于碳化硅基板上的氮化镓膜的剥离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用于制造高光提取光子器件的方法的一实施例包括：在基板上生长剥离层以及在该剥离层上生长外延半导体器件结构，使得该剥离层夹于该器件结构与基板之间。该外延半导体结构包含适用于响应于偏压而发光的发射极。将该器件结构、剥离层及基板用倒装芯片法安装在一子基板上，使得该外延半导体器件结构夹于该子基板与剥离层之间。移除该剥离层以使该基板与该器件结构分离。可使用不同的移除方法，例如通过光电化蚀刻或通过使用激光照射来移除剥离层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术涉及一种用于制造半导体器件的方法，尤其涉及一种用于制造薄膜半导体器件的方法。现有技术的描述在III族氮化物材料系统中的半导体材料制造中的改良已将兴趣聚焦在诸如高效发蓝光、发绿光及发紫外(UV)光二极管(一个或多个LED)及激光器等GaN/AlGaN光电子器件，及诸如高功率微波晶体管等电子器件的研发上。GaN的一些优点是其3.4eV宽的直接能带隙、高电子速度(2×107cm/s)、高击穿电场(2×106V/cm)及异质结构的可用性。典型的LED可包含一夹于一p型掺杂层与一n型掺杂层之间的活性区，使得当在掺杂层上施加一偏压时将电子及空穴注入至该活性区中。该电子及空穴在该活性区中重新结合以在一″发射球体″中以在组成LED结构的材料内的所有方向上发光的方式在全方向上产生光。典型的LED可有效地从该活性区产生光，但由于LED材料与周围环境之间的折射率的不同，因此光难以自该LED发射至周围环境。在具有典型厚度的层及区域的LED中，仅形成于一表面方向上约20°宽的锥体上的光子可离开该结构。剩余的光被截留在LED的结构内，且将最终被吸收至该半导体材料中。被吸收回LED材料中的光不再为产生光所用，这降低了LED的总发光效率。已研发用于改良典型LED的发光效率的不同方法，其中一些方法包括使用非平面形的LED及使LED的发射面变得粗糙。这两种方法都通过提供具有不同角度的LED表面，使得当来自LED的活性区的光以光与表面之间呈不同角度的方式到达该表面来改良发光效率。这增加了当光到达该表面时将处于20°锥体内的可能性，使得光自该LED发射。若光不在20°角之内，则该光以不同角反射，从而增加了下一次当光到达该表面时将处于锥体内的可能性。通过在谐振腔LED(RCLED)中利用一谐振腔结构也可增强发光效率。RCLED通常在E.Fred Shubert的Light Emitting Diodes(剑桥大学出版社，第198-211页(2003))中有描述。RCLED通常包括两个以相反方式掺杂的外延层及在该以相反方式掺杂的层上的镜面，使得该以相反方式掺杂的层夹于镜面之间。镜面之一具有低于另一镜面的反射率的反射率，使得光经由该较低反射率的镜面而离开该RCLED。在其它实施例中，可在该以相反方式掺杂的层之间包括一外延活性区。RCLED通常包含比标准LED薄得多的外延层，且当该外延层的厚度约为由该外延层所产生的光的一个波长时出现谐振腔效应。在该谐振腔中产生的光形成驻波，使得所有发出的光被定向地发射。此定向发光在基本上垂直于由二极管结形成的平面的方向上、且以相较于标准LED更高的强度释放光子。与标准LED相比，RCLED的发射光谱具有更高的光谱纯度，且RCLED的发射远场方向图更为定向。当制造某些特定材料系统的RCLED时，将两个镜面沉积于外延层的相对两侧上存在困难。该以相反方式掺杂的层(及活性区)通常是使用已知制造方法及装置，例如有机金属化学汽相沉积(MOCVD)反应器中的外延生长形成于基板上的。一旦这些层已沉积于基板上，这两个镜面中的第一个可沉积至最近生长(顶部)的外延面上，该外延面通常是p型掺杂层。将一镜面表面置放于另一掺杂的、最初生长的层的表面上并非如此容易，这是因为该表面与该基板的生长面相接触。RCLED的层通常是薄的，因此难以使外延层与基板分离使得可沉积第二镜面。由于镜面材料与外延层之间的晶格失配，所以将镜面沉积于基板上然后生长该外延层可能是不实际的。将第二镜面沉积于外延层上的方法之一是首先移除该基板。一种用于从外延层移除基板的技术在W.Cheung等人的美国专利第6,071,795号中有描述。使氮化镓(GaN)薄膜外延生长于一蓝宝石基板上，接着使用具有可透过蓝宝石但被GaN吸收的波长(例如，248mn的波长)的扫描束用激光照射该基板。然而，该辐射强度足够低而不会引起被照射区域分离。在完成激光照射后执行分离过程，例如通过将该结构加热至镓的熔点之上来进行分离。本专利技术的另一实施例被描述为在所需要的膜与生长基板之间生长一牺牲材料。接着，光束可从透射光束的生长或受体基板侧照射。该方法的难点在于它特定适用于生长于蓝宝石基板上的半导体器件。III族氮化物器件通常生长于碳化硅基板上，且若照射光束的波长足够高而不会由该碳化硅吸收，则该波长可能过高而无法由GaN吸收。对此的一种替代方法是找出透过碳化硅且将激励GaN的光的波长。