專利名稱：含有碳基襯底的銦鎵鋁氮發(fā)光器件以及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件的制造。更具體地，本發(fā)明涉及用 于制備碳基襯底上的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。
背景技術：
固體發(fā)光器件可能引起領照明技術的革命。高亮度發(fā)光二極管
(HB-LED)出現了越來越多的應用，從用于顯示器的光源到替換傳 統(tǒng)照明的燈泡。同時，連續(xù)波固體激光器在很多關鍵的技術領域得 到廣泛的應用，從光數據存儲到光通信網絡，以及醫(yī)學應用等。
特別地，目前在氮化物基InxGayAl!-x.yN ( 0<=x<=l 、 0<=y<=l ) (下文為銦鎵鋁氮基)LED和激光器(例如氮化鎵基LED和激光器) 的發(fā)展中的成功不僅將發(fā)光光譜延伸到綠色、藍色和紫外線區(qū)域， 而且還可以實現高發(fā)光效率。銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件已經很廣 泛地用于包括全色大屏幕顯示、交通信號燈、背光源以及固體照明。 銦鎵鋁氮基材料的成功的外延生長通常需要襯底和外延層的晶格常 數和熱膨脹系數匹配。因此，例如藍寶石(A1203 )的非傳統(tǒng)的襯底 材料，經常用于生長銦鎵鋁氮材料以便實現這種匹配。而且這些發(fā) 光器件通常為正負電極處在同 一 側的同側結構器件。
這種以籃寶石為襯底的同側電極結構器件的發(fā)光材料利用率 低、散熱差、P型透明導電層對光有一定的吸收作用，因而對器件的 光電性能存在一定的影響；藍寶石襯底價格昂貴、難加工，因而這 種器件的成本較高。
硅(Si)襯底價格便宜并且易于加工。當前在研究過程中的成功 已經允許半導體發(fā)光結構被制備在傳統(tǒng)的Si襯底上。但是，如果在 Si襯底上形成的銦鎵鋁氮基材料用于制備具有同側電極配置的發(fā)光器件，則出現以下問題(1 ) Si村底會吸收從器件的有源區(qū)域發(fā)出
的光；(2)同側電極配置會減小晶片利用率；以及(3)P型歐姆接 觸層也會吸收一部分有源層所發(fā)出的光。另一方面，如果用垂直電 極配置制備器件，使得兩個電極分別在Si襯底表面上和銦鎵鋁氮半 導體薄膜的表面形成，雖然晶片利用率可以提高。然而該下電極之 上的氮化鋁(A1N)緩沖層的出現會提高器件的工作電壓，因此光吸 收問題仍然沒有解決。
近年來，研究者已經實驗了晶片鍵合技術以構造具有垂直電極 配置的LED。在晶片鍵合期間，具有低電阻率的第二支持襯底鍵合 在Si生長襯底上制備的銦鎵鋁氮基LED多層結構的頂部。Si生長襯 底隨后通過濕法蝕刻去除，其有效地將銦鎵鋁氮基LED多層從原始 生長襯底轉移到新襯底。該工藝允許制備銦鎵鋁氮基LED,該銦鎵 鋁氮基LED通過N型層發(fā)光同時具有垂直電極配置。這種垂直配置 LED可以提高發(fā)光效率、提高晶片利用率以及減少LED的串聯電阻。
銦鎵鋁氮基多層結構轉移到新襯底后，新襯底的散熱特性可能 對最終器件的質量產生重要影響。這些新襯底通常是Si襯底或者金 屬襯底。雖然Si襯底容易進行諸如劃片和切割處理，但是它們比諸 如銅和銀的單質金屬和一些高熱傳導率的合金具有較低的熱傳導 率。在另一方面，盡管諸如銅和銀的金屬襯底具有高的熱傳導率， 但是它們遇到了其他諸如切割困難以及相對于轉移的銦鎵鋁氮基層 具有失配的熱膨脹系數的問題。
因此，所需要的是具有高熱傳導率和易于處理的新襯底，用于 支持從原始生長襯底轉移的銦鎵鋁氮基多層結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個實施方式提供一種銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 包括銦鎵鋁氮基半導體多層結構和支持銦鎵鋁氮基半導體多層結構 的碳基襯底，其中該碳基襯底包括至少一個碳基層。該碳基襯底具 有高熱傳導率和低電阻率。在該實施方式的一個變形中，碳基層可以由以下材料制成天然
石墨；壓制石墨；熱解石墨；金屬浸漬石墨；碳纖維基壓制或者編 織材料；碳納米管基疊層材料；含有上述任意兩種的復合物材料或 者機械混合物；或者含有上述兩種或者更多種的復合物材料或者機 械混合物。
在該實施方式的一個變形中，碳基襯底可以包括在該襯底的每一 側上的一個或者多個金屬層或者僅在面向銦鎵鋁氮基半導體多層結 構的襯底的前側上的一個或者多個金屬層。
在該實施方式的一個變形中，銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件還包括 位于碳基層和銦鎵鋁氮基半導體多層結構之間的金屬層。該金屬層 可以具有多層結構或者單層結構，其中這些結構中的每層可以包括 單質金屬或者合金。在另一個變形中，位于碳基層和銦鎵鋁氮基半 導體多層結構之間的金屬層是對Si蝕刻劑耐蝕刻的。
