專利名稱：利用激光熔化對晶片接合Al的制作方法
由國防高級研究計劃局授權(quán)，協(xié)議號為MDA972-96-3-0014，通過政府支持獲得本發(fā)明。聯(lián)邦政府對本發(fā)明享有某些權(quán)利。
本發(fā)明涉及光發(fā)射領(lǐng)域，特別涉及提供ALxGayInzN器件兩側(cè)面的高質(zhì)量反射表面。
垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)，有源區(qū)由可能被摻雜的，沒摻雜的，或包含p-n結(jié)的插入限制層的光發(fā)射層形成。該結(jié)構(gòu)至少包括一個反射鏡，反射鏡在垂直光發(fā)射層的方向形成Fabry-Perot諧振腔。在GaN/ALxGayInzN/ALxGa1-xN(其中，在ALxGayInzN中x+y+z＝1，在ALxGa1-xN中，x≤1)材料系列中制造垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)遇到困難，使它和其它III-V族材料系列無關(guān)。難于生長優(yōu)良光學(xué)質(zhì)量的AlxGayInzN結(jié)構(gòu)。電流擴(kuò)展是對ALxGayInzN器件的主要考慮。P-型材料的橫向電流擴(kuò)展比n-型材料小30倍。并且，許多襯底熱導(dǎo)率低，使器件設(shè)計變得復(fù)雜，因?yàn)橐@得最佳熱沉，應(yīng)使安裝器件的接合部降低熱阻。
一個垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)，例如，垂直諧振腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，要求具有99.5％反射率的高質(zhì)量反射鏡。獲得高質(zhì)量反射鏡的一種方法采用半導(dǎo)體生長技術(shù)。為了達(dá)到適用VCSELs(＞99％)的配置Bragg反射器(DBRs)要求的高反射率，生長半導(dǎo)體AlxGayInzNDBRs，存在嚴(yán)重材料問題，包括破裂和電導(dǎo)率問題。這些反射鏡需要許多疊層(periods)/層，交替地形成銦鋁鎵氮化物組分(AlxGayInzN/Alx，Gay，Inz，N)。和半導(dǎo)體DBRs相反，電介質(zhì)DBRs(D-DBR)相對簡單，在AlxGayInzN系列覆蓋光譜區(qū)域內(nèi)能制造超過99％反射率的DBRs。通常利用蒸發(fā)或?yàn)R射工藝淀積這些反射鏡，但是也能利用MBE(分子束外延)和MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積)淀積這些反射鏡。但是只能在有源區(qū)的一側(cè)獲得D-DBRs淀積，除非除掉生長襯底。如果可能在AlxGayInzN有源區(qū)的兩側(cè)接合/淀積D-DBRs，則非常容易生產(chǎn)AlxGayInzN垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)。
晶片接合可能分為兩種基本類型直接晶片接合和金屬的晶片接合。對于直接晶片接合，通過接合面的質(zhì)量傳輸把兩個晶片熔合在一起。在半導(dǎo)體，氧化物，電介質(zhì)材料的任何組合之間能實(shí)現(xiàn)直接晶片接合。通常在高溫(＞400℃)和單軸壓力下進(jìn)行。由Kish，等人在U.S.P.N.5,502,316敘述了一種合適的直接晶片接合方法。對于金屬的晶片接合方法，在兩個接合襯底之間淀積金屬層使兩個襯底粘合在一起。例如，由Yablonovitch等人在“Applied Physics Letters，Vol.56，pp.2419-2421，1990”披露的金屬接合是倒置芯片接合，在微光電子工業(yè)采用一種技術(shù)把器件倒裝在襯底上。因?yàn)椴捎玫怪眯酒N合能改善器件的熱沉，切除襯底取決于器件的結(jié)構(gòu)，通常只要求金屬接合層是導(dǎo)電的和堅(jiān)固的。
