CN1781195A - Ⅲ族氮化物器件的制作方法以及由其制作的器件 - Google Patents

Abstract

一种制作至少一个半导体器件的方法，它包括下列步骤：提供一个铝酸锂(LiAlO₂)的牺牲性生长衬底；邻近牺牲性生长衬底形成至少一个包括III族氮化物的半导体层；将安装衬底与牺牲性生长衬底相反地固定到至少一个半导体层附近；以及清除牺牲性生长衬底。此方法还可以包括将至少一个接触与安装衬底相反地加入到至少一个半导体层的表面上，并将安装衬底和至少一个半导体层分割成多个独立的半导体器件。为了制作最终的器件，此方法还可以包括将各个独立的半导体器件的安装衬底键合到热沉。清除牺牲性衬底的步骤可以包括对牺牲性生长衬底进行湿法腐蚀。

Description

III族氮化物器件的制作方法以及由其制作的器件

技术领域

本发明涉及到半导体领域，更确切地说是涉及到诸如发光二极管(LED)和激光二极管之类的超薄III族氮化物基半导体或电子器件的制造以及相关的器件。

背景技术

III族氮化物化合物半导体器件包括发光器件和电子器件。可以用膜的组分对发光器件进行剪裁，以便发射从淡黄色一直到绿色、蓝色、最终到紫外线范围内的光。借助于与其它颜色的发光器件进行恰当的组合，或将荧光物质加入到这些器件，还有可能产生“白色光”。这种器件的发射模式可以是非相干的，称为“发光二极管”(LED)，或者可以是相干的，此时的器件被称为“激光二极管”(LD)。电子器件还可以包括高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)、肖特基、p-i-n、以及金属-半导体-金属(MSM)光电二极管等。

蓝宝石是用来生长GaN薄膜和制作蓝色和绿色LED的首要材料之一。由于其成本比较低并可以从市场获得，故成为经常采用的材料。由于蓝宝石衬底的透明性能使光能够有效地发射而不受太多阻挡，故制作在蓝宝石上的LED的亮度是满足要求的。

不幸的是，蓝宝石上的GaN膜由于不良的晶格失配(大于17％)而具有高的缺陷密度。曾经尝试过的一种解决不良失配的方法是在生长GaN之前先生长一个AlN低温缓冲层。GaN层被生长在高度沿c轴定向的AlN核上。虽然GaN层在技术上是多晶，但仍然适合于制作一般的LED器件。但具有缓冲层的蓝宝石上的GaN膜的典型位错密度约为每平方厘米10¹¹，虽然有证据表明借助于生长更厚的GaN膜，由于晶粒生长和晶粒边界的减少而能够降低位错密度。此改进是有限的，且生长更厚的膜会使成本提高。

要制作高性能的器件，蓝宝石的问题是其导热性不如GaN、AlN、SiC，甚至不如Si。结果就难以制作要求较高电流注入从而产生更多热量的高亮度LED。而且，GaN在蓝宝石上的键合非常强，因而难以清除，且蓝宝石是绝缘体。这些都增加了生产LED的制造步骤。由于电引线都在二极管的同一侧上，故器件的尺寸更大，制作在单位面积上的二极管的数目因而减少。

要在蓝宝石上制作激光二极管(LD)，也遇到相同的问题，即高缺陷密度和不良的导热性，它们限制了电流密度，因而限制了激光器的功率输出。而且，由于GaN膜由多晶晶粒组成，故难以产生谐振腔的平滑表面。结果，激光器的模式结构就低劣。

已经开发了另一种方法，此方法用外延横向过生长(ELOG)来产生具有比较大的GaN晶粒尺寸和低缺陷密度的小区。由这些选定的低缺陷区域形成的LD确实显现了改进的性能。不幸的是，整个工艺被复杂化了，工艺成本更高了，且LD的成品率非常低。

一个变通的方法是采用SiC作为衬底来生长GaN薄膜。与蓝宝石相比，SiC对GaN的晶格匹配得到了很大改善(小于3.5％)。理论缺陷密度也大为降低，约为每平方厘米10⁹。或许所有这些之中最重要的是，与蓝宝石上的多晶膜相比，以低的晶格失配生长在SiC衬底上的GaN膜可以被认为单晶膜。

但在SiC晶片上生长高质量的GaN薄膜确实也存在着一些问题。首先，由于SiC晶体很难生长，SiC晶片昂贵。SiC晶体是用特别设计的密封真空反应室在非常高的温度(高于2200℃)下由物理气相输运方法生产的。其次，由于SiC的高硬度接近金刚石的硬度，故切割和抛光过程也很昂贵。再者，SiC的热膨胀系数(4.2×10^-6/℃)相对于GaN的(5.6×10^-6/℃)较小，也是成问题的，因为这可能使GaN膜处于应力状态之下，从而在生长之后的冷却过程中引起破裂。

为了减少这种破裂，在最终生长GaN膜之前，可以在SiC晶片上首先生长一个特别的AlGaN多层膜。相同的各层还用来尽可能减小SiC与GaN之间的带隙偏移。利用这一尽可能减小了的偏移，有可能利用SiC衬底导电性的有利特点，以常规设计来建立GaN LED。这大幅度减小了LED的尺寸，单位面积的成品率也大幅度高于从蓝宝石制作的。更高的成品率补偿了衬底材料的高成本。SiC还具有导热性高的优点。这与低缺陷密度一起，采用SiC衬底应该使LED和LD工作得更好。

制作在SiC上的GaN LED的本征量子效率确实比蓝宝石上的更好。但SiC上GaN LED的总外部亮度较差。这是由于SiC对GaN的发射光不那么透明，致使显著部分的光被阻挡了。对于紫外线LED，情况更是如此。另一方面，由于可得到良好的解理表面，故SiC上GaN LD的性能好得多。激光器的光束质量具有简单得多的模式结构，因而更适合于DVD类型的应用。SiC衬底的高导热性还意味着较高的电流能够被施加到LD，从而提高了功率输出。

蓝宝石和SiC上GaN膜的结果表明了一个进一步改善LED和LD性能的共同的结论，即对于生长低缺陷密度的GaN膜存在着需求。换言之，衬底应该具有与GaN紧密匹配的晶格常数。而且，衬底还应该是透明的，并具有良好的导电性和导热性。目前，能够满足所有这些要求的唯一衬底是单晶GaN衬底。不幸的是，生产这种单晶GaN衬底的技术还不充分。

波兰的UNIPRESS已经开发了高压工艺来生产尺寸直至1厘米的薄片形貌的真正单晶GaN，但这可能不是商业可行的大规模生产工艺。诸如ATMI、美国的林肯实验室、以及韩国的三星之类的其它单位，已经成功地生产了尺寸为几个厘米的厚的独立GaN晶片。不幸的是，失配的热膨胀系数容易在生长之后使晶片弯曲和破裂。为了从蓝宝石分离GaN，已经使用了激光烧蚀技术。取下的GaN晶片仍然需要抛光才能使用。

另一种具有良好潜力的材料可能是单晶AlN衬底。已经在相似于SiC的高温条件下用物理气相输运技术生产了小的单晶。生长工艺仍然处于开发阶段，在未来很多年内可能还得不到高质量的AlN晶片。而且，AlN是绝缘体。故器件的制造将面临与蓝宝石上相同的限制。