在另一個變形中，金屬層包括第一歐姆接觸層用于銦鎵鋁氮基半 導體多層結構。在另一個變形中，銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件還包 括在銦鎵鋁氮基半導體多層結構的上表面上制備的第二歐姆接觸電 極。因此，第一歐姆接觸層和第二歐姆接觸電極形成上下電極用于 銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。
在該實施方式的一個變形中，銦鎵鋁氮基半導體多層結構原始地 在硅(Si)生長襯底上制備并且隨后轉移到碳基襯底上，這是通過 經過焊接工藝鍵合Si生長襯底和碳基襯底；以及經過濕刻蝕工藝去 除Si生長襯底。
在該實施方式的 一 個變形中，碳基層緊鄰可浸潤碳基層的浸潤層 (infiltration layer)。該浸潤層可以由單質金屬、合金層、導電復合 物或者非金屬元素制成。
本發(fā)明的 一個實施方式提供一種制備工藝，用于在碳基襯底上制 備銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。在操作期間，銦鎵鋁氮基半導體發(fā) 光結構、第一歐姆接觸電極層以及第一鍵合層被制備在Si襯底上。 銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構然后從Si襯底轉移到包括至少一個碳基層和金屬鍵合層的碳/金屬復合襯底。接下來，第二歐姆接觸電極在 銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構上形成，以獲得發(fā)光器件的陣列。最后， 劃片碳/金屬復合襯底，以獲得銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。
在該實施方式的一個變形中，銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構、第一
歐姆接觸電極層以及第 一鍵合層被制備在由溝槽分割的Si襯底上， 這是通過以下步驟在由溝槽分割的Si襯底上形成InxGayAl,-x-yN (0Sx￡l、 0￡y￡l )(銦鎵鋁氮基)半導體多層結構；在銦鎵鋁氮基 半導體多層結構的頂部上形成第一歐姆接觸電極層；并且在第一歐 姆接觸電極層上形成金屬鍵合層。
在該實施方式的一個變形中，碳/金屬復合襯底通過接收碳基層 和在該碳基層上沉積浸潤層而獲得，其中該浸潤層是和碳基層相互 浸潤的金屬層；并且在浸潤層上沉積第二鍵合層。
在該實施方式的一個變形中，該工藝通過經第一鍵合層和第二鍵 合層鍵合Si襯底和碳基襯底，并且使用Si蝕刻劑除去Si襯底來轉 移銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構。在另一個變形中，該工藝使用預定 的壓力和溫度鍵合Si襯底和碳基襯底。在該實施方式的一個變形中， 該工藝通過在碳基襯底中創(chuàng)建劃片凹槽和研磨碳基襯底以減小襯底 厚度來劃片碳/金屬復合襯底。當研磨平面與劃片凹槽相遇時，銦鎵 鋁氮基半導體發(fā)光器件被分開。


圖1示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明 一個實施方式的第 一制備工藝而獲得。
圖2示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明一個實施方式的第二制備工藝而獲得。
圖3示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖，其 通過使用根據本發(fā)明一個實施方式的第三制備工藝而獲得。
圖4示出了碳基村底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖，其 通過使用根據本發(fā)明一個實施方式的第四制備工藝而獲得。圖5示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖，其 通過使用根據本發(fā)明一個實施方式的第五制備工藝而獲得。
圖6A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖1中的發(fā)光 器件的外延片。
圖6B示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖6A的外延片的剖 面示意圖。
圖6C示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在沉積歐姆接觸層和金 屬鍵合層后的圖6B的外延片的剖面示意圖。
圖6D示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖1中的碳基襯底的 剖面示意圖，其包括沉積在碳基層上的碳材料浸潤層和金屬鍵合層。
圖6E示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的晶片鍵合后的圖6C 中的外延片和圖6D中的碳基村底的剖面示意圖。