在“Low threshold wafer fused long wavelength verticalcavity lasers”，Applied Physics Letters，Vol.64，No.12，1994，第1463-1465頁，Dudley等人披露AlAs/GaAsDBRs半導(dǎo)體DBRs對垂直諧振腔結(jié)構(gòu)的直接晶片接合，而在“Room-TemperatureContinuous-Wave Operation of 1.54-μm Vertical-CavityLasers，”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.7，No.11，November 1995，Babic，et al.披露半導(dǎo)體DBRs對GaAsP VCSEL兩面的直接晶片的接合，用于AlAs/GaAs之間大的折射率變化。如上所述，以前在現(xiàn)有技術(shù)不知道，D-DBRs對AlxGayInzN晶片的接合是比半導(dǎo)體對半導(dǎo)體晶片結(jié)合更復(fù)雜。
在Chua等人所著“Dielectrically-Bonded Long WavelengthVertical Cavity Laser on GaAs Substrates Using Strain-Compensated Multiple Quantum Wells，”IEEE PhotonicsTechnology Letters，第5卷，12期，December 1994，披露了利用旋涂玻璃層接合到InGaAsP激光器的AlAs/GaAs半導(dǎo)體DBRs。旋涂玻璃層不適于位于有源層和DBR之間的VCSEL中接合的材料，因?yàn)殡y于控制旋涂玻璃的精確厚度，因此失去了VCSEL諧振腔所需的對臨界層的控制。而且，玻璃的特性不均勻，引起諧振腔的折射和其他損耗。
具有適于VCSELD的例如＞99％反射率的一對AlxGa1-xN/GaN半導(dǎo)體DBR的光學(xué)反射鏡生長是困難的。參看

圖1，通過理論計算建議，為了達(dá)到高的反射率，需要高系數(shù)的對比度，只有增加低系數(shù)AlxGa1-xN層的組分，和/或包括較多疊層(采用Ambacher et al.，MRS InternetJournal of Nitride Semiconductor Research，2(22)1997的材料特性)來達(dá)到。這些方法導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。如果通過DBR層產(chǎn)生電流，重要的是DBRs要導(dǎo)電。為了充分地導(dǎo)電，AlxGa1-xN層必須適當(dāng)?shù)膿诫s。電阻率不夠大，除非對于Si(n-型)摻雜把Al組分減少到大約50％以下，對于Mg(p-型)摻雜減少到大約20％以下。但是，如圖1所示，利用較低Al組分層為了達(dá)到足夠大反射率所需疊層數(shù)量，要求利用AlxGa1-xN材料大的整個厚度，則增加了外延層破裂的危險(因?yàn)樵贏lN和GaN之間有相對大的晶格失配)和減少了組分控制。確實(shí)，圖1所示Al.30Ga.70N/GaN疊層厚度已經(jīng)是～2.5μm，并且遠(yuǎn)非VCSEL的足夠大的反射。于是，根據(jù)這對層的高反射率DBR要求遠(yuǎn)大于2.5μm的整個厚度，難于穩(wěn)定的生長，給出AlN和GaN之間的失配，將生長條件和材料特性。如果該層不要摻雜，破裂沒有象指出的那樣大，組分控制和AlN/GaN生長溫度仍然對生長高反射率DBRs提出大的難題。因此，甚至在DBRs沒有流過電流的應(yīng)用方面，也沒有證明半導(dǎo)體鏡面疊層在AlxGayInzN材料系列中具有＞99％的反射率。因此優(yōu)選基于電介質(zhì)的DBR反射鏡。
至少一個鏡面疊層，例如，配置電介質(zhì)的Bragg反射器(D-DBR)或合成物D-DBR/半導(dǎo)體D-DBR，置入AlxGayInzN有源區(qū)和基底之間。晶片接合界面位于基底和有源區(qū)之間的某處?？拷雍辖缑娴娜芜x中間接合層調(diào)節(jié)晶片界面處的應(yīng)力和熱系數(shù)失配。把任選鏡面疊層靠近AlxGayInzN有源區(qū)。出于一致性的考慮可以選擇基底或中間接合層。