另一变通是寻找一种与GaN具有良好晶格匹配的代用衬底。在此衬底上生长GaN膜之后，可以取下代用衬底，以便得到独立的单晶GaN膜。若此GaN膜具有适当的厚度，将足够坚固，则能够被用作制造GaN LED和LD的衬底晶片。例如，日本住友采用GaAs作为代用衬底与ELOG技术结合，能够产生2英寸直径的独立GaN晶片。在生长GaN的厚膜之后，用化学腐蚀方法来清除GaAs衬底。由于GaN表面在生长之后非常粗糙，故需要进行抛光来产生平滑的表面。整个工艺仍然被复杂化了，晶片的成本因而高。日本住友的独立GaN晶片是c表面(0001)取向的。由于GaAs与GaN之间大的晶格失配(大于45％)，故日本住友的独立GaN晶片是多晶。

在美国专利No.5625202中，Chai公开了一大类适合作为生长GaN和AlN单晶膜的衬底材料的化合物。在列举的化合物中，LiAlO₂(LAO)和LiGaO₂(LGO)显现了最好的潜力。这是因为能够用标准的切克拉斯基熔体直拉技术来生产大尺寸的LAO和LGO单晶。目前已经有生产大直径高质量单晶衬底的技术，并在LAO和LGO衬底上已经演示了GaN薄膜的生长。

在生长过程中注意到，尽管二种晶体具有最好的晶格匹配和几乎完全相同的晶体结构，但产生GaN膜的化学品与LGO衬底的兼容性非常差。生长GaN膜的化学品在生长过程中会侵蚀LGO的表面。而且，即使GaN膜能够生长在LGO衬底上，GaN膜的粘合性也非常差，故在生长之后会由于热膨胀系数的失配而不可避免地剥离。

LAO具有与GaN非常不同的晶体结构和晶体对称性，GaN为六方对称，而LAO为四方对称。尽管如此，LAO的二维(100)表面仍然具有与GaN的m面(10 10)几乎相同的结构和晶格尺寸。沿GaN的a轴方向的晶格失配为+1.45％。沿GaN的c轴方向的晶格失配仅仅为-0.17％。LAO对GaN生长化学品的化学兼容性也好得多。其中最重要的或许是LAO晶片能够在生长之后用酸腐蚀方法容易地被清除。利用这种独一无二的性质，已经用HVPE(金属氢化物气相输运外延生长)方法，产生了厚度为150-500微米的独立单晶GaN晶片。由LAO衬底产生的单晶GaN晶片具有指数为(10 10)的m面取向。这明显地不同于市场上可获得的所有其它的独立GaN晶片，因为后者都具有指数为(0001)的c面取向。这些晶片被公开于美国专利No.6648966，并公布于美国申请no.U.S.2003/0183158中，二者都受让于本发明的受让人，其整个内容在此处被列为参考。

衬底能够用简单的酸腐蚀方法来容易地清除，是LAO与诸如蓝宝石和SiC之类的更普通的衬底相比所具有的一个可取的性质。具有容易清除的潜力的其它潜在的衬底包括GaAs和Si。二者对GaN的晶格匹配都非常差(大于45％)。剥离GaN薄膜的能力在器件设计和制造中提供不了大的灵活性。

Teraguchi的美国专利No.5917196提出了一种在LiAlO₂衬底上生长GaN基激光器结构的方法。报道了一种以10V的阈值电压在430nm下发射的紫色光激光二极管。但未能公开衬底的清除，故其最终器件可能仍然如上述蓝宝石衬底那样具有二个接触。

当处置诸如蓝宝石之类的绝缘衬底时，为了制造LED或其它器件，需要额外的步骤，从而需要额外的成本。为了降低LED的成本，已经开发了一些工艺来清除绝缘层，使器件能够如常规GaAs LED那样被制造。这些工艺包括机械研磨和用短波长激光进行烧蚀。在二种情况下，清除过程都非常慢，因而不适合于大规模生产。而且，衬底清除之后的GaN表面非常粗糙，要求机械抛光或反应离子刻蚀(RIE)来平滑GaN表面。用这一额外的努力，来产生新的器件结构。一些实验室已经实行了这种方法，如下所述。

Wong等人已经讨论了利用晶片键合和剥离方法来进行蓝色GaN薄膜结构与不同衬底的集成(W.Wong，T.Sands，N.Cheung，etc.，Compound Semiconductor Vol.5，p.54，1999)。他们在蓝宝石衬底上生长了氮化物基器件，然后用粘合剂将顶部表面键合到硅晶片。短波长激光通过蓝宝石被聚焦到GaN的背面上，从而分解了非常薄的GaN膜。由于Ga是液体而N是气体，故蓝宝石剥离开。借助于将粘合剂溶解，就形成了氮化物部件。此部件可以被转移到另一衬底。若此部件的表面被涂敷有Pd和In，则能够被倒装置于也涂敷有Pd的新衬底上。加热使溶解在Pd中的In熔化，从而形成坚固的永久键合。已经用这一技术p侧朝下地将蓝色发光的GaN LED键合到硅衬底。

惠普公司报道了多量子阱氮化物LED到导电基质衬底的转移(Y.K.Song et al.，Appl.Phys.Lett.，vol.74，p.3720，1999)。器件结构是用OMVPE方法生长在标准蓝宝石晶片上。Ni/Au接触被淀积在顶部p型GaN:Mg层上。然后在顶部表面上电化学生长铜膜，样品被倒装芯片安装到诸如硅之类的新基质上。在用激光烧蚀方法清除蓝宝石之后，对n型层形成新的表面接触。器件的发光峰值在450nm处。

LumiLeds Lighting公司报道了一种大功率AlGaInN倒装芯片LED设计(J.J.Wierer，et al.，Appl.Phys.Lett.，vol.78，p.3379，2001)。此器件与常规小面积(大约0.07平方毫米)LED相比，具有大的发光面积(大约0.70平方毫米)。倒装芯片设计提供了大的发光面积。良好的热接触使电流能够更大且正向电压能够更低，功率转换效率因而更高。大约2002年7月，LumiLeds介绍了一种采用一个单一1mm×1mm LED的1W的Luxeon^TM器件(Tj＝25℃，425nm，350mA和3.27V下259mW连续波，22.6％的墙上插头效率)以及一种采用4个单一1mm×1mm LED的5W的Luxeon^TM器件(Tj＝25℃，425nm，700mA和7V下1100mW连续波，22.4％的墙上插头效率)。在他们的设计中，蓝宝石衬底仍然覆盖着LED顶部。为了降低薄片电阻，p结接触处于较大的梳状焊点中，而n结处于叉指状。需要具有光刻图形的RIE(反应离子刻蚀)来提供电接触。

施乐公司报道了采用激光剥离方法的氮化物激光器到铜衬底的转移(W.S.Wong et al.，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.V.639，p.G12.2.1，2001)。采用MOCVD方法，脊形波导激光器结构被生长在蓝宝石衬底上。干法腐蚀的脊上的双微带形状的金属接触被淀积在顶部p型表面上。此结构然后被倒装并固定在临时硅晶片上，然后用激光烧蚀方法清除蓝宝石。在于盐酸中对新的n型GaN表面进行腐蚀之后，铟膜被淀积在其上。此铟膜然后被用来将LD部件键合到铜热沉上，并清除临时硅衬底。