但是，GaN与碳化硅之间的能带隙的差异过于狭窄以致无法允许可靠地透过碳化硅同时由GaN吸收。专利技术概述根据本专利技术的用于制造高光提取光子器件的方法的一实施例包括在基板上生长剥离层及在剥离层上生长外延半导体器件结构，使得剥离层夹于所述器件结构与基板之间。该外延半导体结构包括适用于响应于一偏压而发光的发射极。将该器件结构、剥离层及基板用倒装芯片法安装于子基板(submount)上，使得外延半导体器件结构夹于子基板与剥离层之间。移除剥离层以使基板与器件结构分离。根据本专利技术的用于制造高光提取光子器件的方法的另一实施例包括在基板上生长剥离层及在剥离层上生长外延半导体结构，其中剥离层夹于外延半导体结构与基板之间。将第一镜面层沉积于外延半导体结构上，使得外延半导体结构夹于第一镜面层与剥离层之间。通过移除剥离层使基板与外延结构分离。将第二镜面层沉积于外延半导体结构上，使得外延半导体结构夹于第一镜面层与第二镜面层之间。根据本专利技术的谐振腔发光二极管(RCLED)的一实施例包括薄膜外延半导体结构，其中第一镜面层位于外延半导体结构的一表面之上。在外延半导体结构的另一表面上包括第二镜面层，使得外延半导体结构夹于第一镜面与第二镜面之间。第二镜面层具有低于第一镜面层的反射率。子基板连同外延半导体结构一起包括在内，且外延半导体结构的第一镜面及第二镜面安装在子基板上。第一镜面层与子基板相邻，且第二镜面层是主发射表面。当结合附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征对本领域的技术人员将变得显而易见。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的制造方法的一实施例的流程图；图2是根据本专利技术的制造方法的另一实施例的流程图；图3是根据本专利技术的半导体器件在图1及图2中的方法的一中间步骤处的一专利技术详述图1示出了根据本专利技术的用于制造III族氮化物半导体的方法10的一实施例，其中方法10特定适用于制造形成于碳化硅(SiC)基板上的薄膜III族氮化物半导体器件。在步骤12中，提供SiC基板，它是结合III族氮化物材料(例如GaN)一起使用的合适的材料。SiC具有与III族氮化物GaN更密切的晶格匹配，这通常得到高品质的III族氮化物膜。SiC也具有高导热性，使得在SiC上的III族氮化物器件的总输出功率不受基板的热耗散的限制(某些形成于蓝宝石上的器件通常就是如此受限)。SiC基板可从北卡罗莱纳州达勒姆市的Cree Research，Inc.获得，且用于制造他们的方法在科学文献中以及美国再颁专利第34,861号、美国专利第4,946,547号及美国专利第5,200,022号中有陈述。在步骤14中，在Sic基板的至少一表面上生长剥离层，其中较佳的剥离层包括具有小于基板或外延层的能带隙材料的材料使得可通过光电化蚀刻选择性地蚀刻该剥离层。剥离层可包括许多不同的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造高光提取光子器件的方法，包括：在基板上生长剥离层；在所述剥离层上生长外延半导体器件结构，使得所述剥离层夹于所述器件结构与基板之间，所述外延半导体结构包括适用于响应于偏压而发光的发射极；将所述器件结构、剥离 层及基板用倒装芯片法安装在一子基板上，使得所述外延半导体器件结构夹于所述子基板与所述剥离层之间；以及移除所述剥离层以使所述基板与所述器件结构分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-6 10/841,0161.一种用于制造高光提取光子器件的方法，包括在基板上生长剥离层；在所述剥离层上生长外延半导体器件结构，使得所述剥离层夹于所述器件结构与基板之间，所述外延半导体结构包括适用于响应于偏压而发光的发射极；将所述器件结构、剥离层及基板用倒装芯片法安装在一子基板上，使得所述外延半导体器件结构夹于所述子基板与所述剥离层之间；以及移除所述剥离层以使所述基板与所述器件结构分离。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离层包含具有比所述基板及所述外延层的能带隙小的能带隙的材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述剥离层包括使所述剥离层经受光电化蚀刻。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述剥离层包括使所述剥离层接触溶液且向其应用光源，所述溶液与光源的组合导致在不蚀刻周围材料的情况下蚀刻所述剥离层。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述剥离层包含选自由InGaN、AlInGaN及AlInGaAs组成的组的材料，且其中，所述溶液包含KOH及水，且所述光源具有约为400纳米(nm)的波长。