上述發(fā)明的一個實(shí)施例，包括具有靠近AlxGayInzN有源區(qū)的晶片接合界面的器件，在例如Al2O3損耗襯底上制造AlxGayInzN有源區(qū)。接合到基底的鏡面疊層和AlxGayInzN有源區(qū)直接進(jìn)行晶片接合。接著除掉損耗襯底。把任選的鏡面疊層接合到AlxGayInzN有源區(qū)的頂層。貼合技術(shù)包括接合，淀積，生長。把電接點(diǎn)形成在n-型和p-型層上。
在另一個實(shí)施例，晶片接合面靠近AlxGayInzN的基底，反射鏡接合到AlxGayInzN有源區(qū)的頂部。如果利用直接晶片接合把經(jīng)選擇有較好機(jī)械特性的基底直接接合到鏡面疊層上。此外可以利用金屬接合把基底接合到反射鏡上。除掉損耗襯底。把任選鏡面疊層接合到AlxGayInzN有源區(qū)的頂部。把電接點(diǎn)形成在n-型和p-型層上。在直接晶片接合情況，為了獲得所要求的特性，選擇基底是關(guān)鍵的教導(dǎo)。另外的實(shí)施例包括在DBR內(nèi)設(shè)置晶片接合界面。
圖1表示AlN/GaN和Al.30Ga.70N/GaN DBRs的關(guān)于波長的理論反射率。
圖2表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
圖3A-F表示本發(fā)明的流程圖。
圖4A-F表示本發(fā)明的另一個流程圖。
圖5表示淀積在GaN/Al2O3結(jié)構(gòu)上的D-DBR和GaP基底之間的直接晶片接合界面的掃描電子顯微鏡(SEM)橫截面圖。
圖6表示具有通過金屬接合到基底的淀積D-DBR的有源區(qū)的掃描電子顯微鏡(SEM)橫截面圖。
圖7表示如圖6所示器件400-500nm光發(fā)射光譜。典型的波峰表示垂直諧振腔結(jié)構(gòu)。
配置電介質(zhì)Bragg反射器(D-DBR)包括一對低損耗電介質(zhì)疊層，其中一種材料具有低折射率，一種材料具有高折射率。取決于具有氧化鈦(TiO2)，氧化鋯(ZrO2)，氧化鉭(Ta2O2)，或氧化鉿(HfO2)的二氧化硅(SiO2)雙層的某些可用電介質(zhì)DBR反射鏡，能達(dá)到藍(lán)色垂直諧振腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)要求的高反射率，例如＞99.5％，或諧振腔光發(fā)射激光器(RCLED)要求的高反射率，例如＞60％以上。SiO2/HfO2疊層對特別重要，因?yàn)槟芾盟鼈兩a(chǎn)波長為350-500nm反射率大于99％鏡面疊層。由SiO2/和HfO2交替形成的多層構(gòu)成的D-DBR在機(jī)械上穩(wěn)定到1050℃，使后續(xù)工藝能夠靈活進(jìn)行。
圖2表示一個優(yōu)選實(shí)施例。在圖2中，第1鏡面疊層14，例如高反射率的DBR，接合到合適的襯底12上。鏡面疊層14由一種以上的下述材料，電介質(zhì)，半導(dǎo)體和金屬構(gòu)成。第1鏡面疊層14通過晶片接合連接到生長在損耗襯底上的AlxGayInzN有源區(qū)18中的頂部p-型層18b上。設(shè)計AlxGayInzN垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)18在所要求波長范圍具有高增益。晶片接合界面16必須具有很低散射的優(yōu)良光學(xué)質(zhì)量。晶片接合界面16可以包括任選的中間接合層(沒有表示)。把任選的第2鏡面疊層20，例如D-DBR(如圖2所示)接合到AlxGayInzN垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)18上，位于第1鏡面疊層的對面。把任選的第2鏡面疊層20，AlxGayInzN有源區(qū)的n-型和p-型18a，18b，形成圖形并且進(jìn)行腐蝕，提供歐姆接觸區(qū)。對于VCSEL，必須具有＞99％的高反射率。對于RCLED，放寬對反射鏡反射率的要求(＞60％)。