南卡罗莱纳大学报道了用倒装芯片将紫外发光的GaN LED键合到镀银的铜头部，来获得室温下非常高的发射强度(A.Chitnis et al.，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.743，p.L7.7.1，2003)，因为铜形成了有效的热沉，而银为向下行进的光提供了良好的反射。

对于GaAs基的激光器结构，已经报道了相似的剥离技术。贝尔通信研究室报道了用中间AlAs层来从LD结构湿法腐蚀清除GaAs衬底(E.Yablonovitch et al.，IEEE Phot.Technol.Lett.，Vol.1，p.41(1989))。首先用MOCVD方法在GaAs衬底上生长常规的LD。用稀释的氢氟酸，借助于AlAs的溶解而清除GaAs衬底，使外延部件能够自由浮动。包含多个LD的此部件被作为支持物的蜡夹持。在剥离之前完成所有的加工步骤，包括用腐蚀方法确定条形激光器以及金属化。此结构然后被安装在新的玻璃或硅衬底上，并清除蜡。

透明衬底红色AlGaInP LED是可在市场上获得的。典型地说，惠普公司在晶格匹配的GaAs衬底上生长了LED结构，但黑色的GaAs倾向于吸收发射的红色光的大约一半。因此，在完成AlGaInP器件之后，厚的晶格失配GaP层被生长在顶部表面上，以便提供载体。虽然此顶部载体充满了结构缺陷，但这些缺陷不会传播回到有源区中。然后用湿法化学腐蚀方法清除GaAs衬底。器件薄片随后被置于新的透明高质量GaP晶片上并烧结。然后切割出各个单个器件。已经发现，非常薄的膜是很难接触的，并存在着高扩展电阻的问题。而且，非常薄的LED芯片由于波导而遭遇到出光问题，因而遭遇到接触和边沿处的寄生吸收问题。于是，安装厚的透明衬底就可能是非常有益的。

发明内容

考虑到上述背景，本发明的目的是提供一种制作诸如发光器件之类的方法，此方法比较直接，且生产具有诸如薄有源区之类所需工作性质并具有容易从中散热的能力的器件。

利用下列制作至少一个半导体器件的方法，来提供根据本发明的这一和其它的目的、特点、以及优点，此方法包含下列步骤：提供一个包含铝酸锂(LiAlO₂)的牺牲性生长衬底；形成至少一个包含邻近牺牲性生长衬底的III族氮化物的半导体层；将安装衬底面对牺牲性生长衬底固定到至少一个半导体层邻近；以及清除牺牲性生长衬底。此方法还可以包括将至少一个接触加入到面对安装衬底的至少一个半导体层的表面上，并将安装衬底和至少一个半导体层分割成多个独立的半导体器件。为了制作最终的器件，此方法还可以包括将各个独立的半导体器件的安装衬底键合到诸如包含铟(In)的热沉。

更确切地说，清除牺牲性衬底的步骤可以包含对牺牲性生长衬底进行机械研磨和湿法腐蚀。因此，在某些实施方案中，安装衬底可以被选择成抗湿法腐蚀。在安装衬底不可抗湿法腐蚀的其它实施方案中，机械研磨可能是清除衬底的优选方法。当需要湿法腐蚀时，可以保护部分安装衬底免受湿法腐蚀的影响。

牺牲性生长衬底优选包含单晶LiAlO₂，且至少一个半导体层优选包含至少一个单晶氮化镓(GaN)层。材料的这种组合可以按需要产生具有m面(10 10)取向的GaN层。

固定安装衬底的步骤可以包含：在至少一个半导体层上形成粘合层；以及将粘合层键合到安装衬底。例如，粘合层可以包含镍(Ni)和金(Au)中的至少一种。

安装衬底可以包含铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)中的至少一种。至少一个半导体层可以被掺杂。此外，此方法还可以包括形成牺牲性生长衬底与至少一个半导体层之间的缓冲层；且其中，清除牺牲性生长衬底还包含清除此缓冲层。

可以根据本发明来产生非常薄的有源部分。例如，至少一个半导体层的厚度可以小于大约10微米。当然，一个或多个半导体层可以被选择成在被电偏置时发光。

本发明的另一情况涉及到根据上述方法制作的半导体器件。确切地说，此器件可以包含热沉以及邻近热沉的安装衬底，而安装衬底包含金属或硅中的至少一个。此器件还可以包括与热沉相反安置在安装衬底上并确定至少一个p-n结的多个半导体层。这些半导体层优选可以包含m面(10 10)取向的单晶III族氮化物层。此器件还可以包括与安装衬底相反安置在最上面一个半导体层上的仅仅一个接触。此III族氮化物可以包含例如氮化镓。

此器件还可以包含安装衬底与半导体层之间的粘合层。此粘合层又可以包含镍(Ni)和金(Au)中的至少一种。对安装衬底的键合材料可以包含铟(In)或诸如铟-银或铟-金之类的铟基低熔点合金。此外，安装衬底可以包含铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)中的至少一种。当然，多个半导体层可以响应于施加到金属衬底和热沉的电偏压而发光。

附图说明

图1-7是根据本发明的器件制造过程中的示意透视图。

图8-10是根据本发明的器件制造过程中的示意侧视图。

图11和12是根据本发明的器件制造过程中的示意透视图。

图13是根据本发明的从晶片上相邻器件分离之后的单个器件的透视图。

图14是固定到支持物的图13所示器件的示意侧视图。

图15是根据本发明第一实施例的器件的反射测量数据曲线。

图16是根据本发明第二实施例的器件的反射测量数据曲线。

图17是根据本发明第三实施例的器件的反射测量数据曲线。

图18是根据本发明第四实施例的器件的反射测量数据曲线。

具体实施方式

以下参照其中示出了本发明的各个优选实施方案的附图来更充分地描述本发明。但本发明可以体现于许多不同的形式，不应该认为局限于此处所述的各个实施方案。提供这些实施方案是为了使本公开透彻和完全以及为了将本发明的范围完全传达给本技术领域的熟练人员。相似的参考号表示所有相似的元件，主符号被用来表示变通实施方案中相似的元件。

本发明涉及到III族氮化物化合物半导体器件。此器件包括发光器件和电子器件。可以用膜的组分对发光器件进行剪裁，以便发射从淡黄色一直到绿色、蓝色、最终到紫外线范围内的光。借助于与其它颜色的发光器件进行恰当的组合，或将荧光物质加入到这些器件，还有可能产生“白色光”。

这种器件的发射模式可以是非相干的，如LED，或者可以是相干的，如LD。如本技术领域熟练人员所知，此电子器件还可以包括高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)、肖特基、p-i-n、以及金属-半导体-金属(MSM)光电二极管等。这些器件可以是超薄的，并脱离于原始衬底。它们可以被键合到具有高导电性和导热性的金属或半导体基底。有效的散热增强了器件的性能，并使得能够制造大面积器件。

描述了一种用来大规模生产超薄GaN LED和LD的新方法。依赖于膜的组分，此技术能够生产发射波长从深紫外到绿色或以上的LED和LD。此方法使得能够生产独立的超薄外延膜而无须固定到原始衬底，并在化学组分方面具有大的灵活性，包括但不局限于简单的GaN和AlN二元系统、AlGaN和InGaN三元系统、甚至AlInGaN四元系统。此方法还使得能够制造常规技术不能够生产的面积非常大的LED。大面积LED大幅度降低了制造成本，并能够产生比常规LED更高的亮度。