圖6F示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過除去圖6E中的外 延片的原始生長襯底轉移到碳基襯底上的發(fā)光器件的剖面示意圖。
圖6G示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的一系列晶片制備工藝 后在碳基襯底上形成的芯片陣列的剖面示意圖。
圖6H示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在芯片之間的碳基襯底 中形成劃片凹槽后的圖6G中的芯片陣列剖面示意圖。
圖61示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在將圖6H中的碳基襯底 研磨至劃片凹槽后物理地分開的芯片的陣列的剖面示意圖。
圖7A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在沉積歐姆接觸層和金 屬鍵合層后用于制備圖2中的發(fā)光器件的外延片的剖面示意圖。
圖7B示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖2中的"碳/金屬復 合"襯底的剖面示意圖，其包括兩個碳材料浸潤層、 一個金屬加固 層以及一個金屬鍵合層。
圖7C示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在晶片鍵合后圖7A中 的外延片和圖7B中的碳/金屬復合襯底的剖面示意圖。
圖7D示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過去除圖7C中的外 延片轉移到碳/金屬復合襯底上的發(fā)光器件的剖面示意圖。圖7E示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在一系列晶片制備工藝 后在碳/金屬復合襯底上形成的芯片陣列的剖面示意圖。
圖7F示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在形成與芯片之間的縫 隙相對的襯底加固層中的劃片凹槽后的圖7E中的芯片陣列的剖面 示意圖。
圖7G示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過機械地鋸開圖7F 中的碳/金屬復合襯底而分開的單獨的芯片的陣列的剖面示意圖。
圖8A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在沉積歐姆接觸層和金 屬鍵合層后用于制備圖3中的發(fā)光器件的外延片的剖面示意圖。
圖8B示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖2中的金屬/碳/金 屬復合襯底的剖面示意圖，其包括兩個碳材料浸潤層、兩個襯底強 度增強層以及金屬鍵合層。
圖8C示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在晶片鍵合后圖8A中 的外延片和圖8B中的金屬/碳/金屬復合襯底的剖面示意圖。
圖8D示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過除去圖8C中的外 延片的原始生長襯底后將銦鎵鋁氮薄膜轉移到金屬/碳/金屬復合襯 底上獲得的發(fā)光器件的剖面示意圖。
圖8E示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在一系列晶片制備工藝 后的在金屬/碳/金屬復合襯底上形成的芯片陣列的剖面示意圖。
圖8F示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在芯片之間的縫隙中、 在襯底加強層的前面和背面形成劃片凹槽后的圖8E中的芯片陣列 的剖面示意圖。
圖8G示出了才艮據本發(fā)明的一個實施方式通過^4成地鋸開圖8F 中的金屬/碳/金屬復合襯底而分開的單獨的芯片的陣列的剖面示意圖。
具體實施例方式
所呈現的下列描述使本領域的任何技術人員能夠制造和使用本 發(fā)明，并且提供在特別的應用和其要求的環(huán)境中。對于本領域的技術人員而言，所公開的實施方式的各種修改將很明顯，并且在此所 定義的普遍原則在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以應用于其它實 施方式和應用。由此，本發(fā)明不限于所示的實施方式，而與權利要 求書所限定的最大范圍保持 一 致。 扭無述
發(fā)光器件。具體地，首先銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構、第一歐姆接 觸電極層以及第一鍵合層，在由溝槽分割的Si襯底上得以制備。然
后銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構從Si襯底轉移到包括至少一個碳基層