如圖2所示，另一種方法是把鏡面疊層14接合到AlxGayInzN有源區(qū)18上。于是晶片接合界面16位于鏡面疊層14和基底12之間。該結(jié)構(gòu)也具有任選的第2鏡面疊層20。和第1第2方法相關(guān)的另一種方法，是在一種或兩種鏡面疊層的中間直接進(jìn)行晶片接合。晶片接合界面16的幾種可能位置如圖2所示。
在n-型層或p-型層有源區(qū)材料中插入可以腐蝕和/或氧化的AlxGayInzN層可以獲得電流壓縮，以便改善電流和光學(xué)限制，于是減少發(fā)射激光閾值或提高器件效率。當(dāng)利用D-DBR和/或沒有摻雜的半導(dǎo)體DBR時結(jié)合上述層是重要的，因?yàn)闆]有電流通過它們。為了獲得適當(dāng)?shù)偷恼螂妷?，諧振腔可以是單個或多個波長的諧振腔，取決于接觸層所要求的厚度。上述結(jié)構(gòu)的許多變化是可能的。也可能利用交換的p-型和n-型材料制造類似的結(jié)構(gòu)。
圖3A-F表示本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。如圖3A所示，在例如Al2O3的損耗襯底上制造AlxGayInzN有源區(qū)。如圖3B所示，第1鏡面疊層接合到基底上。貼合技術(shù)包括接合，淀積，和生長。如圖3C所示，通過晶片接合把第1鏡面貼合到AlxGayInzN有源區(qū)上。對于VCSEL要利用直接晶片接合，因?yàn)榈偷墓鈱W(xué)損耗是關(guān)鍵。如圖3D所示，除掉損耗襯底。如圖3E所示，把光學(xué)鏡面疊層貼合到AlxGayInzN有源區(qū)頂部上。如圖3F所示，把電接點(diǎn)形成在任選第二鏡面疊層或AlxGayInzN有源區(qū)上。通過形成圖形限定器件區(qū)域，露出接觸層的處理操作也可以在工藝流程中進(jìn)行。
圖4A-4F表示另一個流程圖。如圖4A所示，AlxGayInzN有源區(qū)生長在損耗的襯底上。如圖4B所示，第1鏡面疊層貼合到AlxGayInzN有源區(qū)上。如圖4C所示，通過直接晶片接合或金屬接合把基底貼合到第1鏡面疊層上。因?yàn)榫雍仙L于光學(xué)諧振腔的外面，所以晶片接合的損耗比較不重要。如圖4D所示，除掉損耗襯底。如圖4E所示，把光學(xué)第2鏡面貼合到AlxGayInzN有源區(qū)上。如圖4F所示，把電接點(diǎn)形成在任選第二鏡面疊層或AlxGayInzN有源區(qū)上。通過形成圖形限定器件區(qū)域，露出接觸層的操作也可以在工藝流程中進(jìn)行。
直接晶片接合的選擇基底是關(guān)鍵，受到下列特性的影響質(zhì)量傳輸，可塑性，壓力/應(yīng)力消除?？赡軓陌谆?Pa)，砷化鎵(Ga)，磷化銦(InP)或硅(Si)的組中選擇基底。硅(Si)基底的優(yōu)選厚度是在1000埃和500埃之間。
質(zhì)量傳輸在直接晶片接合方面起很重要的作用。在標(biāo)準(zhǔn)III-V族對III-V族直接晶片接合，或III-V族對電介質(zhì)接合方面，至少一個表面在足夠低的溫度下顯示出有效的質(zhì)量傳輸，以便保護(hù)各層的質(zhì)量。相反，AlxGayInzN和電介質(zhì)材料，在含高組分In的AlxGayInzN有源層(＜1000℃)保持完整性的溫度下，沒有顯示出有效的質(zhì)量傳輸。一種接合材料或兩種接合材料都缺乏質(zhì)量傳輸?shù)那闆r會阻礙晶片接合。這種模式是，當(dāng)在接合溫度下兩種材料顯示出有效的質(zhì)量傳輸時，兩種材料穿過界面重新進(jìn)行最強(qiáng)的接合。當(dāng)只有一種材料顯示出有效的質(zhì)量傳輸時，則只有這一種材料的接合能和另一材料表面接合點(diǎn)對準(zhǔn)。這種情況下難于形成高機(jī)械強(qiáng)度的晶片接合。
可塑性是材料在原子規(guī)?；蚝暧^規(guī)模改變形狀的能力，以便適應(yīng)壓力和應(yīng)力。本發(fā)明的目的是，利用熔點(diǎn)比接合溫度低的材料，或柔軟/易碎轉(zhuǎn)變點(diǎn)低于接合溫度的材料，或襯底薄于～50μm的材料來限制可塑性。