此生产工艺可以开始于抛光的(100)取向LAO单晶晶片30(图1)。晶片30的表面被充分地清洗。然后将LAO晶片30置于未示出的MOCVD(金属有机化学气相淀积)反应室，并加热到700-1200℃，以便生长GaN外延膜32(或具有特定的Al、In、Ga金属比率的AlGaN、InGaN、AlInGaN外延膜)。但MOCVD不是能够生长GaN外延膜的唯一方法。其它可用的生长方法包括MBE(分子束外延)、ALE(原子层外延)、HVPE(氢化物气相外延)等。

外延膜32的结构和组分依赖于所要制作的特定器件。一个重要特点是生长在(100)LAO衬底30上的GaN外延膜32位于(10 10)即m面取向，这是明显地不同于生长在包括蓝宝石、SiC、GaAs、Si的任何其它已知衬底上的(0001)GaN膜的。LAO是目前所知产生m面外延膜的唯一衬底。

此处，首先来考虑典型的蓝色和绿色可见光LED。可以首先在LAO晶片30上淀积一个薄的(小于50nm)AlN、AlGaN、或InGaN的低温缓冲层31，以便有助于粘合外延膜32。虽然AlN被用作在蓝宝石上生长GaN的缓冲层，但AlGaN或InGaN层可以优选作为LAO衬底30的缓冲层。其理由是它能够提供LED和LD器件所需的导电基底。而且，AlN对LAO衬底30的晶格匹配最差，但完全可用作缓冲层31。Al_0.7Ga_0.3N沿a轴与LAO准确晶格匹配，而纯InGaN对c轴晶格匹配最好。

原则上，任何AlGaN组分都能够用作缓冲层。Al_0.3Ga_0.7N可能是得到晶格匹配的或许最好折中的组分。此缓冲层31的淀积温度可以从500℃变化到1000℃。但由于衬底30对外延层32的晶格匹配非常好，故较高温度(900℃)的缓冲层31淀积是优选的。这明显地不同于其它的现有技术，因为现有技术典型地要求以低温(550℃)缓冲层开始。包括蓝宝石、GaAs、Si、SiC衬底上的生长。

在生长缓冲层31之后，可以将温度升高到950-1150℃，以便生长由硅n掺杂的第一层GaN 32a。厚度可以从几百nm变化到几个微米。在现有技术中，由于用机械研磨或激光烧蚀进行的衬底30的清除都是破坏性的，故需要较厚的GaN来确保剩余的外延膜32在衬底清除工艺中不会被损伤。根据本发明，如下面要更详细地描述的那样，清除LAO衬底30的工艺不损伤外延膜32。因此，没有理由去生长非常厚的不掺杂或n掺杂的GaN。优选的n掺杂层32a的厚度可以约为800nm到2微米。

在完成n掺杂的GaN层32a之后，如图2所示，可以开始生长具有交替的不掺杂InGaN薄层32b和GaN薄层32c的多量子阱结构32b。此量子阱结构的InGaN阱32b和GaN势垒32c二者的厚度可以从1nm变化到10nm。阱的厚度优选约为2nm，而势垒的优选厚度约为5nm。在生长量子阱之后，可以生长Mg掺杂的p型GaN层32d作为帽层。p层32d的厚度再次可以在几百nm到几个微米的范围内。于是就形成了基本的p-n结GaN二极管结构。

为了形成LD，可以增大p层32d的厚度。这是因为如下面要进一步解释的那样，形成与常规结构相对照的反台面结构可能是可取的。

在完成外延生长之后，就从MOCVD反应室取出具有GaN外延膜32的LAO晶片30(图2)。可以将其置于金属蒸发器中，以便用Ni(大约20nm)和金(大约150nm)薄膜涂敷整个顶部GaN表面，以形成p型欧姆接触34(图3)。

然后，如图4所示，将LAO晶片30的金属涂敷的表面层34键合到高度抛光的平坦金属或硅晶片基底36，此基底36能够容纳整个典型为2英寸直径尺寸的LAO晶片。此金属或硅基底34用作电接触以及热沉。有大量金属适合于这种用途，例如Cu、Ag、Au、Al、Cr、Ni、Ti、Mo、W、Zr、Pt、Pd。

即使硅在技术上可以不被认为是金属，但硅容易得到且价廉。线热膨胀系数(4.7×10^-6/K)稍许小于GaN的(5.6×10^-6/K)，且80-150W/m°K的热导率也是可接受的。作为粘合基底是一种选择。所有这些金属由于极为不同的物理性质都可以用作具有不同工程要求的LED的基底。金属基底36的选择依赖于导热性和导电性、热膨胀系数、抗酸腐蚀性、以及金属的延展性和键合的简易。大多数金属具有高得多的热膨胀系数，例如Al(23.5×10^-6/K)，Ag(19.1×10^-6/K)，Cu(17.0×10^-6/K)。其它的金属具有更合理得多的热膨胀系数，例如Mo(5.1×10^-6/K)，W(4.5×10^-6/K)，Zr(5.9×10^-6/K)。其余的处于之间。

热膨胀的大失配能够在诸如形成良好欧姆接触34之类的任何加热工艺过程中引起GaN膜32的破裂。此外，考虑金属键合、抗腐蚀性、以及不同金属之间的合金性质，也可能是可取的。

最后，考虑金属的延展性(或molassity)，可能也是可取的。由于通常希望用非常薄的金刚石锯将GaN膜32和金属基底36切割成单个芯片，故最好避免锯条被切割的金属覆盖。存在着能够尽可能减少这种潜在问题的具体步骤。而且，如本技术领域熟练人员所知，可以用能够使之容易分割成特定尺寸的较小芯片的方式对金属基底36进行预先织造，来简化LED或LD的制造工艺。

预先织造过的金属基底36与LAO晶片30的a轴和c轴对准(这又与GaN的c轴和a轴对准)，使当分割成较小片子时，GaN的解理面与金属基底的边沿对准，可能是可取的。

金属基底36的厚度可以从50微米变化导500微米。或许最希望的金属基底36的材料是Cu(铜)，因为Cu是高度导热和导电的，价廉且容易获得。但Cu的问题是抗酸腐蚀性能很差，于是需要特殊的步骤来密封铜，以免在腐蚀过程中与酸接触。

下一个优选选择可能是Si(硅)、Ag(银)、和/或Mo(钼)。这三种材料具有非常不同的性质，但都具有抗酸的共同性质。因此，对一种金属开发的步骤能够适用于其它的金属。差别是材料的金属键合性质和延展性。为了说明起见，选择了Ag作为基底36的金属。同样的步骤也能够被应用于作为基底金属的Si或Mo。

厚度为100微米的Ag金属片被切割成直径为2英寸的圆盘形状36。然后，具有金属化GaN侧34的LAO晶片30被面朝下用In(铟)合金热键合到圆形Ag金属盘36，产生图5所示的结构。Ag是一种导电性和导热性最高的金属(其20℃下的电阻率为1.63μΩcm)，热导率为429W/m°k)。即使Ag具有比较大的热膨胀系数(19.1×10^-6/K)，但涉及到的键合温度可能低得多以应对此问题。