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移除所述剥离层包括将激光光源应用于所述器件，所述激光光源可透过所述基板及外延结构，但由所述剥离层所吸收。7.如权利要求1之方法，其特征在于，所述基板包含SiC，所述外延结构包含GaN，且所述剥离层包含选自由InGaN、AlInGaN及AlInGaAs组成的组的材料，其中移除所述剥离层包括使用具有在大约390nm与450nm的范围内的波长的激光照射所述器件。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光具有大约400nm的波长。9.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III族氮化物半导体材料。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板包含单晶碳化硅(SiC)。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述用倒装芯片法安装所述发射极之前，以与所述基板结构相对的方式将第一镜面层沉积于所述外延半导体器件结构上，在所述倒装芯片安装之后，所述镜面夹于所述外延半导体结构与所述子基板之间。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一镜面层包含反射金属。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一镜面层包括包含多个介电材料交替层对的分布式布喇格反射器(DBR)。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述层对中的每一对均包含二氧化硅(SiO2)层与二氧化钛(TiO2)层，或二氧化硅(SiO2)层与五氧化二钽(Ta2O5)层，所述层对的厚度大约等于所发射的光的所述波长的四分之一。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述层对重复两至四次。16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一镜面层包括包含多个外延材料交替层对的外延DBR。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述交替层对中的每一对均包含氮化镓(GaN)层与氮化铝(AlN)层，或氮化镓(GaN)层与氮化铝的合金(AlzXyN)层，所述交替层对具有大约等于所发射的光的所述波长的四分之一的厚度。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在已蚀刻所述基板之后，将第二镜面层沉积于所述外延半导体结构上，所述第二镜面层被排列为使得所述外延半导体结构夹于所述子基板与所述第二镜面层之间。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二镜面层包含反射金属。21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二镜面层包括包含多个介电材料交替层对的分布式布喇格反射器(DBR)。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述层对中的每一对均包含二氧化硅(SiO2)层与二氧化钛(TiO2)层，或二氧化硅(SiO2)层与五氧化二钽(Ta2O5)层，所述层对之厚度大约等于所发射的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，所述层对重复两至四次。24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二镜面层包括包含多个外延材料交替层对的外延DBR。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述交替层对中的每一对均包含氮化镓(GaN)层与氮化铝(AlN)层，或氮化镓(GaN)层与氮化铝的合金(AlzXyN)层，所述交替层对具有大约等于所发射的光的所述波长的四分之一的厚度。26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生长外延半导体结构包括在所述基板上生长第一外延半导体层；以及在所述第一外延半导体层上生长第二外延半导体层，使得所述第一半导体层夹于所述剥离层与所述第二半导体层之间。28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，生长外延半导体结构包括生长适用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村修二，S迪巴尔司，
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]