通常在400-1000℃進(jìn)行GaP，GaAs，InP襯底的標(biāo)準(zhǔn)III-V族晶片接合，此時兩個襯底都具可塑性。關(guān)于晶片接合，至少接合材料之一具有可塑性是極其重要的，因?yàn)椴牧蠠o論在微觀上還是宏觀上都固有表面粗糙性和/或不平整。在氮?dú)夥罩型嘶餉lxGayInzN，溫度為1000℃，時間為20分，會導(dǎo)致減少大約20％的PL強(qiáng)度。這樣希望保持接合溫度在1000℃以下。在Al2O3上生長的GaN材料在低于1000℃的接合溫度下不具可塑性。通常在1000℃以下用來制造寬帶隙半導(dǎo)體的高反射率的D-DBR的電介質(zhì)材料不具可塑性。但是，重要的是在這些溫度下接合/支持襯底和/或中間接合應(yīng)是可塑的。
熔點(diǎn)是確定材料可塑性的一種特性。例如，下列材料GaAs(Tm＝1510K)，GaP(Tm＝1750K)，InP(Tm＝1330K)，由此可見可塑性的相對次序是InP，GaAs，GaP，InP是最為可塑的。材料通常在熔點(diǎn)之下經(jīng)歷柔性/易碎轉(zhuǎn)變。高溫時這些材料的可塑性和這些元素中一個的吸收相平衡。即使InP在1000℃是合適的，該材料在該溫度下會急劇的分解，因?yàn)槲樟住Ｅc所述材料的接合在接合期間將限制溫度小于在環(huán)境氣壓下吸收溫度的兩倍。選擇材料必須和所要求的可塑性和接合溫度相適應(yīng)。
很薄的襯底也是可塑的。例如＜50μm薄硅是有可塑性的，因?yàn)榧词骨拾霃酱螅绻r底薄，則應(yīng)力也會小。對于具有高破碎硬度的材料，例如，硅(11270N/mm2)或AlxGayInzN則適宜采用該技術(shù)。但是，對于具有低破碎硬度的材料，例如，GaAs(2500N/mm2)，處理時容易破碎。對于厚度＞50μm的硅，即使曲率半徑小也使材料引起高應(yīng)力，使材料破碎。對于其它可作為潛在襯底對象為材料也有同樣的情況。
由于在Al2O3上生長GaN具有高失配應(yīng)力，以及在AlxGayInzN和許多其它合適支持襯底材料之間熱膨脹系數(shù)(CTE)失配，使壓力和應(yīng)力解決惡化。和晶片接合的其他半導(dǎo)體材料相反，在AlxGayInzN和其他半導(dǎo)體材料之間的CTE失配較大，由于沿纖鋅礦材料的a和c平面的CTE失配不同，合成了壓力。在接合到不同襯底(GaAs CTE＝5.8，GaP CTE＝6.8，InP＝4.5×10-6/C)的GaN(CTE＝5.59，a-plane/3.17×10-6，c-plane/℃)壓力要求局部壓力減緩，因?yàn)榛椎腃TE失配應(yīng)當(dāng)和兩個GaN平面的失配接近一致。在接合溫度，在柔軟的、或在接合溫度在接合表面呈液狀的中間接合層采用可塑性材料，或通過局部應(yīng)力減緩，例如，至少一個界面形成圖形，能夠調(diào)節(jié)該壓力。從包括電介質(zhì)和包含鹵化物(例如CF2)，ZnO，銦(In)，錫(Sn)，鉻(Cr)，金(Au)，鎳(Ni)，銅(Cu)，II-VI族材料的合金組中選擇中間接合層。
電流擴(kuò)展是對以GaN為基礎(chǔ)的器件的另一個主要關(guān)注問題。p-型材料的橫向電流擴(kuò)展比n-型材料的電流擴(kuò)展小～30×(倍)。在有源區(qū)層的兩面制造高反射率的反射鏡對于良好的諧振腔來說是必要的，然而因?yàn)镈-DBRs的絕緣性質(zhì)，則橫向p-型層電流擴(kuò)展問題更加嚴(yán)重。提高p-型層電流擴(kuò)展的一種方法是由導(dǎo)電透明半導(dǎo)體和電介質(zhì)疊層制造復(fù)合的DBR。通過增加p-型層的厚度疊層的半導(dǎo)體部分改善電流擴(kuò)展，而電介質(zhì)疊層則提高低的半導(dǎo)體反射率使整個反射鏡的反射率提高到99％以上。對n-型反射鏡采用相同的工序，盡管由于n-型層具有較高的導(dǎo)電率，它并非關(guān)鍵之舉。