Si和Mo都具有比其它金属显著地更小的热膨胀系数(分别为4.7和5.1×10^-6/K)，且与GaN的热膨胀系数更可比拟，但要求更高的热键合温度，致使在微分热膨胀的总体作用上可与Ag金属的比拟。为了避免以后的剥离，Ag、Si、Mo金属基底对Ni-Au涂敷面的键合必须非常良好。由于金属的不同性质，采用了不同的键合材料。对于Ag金属基底，优选的键合材料是Indalloy^R#3(90In 10Ag)。对于Si基底，优选的键合材料是AuIn(金铟)。对于Mo金属基底，优选的键合材料是AuGe(金锗)。

在将Ag金属基底36键合在LAO晶片30的GaN侧32上之后，整个片子被首先置于研磨机上，以便将大部分LAO衬底研磨掉，然后在温盐酸(HCl)中浸泡，以便溶解和清除剩余的LAO衬底30(图6)。为了防止键合金属被腐蚀性酸腐蚀掉，可以用环氧树脂粘贴晶片30的边沿作为密封。虽然要防止金属边沿被酸腐蚀并不困难，但GaN膜32的任何针孔或裂缝都能够在腐蚀过程中引起困难。在此情况下，可以完全依赖于物理研磨来清除LAO衬底。由于GaN与LAO之间的粘合比较弱，故能够用机械研磨有效地清除90％以上的LAO衬底。已经发现Ag金属非常抗盐酸腐蚀。它在表面上形成一个能够容易地用硝酸(HNO₃)清除的薄的AgCl涂层。具有相似性质的较好的抗酸金属是Si和Mo。抗盐酸腐蚀的其它金属是W(钨)、Au(金)、Pt(铂)。

在盐酸腐蚀以清除LAO衬底30之后，仅仅留下键合到Ag金属基底36上的GaN薄膜32(图6)。GaN膜32的顶部表面是n型的。现在就依赖于要制作的最终器件的类型了，故可以按下列不同的方式来加工整个块体：

(1)标准的蓝色LED

为了制作标准的蓝色LED，对图6所示的片子进行清洗并烘干。然后在GaN表面上形成n型欧姆接触焊点。由于仅仅顶部侧能够发光，故图形化的接触焊点被制作成尽可能减小金属覆盖，并使足够的面积能够发光。可以首先用20nm的钛然后用150nm的铝金属涂敷顶部表面。然后，用光抗蚀剂甩涂此表面。形成欧姆接触焊点的图形。依赖于LED器件的尺寸和形状，接触焊点的几何图形可以是简单的点、条形、或曲折的。暴露的金属被腐蚀掉，并将光抗蚀剂剥离，以便留下焊点图形。

当然，可以借助于首先用光抗蚀剂40涂敷表面来使用剥离技术(图7)。焊点图形被形成在光抗蚀剂40上(图8)。然后用Ti和Al金属涂层涂敷晶片顶部，来确定42a和42b部分(图9)。将光抗蚀剂40剥离，就产生了接触焊点42a(图10和11)。

得到的器件将具有优异的导热性，致使能够得到大面积器件(大于1平方毫米)。LED芯片的最终尺寸和形状依赖于用途。LED芯片就能够被切割成诸如长条形之类的任何几何图形，只要器件能够恰当地散热即可。在切割成小芯片之前，Ag金属背面被粘合到玻璃片上。切割过程仅仅需要使切口44深入晶片足以切穿Ag金属层进入玻璃片45的深度即可(图11)。玻璃片45被用来清洗切割锯条并处理金属覆盖问题。

对于Si或Mo金属基底36，不存在金属覆盖问题。故如本技术领域熟练人员可以理解的那样，有可能使用可拉伸的带来代替玻璃片。

在完成切割之后，对切割的片子50进行清洗，以便清除切割尘埃，然后在丙酮中溶解，以便从玻璃片取下芯片(图13)。对于Si或Mo金属基底的器件，有可能将带拉伸并分离成单个的芯片。然后就可以收集完成了的芯片，并以相同于常规红色LED的方式，安装成最终的器件封装件。这就产生了超薄的蓝色LED。为了得到高的亮度，如所示实施方案所示，用由金属部分44键合的热沉48提供了有效的热沉(图14)。引线46也被固定到上部接触42a。

(2)高亮度白色LED

为了制作高亮度的白色LED，可以在蓝色LED的背面处使用Ce-YAG或Eu-SrAl₂O₄或其它已知陶瓷涂敷的荧光物质反射器，或在n掺杂的GaN面的顶部上淀积n掺杂ZnSe的厚层。利用荧光物质反射器来产生白色光，无须任何额外的晶片加工步骤。但对于作为荧光物质的ZnSe涂敷层，采用了额外的淀积过程。

在清除LAO衬底之后，晶片被清洗并干燥，然后置于ZnSe反应器中，以便用n掺杂GaN层顶部上的n掺杂ZnSe层涂敷表面。ZnSe层能够吸收GaN发射的蓝色光，并发射其本身的黄色光，与GaN的蓝色混合而提供白色光。

ZnSe的厚度按需要被控制，使之具有正确的吸收能力，从而具有正确的白色。在此情况下，n侧欧姆接触可以被形成在ZnSe膜的顶部上。其余的淀积过程非常相似于前面章节所述的。切割晶片和形成单个LED的后续步骤相似于上面(1)中的。

Ce掺杂的YAG或Eu掺杂的SrAl₂O₄陶瓷反射器对温度不敏感，致使白色光的状态相对于光强(或驱动电流)不改变。另一方面，ZnSe的发射对温度非常敏感。随着温度上升而红移。故白色光的状态也随强度(或温度)的上升而红移。由于根据本发明的器件可以具有非常大的高度导热的金属基底来散热，故整个器件的温度变化小得多。如本技术领域熟练人员所知，这将显著地降低了颜色偏移效应。而且，申请人相信此器件是ZnSe-GaN n-n-p器件的首次组合。

(3)LD

此LD构造与具有n型GaN基底和p型GaN台面的常规LD相反。在此情况下，器件具有p型GaN基底和n型GaN台面。基本的制造过程大体上与上面所述的相同。与常规LD设计不同的是，不需要厚膜。

为了防止光的泄漏，常规的LD设计需要具有高Al含量的厚的AlGaN包层来限制光。为了防止MQW(多量子阱)结构破裂，GaN/AlGaN MD-SLS(调制掺杂应变层超晶格)层被生长在MQW二侧。根据本发明，n型GaN表面的整个顶部将被金属化，以便形成n-侧欧姆接触。

本发明采用p侧和n侧上的用于光限制的金属化欧姆接触膜来代替用于光限制的MD-SLS的使用。在用欧姆接触的Ti和Al金属涂敷n型GaN表面的顶部之后，用光抗蚀剂对此表面进行图形化，以便标注各个激光二极管的位置。此欧姆接触图形与GaN膜的解理面对准，致使有可能解理GaN膜来形成激光器应用的谐振腔。

RIE(反应离子刻蚀)可以被用来形成台面结构。此腐蚀将穿透GaN的p层达及金属基底。台面的侧面将被诸如二氧化硅之类的吸收材料包裹以防止反射。

然后，晶片根据RIE工艺产生的图形被切割通过金属基底进入支持用玻璃片。在清洗以清除切割尘埃之后，玻璃片被置于熔剂中，以便溶解环氧树脂并释放LD芯片。这些芯片被清洗、干燥、然后沿(0001)面在二端被解理，以产生谐振腔。