通過使電流只進(jìn)入諧振腔，則附加電流壓縮層的做法會進(jìn)一步改善電流擴(kuò)展，這對于VCSEL來說是必要的。它可以應(yīng)用到具有或沒有復(fù)合半導(dǎo)體電介質(zhì)DBR的垂直諧振腔光電結(jié)構(gòu)，可以被結(jié)合成復(fù)合反射鏡的半導(dǎo)體部分。雖然電流壓縮層可以包括在p-型層和n-型層限制層中，但是最有效的是在p-型層中，因?yàn)樗哂械偷碾妼?dǎo)率。
如果D-DBR貼合到有源區(qū)的兩面，則需要支持襯底，因?yàn)楸仨毘糇畛醯幕?。有幾種除掉通常用做襯底的藍(lán)寶石的方法。下面概述的方法只是用于除掉可能是除藍(lán)寶石以外其它材料的生長襯底的方法的一部分。
關(guān)于激光熔化，由Wong等人and Kelley等人披露一種方法，利用一定波長的激光照射到該結(jié)構(gòu)的背面(藍(lán)寶石側(cè)面)，藍(lán)寶石襯底透過激光但是靠近襯底的半導(dǎo)體層不透光。激光能量不能穿過靠近的半導(dǎo)體層。如果激光能量足夠高，靠近藍(lán)寶石襯底的半導(dǎo)體層加熱到使它分解的點(diǎn)。在GaN層是靠近藍(lán)寶石襯底的情況，位于界面的該層分解成Ga和N，并且把Ga留在界面后面。然后熔化Ga金屬并且從該層結(jié)構(gòu)其余部分除掉藍(lán)寶石襯底。根據(jù)激光能量，波長，材料分解溫度，材料吸收情況，分解靠近藍(lán)寶石襯底的該層。利用這些方法除掉藍(lán)寶石襯底把D-DBR貼合到有源層的另一面。但是，關(guān)鍵是VCSEL界面應(yīng)當(dāng)具有最低損耗(＜0.50)和界面非常光滑，使諧振腔諧振特性最好。激光熔化方法有許多設(shè)計方案變種，可以使激光界面缺乏VCSEL所要求的平整性。此外，VCSEL對厚度有嚴(yán)格的限制。有幾種利用激光熔化方法來緩解這兩個問題。
如果鄰近損耗生長襯底的那層厚度是這樣，利用激光使其完全分解，則限定該層為損耗層。由文獻(xiàn)(Wong等人)披露的結(jié)果表示將完全分解的層厚大約是500，但是該值取決于激光能量，波長，材料分解溫度，鄰近襯底的材料吸收情況。選擇鄰近損耗層(襯底對面)的層，即停止層，使其在激光波長下比損耗層具有較高分解溫度或較低的吸收。因?yàn)橥Ｖ箤泳哂休^高的分解溫度或低的吸收，所以停止層將不受激光能量的重要影響。這種結(jié)構(gòu)利用激光分解損耗層，在具有較高分解溫度或低吸收的停止層上留下陡峭的界面。接著，利用不同能量和波長的激光腐蝕，氧化和腐蝕，或分解停止層。
優(yōu)選層的組合是GaN/AlxGa1-xN，InGaN/AlxGa1-xN，InGaN/GaN。在GaN/AlxGa1-xN組合情況，GaN損耗層將由激光分解，但是AlxGa1-xN停止層將不受影響。然后利用選擇濕法化學(xué)腐蝕方法除掉AlxGa1-xN，并且停止在光滑的AlxGayInzN界面。另一方面，如果上述的GaN層不完全分解，則能把剩余的GaN腐蝕掉。因?yàn)樵贕aN生長初期需要厚的緩沖層，VCSEL層界面需要可控厚度和非常光滑，這種方法特別有效。
利用一個或多個損耗層和停止層調(diào)整特殊層或諧振腔的厚度。利用激光熔化和選擇濕法化學(xué)腐蝕，能依次分解和腐蝕層對，直到達(dá)到所需要的厚度。優(yōu)選層的組合是GaN/AlxGa1-xN，其中GaN是損耗層，利用選擇濕法化學(xué)腐蝕方法腐蝕AlxGa1-xN停止層。
有其他一些除掉生長襯底的方法。一種方法是利用由濕法化學(xué)腐蝕能選擇腐蝕的AlN?？梢岳肁lN作為損耗層，利用AlN選擇腐蝕法從基底能除掉AlxGa1-xN層，選擇腐蝕到切開下部的結(jié)構(gòu)?；蛘撸芾醚趸に囋谏叩臏囟认聺裱趸疉lN層。利用例如HF腐蝕劑腐蝕掉氧化AlN。另一種方法，例如通過把輕離子注入材料可以剝離襯底。這種方法在一定深度產(chǎn)生缺陷。當(dāng)加熱襯底時，材料從位錯處有選擇地劈開，從有源層分離襯底。也可以利用由化學(xué)腐蝕劑把下部切開的ZnO或其它電介質(zhì)緩沖層，從AlxGayInzN層除掉襯底。這種方法能用于2-D或3-D生長方法(例如在ELOG中利用的SiO2或其它電介質(zhì))，此處AlxGayInzN連續(xù)的跨過襯底或只在形成圖形的區(qū)域。