为了降低激射电流的阈值，二个解理的GaN表面可能需要高反射涂层(由成对的四分之一波长TiO₂/SiO₂多层组成)。于是就可以安装这些芯片，以完成激光二极管。

至此已经描述了生产可见光和白色光LED以及可见光LD的详细工艺。为了生产紫外线LED和LD，除了基本的膜组分是AlGaN而不是GaN之外，一般的步骤与制作可见光器件的步骤大体上相同。Al含量的提高将增大AlGaN膜的带隙，但同时，膜的电阻率也会增大。

纯AlN是一种绝缘体，故在器件功能受到太多妨碍之前，对最大Al含量存在着一定限度。此限度通常被设定为AlGaN膜中的Al含量约为50％。由于LAO的晶格常数稍许小于GaN的，故实际上与AlGaN组分拟合得更好。为了制作紫外线LED，在于900℃下初始生长薄(小于50nm)的AlGaN缓冲层之后，在1000-1200℃下淀积一个n掺杂的AlGaN。相似于可见光LED，优选的n掺杂层厚度也约为800nm到1微米。

多量子阱结构由GaN/AlGaN的交替薄层组成。此量子阱结构的厚度为每一对仅仅是几个nm。已知由于具有c面(0001)膜取向的蓝宝石和SiC上的常规生长中的自发极化和压电效应而存在着大的内建电场(大约1MV/cm)。这可能导致量子限制斯达克效应引起的红移。由于根据本发明的膜是沿非极性m面(1010)方向生长的，故在高强度激发下不存在这种红移。

在生长量子阱之后，生长Mg掺杂的p型AlGaN作为帽层。此p层的优选厚度也仅仅是几百nm。这就形成了基本的p-n结紫外线AlGaN二极管结构。

在生长p-n结结构之后，其余的器件制造工艺与可见光LED的完全相同。紫外光的发射是通过n掺杂的GaN层。由于Ti-Al欧姆电接触焊点而存在着对发射的光的非常小的阻挡。为了制作紫外LD，除了膜的组分从GaN改变为AlGaN之外，步骤再次是相同的。

与目前制作在蓝宝石和SiC上的常规LED和LD相比，根据本发明的器件的设计已经呈现了如下所述的许多独特的特点和优点。

(1)LED和LD的一个重要特点是GaN膜的超薄结构，无须将原始衬底固定于其上。器件的总厚度能够薄到1微米或以下。目前没有其它的技术被认为能够制作如此薄的独立GaN器件。超薄结构有助于散热，特别是当器件被键合到高度导热的金属基底时，更是如此。

(2)发射的光不受阻挡。本发明的LED和LD设计都是顶部上具有更透明的n掺杂GaN侧以直接发光的倒装芯片设计。LED背面上适当的金属化能够进一步提高反射率，因而提高总的光输出。

(3)此LED和LD包括键合到高度导热的金属基底顶部上的非常薄的GaN膜。在器件的基底处存在着优异的热沉，致使与现有的蓝宝石或甚至SiC基LED和LD相比，能够被更大的电流更强力地驱动。

(4)此LED和LD采用对p掺杂GaN层的充分金属基底电接触。这显著地降低了低载流子浓度以及p掺杂层的低二维片状电流的影响。

(5)与蓝宝石和SiC上的GaN膜相比，缺陷密度比较低的良好的晶格匹配使器件能够被较大的电流驱动以产生更高的亮度。

(6)由于热沉处于器件的整个基底上，故本发明LED的尺寸能够具有比现有蓝宝石或SiC上更大得多的发光表面。由于整个金属基底是电极，故电流的流动不成问题。器件的最终尺寸仅仅受到金属基底散热极限的限制。而且，LED的形状不再局限于正方形片子。可以制作长条形的LED。其长度仅仅受到原始衬底晶片直径的限制。这就提供了现有LED无法达到的独特的照明。

(7)由于用开始生长AlGaN层取代开始生长GaN层使器件对紫外光透明并不存在困难，故器件的结构非常适合于紫外LED和LD。而且，由于本发明的膜是一种m面膜，它是非压电的，故不存在量子限制斯达克效应。本发明器件的发射波长将保持恒定而不管器件的功率如何。

(8)此结构为激光器谐振腔提供了天然解理面。

(9)不需要ELOG(外延横向过生长)或其它复杂的光刻或腐蚀过程。整个器件的制造过程简单得多。此LED具有常规的安装设计，完全相同于红色GaAs基LED和LD的安装设计，致使在封装以形成LED组之前，此器件能够与GaAs基LED被完全集成在芯片层面上。

产生用来制造诸如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)、肖特基、p-i-n、以及金属-半导体-金属(MSM)光电二极管之类的电子器件的GaN和AlGaN外延膜的基本步骤，大体上相同于形成LED和LD相似组分的外延膜。唯一的差别是层状结构的详细顺序。二极管仅仅需要p和n二个基本层，用量子阱来控制光子辐射。在HBT或BJT(双极结型晶体管)器件的情况下，需要n-p-n、p-n-p、或其它构造的3个层。根据本发明的设计仍然能够提供用于高散热的完全金属基底，这是任何大功率应用必须遵循的。而且，对于MSM结构的器件，此工艺提供了最简单和最直接的设计。

本发明的实施方案可以被分成二个具体步骤。第一步骤是用MOCVD方法生长GaN外延膜。第二步骤是由这些外延膜制造GaNLED和LD器件。

(A)GaN外延膜的生长：

为了能够制作GaN LED和LD，首先必须具有高质量的GaN外延膜，以特定结构的中间层来制作器件。最基本的要求是此膜应该是平滑的，镜面状态，且无裂缝。而且，此膜应该能够被固定到衬底而不剥离，以便能够进行生长后加工。所有的膜都用Aixtron 200 HTMOCVD系统来生长。每轮生长仅仅产生一个2英寸直径的晶片。反应器的气体源包括氮(N₂)、氨(NH₃)、氢(H₂)、硅烷(SiH₄)、三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMIn)、以及Cp₂Mg。

本技术领域完全理解的是，特殊组分的膜的生长要求流动适当的气体源来达到淀积。例如，AlN层的生长要求流动氨和TMA以形成反应。GaN的生长要求流动氨和TMG。InGaN量子阱的生长要求流动氨、TMIn、以及TMG。为了达到n掺杂，要求流动硅烷，而p掺杂要求流动Cp₂Mg。因此，在本发明实施方案的下列具体实施例中将不提供气体流的详细描述。

用来提供最佳膜组分的气体流速和混合比根据不同卖主提供的反应器而变化。即使对于同一个卖主提供的反应器，在不同的单元中也存在着变化。

实施例1：

LAO晶片被清洗，并被置于Aixtron 200HT MOCVD反应器中。生长工艺遵循标准的蓝宝石上GaN生长步骤。衬底首先在氮气氛中被预热到1050℃停留10分钟。将温度降低到580℃，并在LAO晶片上生长厚度为50nm的AlN低温缓冲层。然后，将温度升高到950℃，并在AlN缓冲层的顶部上生长800nm的不掺杂GaN。反射测量结果被示于图15中。膜的状态是平滑的，且不存在剥离。

但TEM(透射电子显微镜)显示很不同的结果。AlN层的结晶很差，并在其顶部上提供GaN膜的生长核心。由于AlN核的优选取向是沿c轴[0001]方向，结果，GaN膜是c面(0001)膜，而不是m面(10 10)膜。故不存在GaN膜和LAO衬底的外延关系。此膜由于低温AlN缓冲层而呈现高的缺陷密度。