電介質(zhì)DBRs淀積在生長于藍(lán)寶石襯底上的AlxGayInzN有源區(qū)。然后，把DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結(jié)構(gòu)，晶片接合到基底上。例1，把DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結(jié)構(gòu)，直接晶片結(jié)合到GaP基底上(見圖3)。例2，通過中間層CaF2(圖3此處沒有表示中間層)把DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結(jié)構(gòu)，晶片結(jié)合到GaP基底上。例3，D-DBR淀積在基底(GaP)上，和直接晶片接合到AlxGayInzN有源區(qū)上(圖4)。例1和例3的接合面積比例2較小，因?yàn)闆]有利用中間層。圖5表示例1所示結(jié)構(gòu)接合界面的掃描電子顯微鏡(SEM)的橫截面圖。該界面是光滑的，并且在這種放大倍數(shù)下沒有可見的孔隙。例4，通過由CrAuNiCu合金組成的金屬層把DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結(jié)構(gòu)結(jié)接合到基底上。圖6表示例4所示SEM的橫截面圖，除掉藍(lán)寶石襯底，第2D-DBR淀積在位于第1 D-DBR對面的AlxGayInzN的側(cè)面。對于所有的器件，D-DBR疊層是SiO2/HfO2，利用激光熔化方法除掉藍(lán)寶石襯底。圖7表示由圖6所示的器件發(fā)射的400-500nm的光譜。典型的峰值是表示垂直諧振腔結(jié)構(gòu)的特性。
權(quán)利要求
1.一種制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其包括下列步驟把基底貼合到第1鏡面疊層上；在損耗生長襯底上制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)；形成晶片接合界面；通過激光熔化除掉損耗生長襯底；淀積電接點(diǎn)到AlxGayInzN結(jié)構(gòu)上。
2.一種按照權(quán)利要求1的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中通過激光熔化除掉損耗生長襯底的步驟包括下列步驟重復(fù)N次，其中N≥1，在AlxGayInzN結(jié)構(gòu)和損耗生長襯底中間生長具有分解溫度的損耗層，鄰接具有比損耗層較高的分解溫度的停止層，照射具有選擇激光波長的激光，其中損耗生長襯底對于該激光波長是透明的。
3.一種按照權(quán)利要求2的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中N損耗層具有分解該層的厚度。
4.一種按照權(quán)利要求3的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn)一步包括腐蝕N停止層的步驟。
5.一種按照權(quán)利要求2的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中損耗層是氮化鎵，停止層是AlxGayInzN。
6.一種按照權(quán)利要求1的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中利用激光熔化除掉損耗生長襯底的步驟包括下列步驟重復(fù)N次，其中N≥1，在AlxGayInzN結(jié)構(gòu)和損耗生長襯底之間生長損耗層，鄰接停止層；照射具有選擇激光波長的激光，其中，停止層在該選定激光波長具有一定吸收水平，損耗襯底在該激光波長是透明的。
7.一種按照權(quán)利要求6的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中N損耗層具有可以分解該層的厚度。