实施例2：

新的LAO晶片被清洗，并被置于Aixtron 200HT MOCVD反应器中。遵循我们的方法改变了生长步骤。首先取消了将衬底预热到1050℃停留10分钟的步骤。代之以直接将晶片加热到900℃，然后在此高温下开始淀积AlN。在生长50nm的高温AlN缓冲层之后，将温度升高到950℃，并在AlN层的顶部上生长800nm的n掺杂GaN:Si层。监测膜在生长过程中的平滑性的反射测量数据(图16)显示了膜质量的大幅度改善，且显著地不同于实施例1的膜质量。

此膜是镜面的，并在冷却到室温之后不存在剥离。硅掺杂对膜的质量没有影响。当在显微镜下观察时，GaN膜非常均匀，且在膜中未发现裂缝。这与GaN的热膨胀系数小于LAO，致使GaN膜在冷却过程中总是处于张力下的事实是一致的。

TEM(透射电子显微镜)显示AlN层是结晶的且非常薄。我们估计它可能在界面处与GaN形成了合金。由于AlN缓冲层的结晶性更好，故此膜更均匀，且缺陷较少。

实施例3：

一旦确立了n掺杂GaN:Si外延膜的基本生长工艺，就进行具有完整p-n结和量子阱结构的GaN膜的生长。新的LAO晶片被清洗，并被置于Aixtron 200HT MOCVD反应器中。我们采用实施例2建立的用来生长完整结构GaN膜的生长步骤。晶片被直接加热到900℃，然后开始淀积50nm厚的AlN高温缓冲层。在生长AlN缓冲层之后，将温度升高到950℃，以便生长800nm的n掺杂GaN:Si层。然后，生长由二对10nm的不掺杂GaN势垒和5nm的InGaN阱组成的量子阱结构。在生长最终200nm的p掺杂GaN:Mg帽层之前，在量子阱结构顶部上生长10nm的AlGaN势垒层。

反射测量数据(图17)显示了优异的生长状态。在完成了p-n结和多量子阱结构的生长之后，炉子温度被降低到750℃，停留40分钟，以便对p掺杂的GaN:Mg层进行热退火和激活。在热退火之后，反应器被冷却到室温。相似于实施例2，LAO上的GaN膜是平滑和镜面的。在整个2英寸晶片上完成的膜中未发现裂缝。此晶片可以用来制作LED器件。

实施例4：

上述3个实施例说明了生长可见光LED和LD器件的完整结构GaN膜的工艺。本实施例将表明可以制作紫外LED和LD器件。这意味着需要在LAO上生长AlGaN膜。AlN的元胞晶格尺寸小于GaN，a轴＝3.112埃，c轴＝4.995埃。与LAO的晶格尺寸相比，晶格常数也更小。沿a轴的失配是-0.7％，沿c轴的失配是-3.5％。实际上，AlN在AlN-GaN固熔体组分范围内具有最差的晶格匹配。Al大约为30％的AlGaN，具有与LAO总体上最好的晶格匹配。

因此，为了检验在LAO上生长厚AlN膜的能力，我们将提供生长紫外LED和LD的AlGaN外延膜的可行性的必要信息。新的LAO晶片被清洗，并被置于Aixtron 200HT MOCVD反应器中。首先直接将晶片加热到900℃，然后在此温度下开始淀积AlN缓冲层。在生长50nm的AlN缓冲层之后，将温度升高到950℃，并在此温度下继续生长AlN膜。总完成的AlN膜约为350nm。

反射测量数据被示于图18中，此数据是优异的。在冷却到室温之后，AlN膜是均匀和镜面的。当在显微镜下检查时，整个2英寸的AlN膜未发现可见的裂缝。这样就演示了不掺杂AlN膜的生长。相似于GaN的情况，应该能够在LAO上生长AlGaN。

(B)GaN LED和LD器件的制造：

在如上面章节的实施例3所述完成了完整p-n结和量子阱结构外延膜的生长之后，从MOCVD反应器取出具有GaN外延膜的LAO晶片，就可以制造LED器件了。此晶片被置于金属蒸发器中，并首先用大约20nm厚的Ni，然后用大约150nm厚的Au薄膜，来涂敷GaN表面的顶部，以便形成p-GaN层的欧姆接触。

厚度为100微米的高度抛光的平坦Ag金属片被切割成直径为2英寸的圆盘。然后，具有金属化GaN侧的LAO晶片被面朝下由铟金属热键合到Ag金属圆盘。在热键合过程中，用适当的重量对整个装配件加压，以便在固化之后确保良好的物理接触。

在LAO晶片被牢固地键合到Ag金属盘之后，环氧树脂被涂敷到与Ag金属接触的LAO晶片的边沿。这将在后续的酸腐蚀工艺中密封金属片的边沿。一旦环氧树脂被固化，就将整个片子浸入在温的50％稀释的盐酸(HCl)中，以便溶解并清除LAO衬底。在LAO衬底被HCl腐蚀清除之后，用稀释的硝酸冲洗晶片，以便清除Ag金属表面上的AgCl。于是，仅仅留下由铟合金键合到Ag金属基底的GaN薄膜。此GaN膜现在相对于支持片被倒装。GaN膜的顶部表面是n型的。

整个片子被冲洗以清除酸，被清洗，并被烘干。GaN膜表面于是可以用来形成n掺杂侧的欧姆接触焊点。此处采用了剥离技术来形成接触焊点。用光抗蚀剂来甩涂GaN膜表面。为欧姆接触焊点形成了图形。为简单起见，形成了非常大的100微米的圆点作为接触焊点。在实际的器件中，可以改变电接触焊点的尺寸和形状，以便满足需要。

由于本发明的器件具有优异的导热性，故可以得到大面积器件(大于1平方毫米)。我们使图形的各个接触焊点中心到中心的间距为1.5mm。一旦图形被暴露于紫外光，未被曝光的光抗蚀剂就被剥离以暴露焊点区。然后，借助于首先涂敷20nm的Ti再涂敷150nm的Al金属，来形成n型欧姆接触焊点。借助于与光抗蚀剂顶部上的金属膜一起剥离光抗蚀剂，就得到了留在GaN膜上的用于n-掺杂侧电极的Ti-Al金属接触焊点。

现在就完成了器件结构的建造。用可拉伸的带将晶片的背面粘贴，再被置于切割机下，以便将晶片切割成最终的芯片尺寸。此切割工艺将切穿GaN膜层和Ag金属基底层，但不切穿可拉伸的带。此切割使Ti-Al接触焊点位于芯片的中心。切割的片子被清洗，以便清除切割碎屑，然后被伸拉，以便分离仍然在带上的各个芯片。完成的芯片将从可拉伸的带脱离，就可以用相同于常规红色LED的方式被安装，从而产生超薄的蓝色LED。

用12V直流电池源对芯片进行测试。当电池被电连接到器件时，发射蓝色光。此处所示的实施方案是一种最简单的LED设计，不采用任何高分辨率和更尖端的设备。对于本技术领域的熟练人员来说，在阅读本公开和相关实施方案之后，可以得到许多修正和其它的实施方案。因此，要理解的是，本发明不局限于所公开的具体实施方案，各种修正和其它的实施方案被认为包括在所附权利要求的范围内。

Claims (49)