8.一種按照權(quán)利要求7的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn)一步包括腐蝕N停止層的步驟。
9.一種按照權(quán)利要求6的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中損耗層是氮化鎵，停止層是AlxGayInzN。
10.一種制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其包括下列步驟制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)到損耗生長襯底上；在AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的頂部淀積第1鏡面疊層；通過晶片接合把基底連接到第1鏡面疊層上，產(chǎn)生晶片接合界面；利用激光熔化除掉損耗生長襯底；淀積電接點(diǎn)到AlxGayInzN結(jié)構(gòu)上。
11.一種按照權(quán)利要求10的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中利用激光熔化除掉損耗生長襯底的步驟包括下列步驟重復(fù)N次，其中N≥1，在AlxGayInzN結(jié)構(gòu)和損耗生長襯底中間生長具有分解溫度的損耗層，鄰接一個具有比損耗層較高的分解溫度的停止層，照射具有選擇激光波長的激光，其中損耗生長襯底對于該激光波長是透明的。
12.一種按照權(quán)利要求11的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中N損耗層具有分解該層的厚度。
13.一種按照權(quán)利要求12的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn)一步包括腐蝕N停止層的步驟。
14.一種按照權(quán)利要求11的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中損耗層是氮化鎵，停止層是AlxGayInzN。
15.一種按照權(quán)利要求10的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中利用激光熔化除掉損耗生長襯底的步驟包括下列步驟重復(fù)N次，其中N≥1，在AlxGayInzN結(jié)構(gòu)和損耗生長襯底之間生長損耗層，鄰接停止層；照射具有選擇激光波長的激光，其中，停止層在該激光波長具有一定吸收水平，損耗襯底在該激光波長是透明的。
16.一種按照權(quán)利要求15的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中N損耗層具有分解該層的厚度。
17.一種按照權(quán)利要求16的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn)一步包括腐蝕N停止層的步驟。
18.一種按照權(quán)利要求15的制造AlxGayInzN結(jié)構(gòu)的方法，其中損耗層是氮化鎵，停止層是AlxGayInzN。
全文摘要
利用晶片接合或金屬焊接方法可以獲得具有光學(xué)通路的光發(fā)射器件,例如,垂直諧振腔表面發(fā)射器件,檢測器件,具有高質(zhì)量的反射鏡。光發(fā)射區(qū)插入包括電介質(zhì)配置Bragg反射器(DBRs)的一個或兩個反射器疊層?？梢缘矸e或貼合電介質(zhì)DBRs到光發(fā)射器件上。貼合Gap,GaAs,InP,或Si基底到一個電介質(zhì)DBRs上。把電接點(diǎn)附加到光發(fā)射器件。
文檔編號H01S5/02GK1264199SQ0010186
公開日2000年8月23日 申請日期2000年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月5日
發(fā)明者C·C·科曼, 小F·A·基希, R·S·科恩, M·R·克拉梅斯, P·S·馬丁 申請人:惠普公司