1.一种制作至少一个半导体器件的方法，包括：

提供一个包含铝酸锂(LiAlO₂)的牺牲性生长衬底；

邻近牺牲性生长衬底形成至少一个包含III族氮化物的半导体层；

将安装衬底与牺牲性生长衬底相反地固定到所述至少一个半导体层附近；以及

清除牺牲性生长衬底。

2.根据权利要求1的方法，还包括将至少一个接触与安装衬底相反地加入到所述至少一个半导体层的表面上。

3.根据权利要求2的方法，还包括将安装衬底和至少一个半导体层分割成多个独立的半导体器件。

4.根据权利要求3的方法，还包括将各个独立的半导体器件的安装衬底键合到热沉。

5.根据权利要求4的方法，其中，所述热沉包含铜(Cu)块。

6.根据权利要求1的方法，其中，清除包括对牺牲性生长衬底进行机械研磨和湿法腐蚀。

7.根据权利要求6的方法，其中，所述安装衬底抗湿法腐蚀。

8.根据权利要求6的方法，还包括在湿法腐蚀过程中保护至少部分安装衬底。

9.根据权利要求1的方法，其中，所述牺牲性生长衬底包含单晶LiAlO₂。

10.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个半导体层包含至少一个单晶氮化镓(GaN)层。

11.根据权利要求1的方法，其中，固定安装衬底包括：

在所述至少一个半导体层上形成粘合层；以及

将粘合层键合到安装衬底。

12.根据权利要求11的方法，其中，所述粘合层包含镍(Ni)和金(Au)中的至少一种。

13.根据权利要求11的方法，其中，所述安装衬底包含铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)中的至少一种。

14.根据权利要求1的方法，其中，形成至少一个半导体层包括对至少一个半导体层进行掺杂。

15.根据权利要求1的方法，还包括形成牺牲性生长衬底和至少一个半导体层之间的缓冲层；并且，其中清除牺牲性生长衬底还包含清除此缓冲层。

16.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个半导体层具有m面(10 10)取向。

17.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个半导体层的厚度小于大约10微米。

18.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个半导体层在被电偏置时发光。

19.一种制作多个半导体器件的方法，包括：

提供一个包含铝酸锂(LiAlO₂)的牺牲性生长衬底；

邻近牺牲性生长衬底形成至少一个包含III族氮化物的半导体层；

将安装衬底与牺牲性生长衬底相反地固定到所述至少一个半导体层附近，该安装衬底包含金属和硅中的至少一种；

采用机械研磨和湿法化学腐蚀方法，清除牺牲性生长衬底；

与安装衬底相反地在至少一个半导体层上形成多个接触；以及

将安装衬底和至少一个半导体层分割成多个独立的半导体器件。

20.根据权利要求19的方法，还包括将各个独立的半导体器件的安装衬底键合到热沉。

21.根据权利要求19的方法，其中，所述安装衬底抗湿法腐蚀。

22.根据权利要求19的方法，还包括在湿法腐蚀过程中保护至少部分安装衬底。

23.根据权利要求19的方法，其中，所述牺牲性生长衬底包含单晶LiAlO₂。

24.根据权利要求19的方法，其中，所述至少一个半导体层包含至少一个单晶氮化镓(GaN)层。

25.根据权利要求19的方法，其中，固定安装衬底包括：

在所述至少一个半导体层上形成粘合层；以及

将粘合层键合到安装衬底。

26.根据权利要求19的方法，其中，形成至少一个半导体层包括对所述至少一个半导体层进行掺杂。

27.根据权利要求19的方法，还包括形成牺牲性生长衬底和至少一个半导体层之间的缓冲层；并且，其中清除牺牲性生长衬底还包括清除该缓冲层。

28.根据权利要求19的方法，其中，所述至少一个半导体层具有m面(10 10)取向。

29.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个半导体层在被电偏置时发光。

30.一种制作至少一个半导体器件的方法，包括：

提供一个包含单晶铝酸锂(LiAlO₂)的牺牲性生长衬底；

邻近牺牲性生长衬底形成至少一个包含具有m面(10 10)取向的III族氮化物的半导体层；

将安装衬底与牺牲性生长衬底相反地固定到所述至少一个半导体层附近，该安装衬底包含金属和硅中的至少一种；以及

清除牺牲性生长衬底。

31.根据权利要求30的方法，还包括：

将至少一个接触与安装衬底相反地加入到所述至少一个半导体层的表面上；以及

将安装衬底和至少一个半导体层分割成多个独立的半导体器件；以及

将各个独立的半导体器件的安装衬底键合到热沉。

32.根据权利要求31的方法，其中，清除包括对牺牲性生长衬底进行机械研磨和湿法腐蚀；并且，其中安装衬底抗湿法腐蚀。

33.根据权利要求31的方法，其中，清除包括对牺牲性生长衬底进行机械研磨和湿法腐蚀；并且还包括在湿法腐蚀过程中保护至少部分安装衬底。

34.根据权利要求31的方法，其中，所述至少一个半导体层包含至少一个单晶氮化镓(GaN)层。

35.根据权利要求31的方法，其中，固定安装衬底包括：

在所述至少一个半导体层上形成粘合层；以及

将粘合层键合到安装衬底。

36.根据权利要求31的方法，还包括形成牺牲性生长衬底和至少一个半导体层之间的缓冲层；并且，其中清除牺牲性生长衬底还包括清除该缓冲层。

37.根据权利要求31的方法，其中，所述至少一个半导体层在被电偏置时发光。

38.一种半导体器件，包括：

热沉；

邻近所述热沉的安装衬底，所述安装衬底包含金属和硅中的至少一种；

与所述热沉相反并且确定至少一个p-n结的所述安装衬底上的多个半导体层，所述半导体层包含具有m面(10 10)取向的单晶III族氮化物层；以及

与所述安装衬底相反、在所述半导体层中最上面的半导体层上的至少一个接触。

39.根据权利要求38的半导体器件，其中，所述III族氮化物包含氮化镓。

40.根据权利要求38的半导体器件，还包括所述安装衬底和所述半导体层之间的粘合层。

41.根据权利要求40的半导体器件，其中，所述粘合层包含镍(Ni)和金(Au)中的至少一种。

42.根据权利要求38的半导体器件，其中，所述热沉包含铜(Cu)。

43.根据权利要求38的半导体器件，其中，所述安装衬底包含铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)中的至少一种。

44.根据权利要求38的半导体器件，其中，所述半导体层响应于施加到所述金属衬底和所述热沉的电偏压而发光。

45.一种发光半导体器件，包括：

热沉；

邻近所述热沉的金属衬底；

与所述热沉相反并且确定至少一个p-n结的所述金属衬底上的多个半导体层，所述半导体层包含具有m面(10 10)取向的单晶氮化镓的氮化物层；以及

与所述金属衬底相反、在所述半导体层中最上面的半导体层上的至少一个接触；

所述半导体层响应于施加到所述衬底和所述至少一个接触的电偏压而发光。

46.根据权利要求45的发光半导体器件，还包含所述金属衬底与所述半导体层之间的粘合层。

47.根据权利要求46的发光半导体器件，其中，所述粘合层包含镍(Ni)和金(Au)中的至少一种。

48.根据权利要求45的发光半导体器件，其中，所述热沉包含铜(Cu)。

49.根据权利要求45的发光半导体器件，其中，所述金属衬底包含铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)中的至少一种。

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