和一個金屬鍵合層的碳基襯底。接下來，第二歐姆接觸電極在銦鎵
鋁氮基半導體發(fā)光結構上形成以獲得發(fā)光器件的陣列。最后，碳/金 屬復合襯底被分割以獲得銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。
第一實施方式
圖1示出了碳基村底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明的一個實施方式的第一制備工藝獲得。在一
個實施方式中，發(fā)光器件是發(fā)光二極管(LED)。特別地，圖1中 的發(fā)光器件通過使用金屬鍵合材料將銦鎵鋁氮基多層結構晶片鍵合 到碳基襯底上而形成。
更具體地，圖1的發(fā)光器件包括以下部件碳基層101;位于銦 鎵鋁氮基多層結構和碳基襯底之間的金屬層102; P型氮化鎵(GaN) 層103;銦鎵氮/氮化鎵多量子阱(MQW)有源層104; N型氮化鎵 層105;第二歐姆接觸電極106;以及側壁鈍化材料107。
圖6A-6I示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖1中的發(fā) 光器件的工藝流程。
圖6A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖1中的發(fā)光 器件的外延片。
注意，外延片包括原始Si襯底622。在本發(fā)明的一個實施方式 中，為Si襯底622所選擇的是高電阻率Si。這種高電阻率Si襯底包 含較少的雜質和缺陷，并且因此可以有利于獲得高質量的銦鎵鋁氮基多層結構。在一個實施方式中，Si襯底622的生長表面是Si( 111 )
面，其具有與通常顯示為纖鋅礦型晶體結構的銦鎵鋁氮基層匹配的 原子排列。
凹槽623將Si襯底622分割成隔離的沉積平臺的陣列，凹槽623 用于防止由于銦鎵鋁氮基多層結構和Si襯底622之間的熱膨脹系數 失配所導致的多層結構產生裂紋。在本發(fā)明的一個實施方式中，選 擇凹槽623具有大于3^m的深度，和大于3/,m但小于100/,m的寬度。
該隔離的沉積平臺可以具有不同的形狀，其包括但不限制于 正方形、矩形、菱形以及三角形。在圖6A所示的實施方式中，該沉 積平臺具有正方形圖形。在該實施方式中，每個隔離的沉積平臺的 表面積大于100xl00/zm2。在圖6A中的每個隔離的沉積平臺上，使 用外延生長技術形成銦鎵鋁氮基多層結構621。在一個實施方式中， 通過使用化學氣相沉積(CVD)技術形成銦鎵鋁氮基多層結構621。 特別地，在襯底622上形成氮化鋁(A1N)緩沖層，然后依次沉積N 型氮化鎵層、MQW有源層、P型氮化鎵層以及薄的銦鎵氮覆蓋層。 在一個實施方式中，銦鎵氮覆蓋層厚度大約為2nm。
注意，多層結構621中的緩沖層可以可選地包括氮化鋁/氮化鎵 多層疊層。緩沖層中的氮化鋁材料可以包括那些符合化學計量比的 和那些偏離化學計量比的兩者。多層結構621中的N型雜質通常包 括Si,而P型雜質通常包括^: (Mg) 。 MQW有源層可以摻雜也可 以不摻雜。注意，沉積在P型層上的薄銦鎵氮覆蓋層用于施加拉伸 應力到P型氮化鎵表面，并且由此引起P型表面上的極化電場發(fā)生 變化。該覆蓋層幫助提高P型表面中的空穴濃度，其可以改進P型 層的歐姆接觸質量。該銦鎵氮覆蓋層可以摻雜鎂也可以不摻雜。而 且，注意，該銦鎵氮覆蓋層是可選的，并且可以被視為P型層的一 部分。圖6B示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖6A的外延片的 剖面示意圖。在Si襯底622中形成凹槽623以釋放多層結構621中 的應力后，在一個實施方式中，對外延片進行例如溫度760。C熱退火工藝以激活P型雜質。在另一個實施方式中，代替對外延片進行熱 退火，例如鉑(Pt)層的P型歐姆接觸層，是首先蒸鍍到P型層上 的。接下來，對P型層/Pt層合金進行熱退火。在一個實施方式中，
使用以下退火條件(l)退火溫度550°C; (2)氣體組成N2:02 =4:1;以及(3)退火時間IO分鐘。在這些條件下，P型層中的 Mg雜質可以有效地被激活。另外，Pt層用于吸收在退火工藝期間產 生的對Mg雜質起鈍化作用的氫原子。注意，如果Pt用于P型歐姆 接觸，則Pt層的厚度可以在10埃到10000埃之間。
為了防止最終發(fā)光器件中的N型電極和P型電極之間的電流擁 塞效應，可以使用光刻蝕刻技術在P型層中形成一個沒有歐姆接觸 的小區(qū)i或。該小區(qū)i或可以防止電流擁塞問題并且有助于防止N型電 極阻擋來自MQW結構下面的光發(fā)射。通常，P型歐姆接觸層比制造 在隔離的沉積平臺上的銦鎵鋁氮多層結構621具有更小的尺寸(參 見圖6C中的624)。在本發(fā)明的一個實施方式中，P型歐姆接觸層 由單質Pt組成。但是，P型歐姆接觸層還可以由Pt/金(Au)合金、 Pt/銠(Rh)合金、氧化鎳金、氧化銦錫以及其他合金組成。優(yōu)選地， P型歐姆接觸層可以包括Pt/Au多層疊層、Pt/Rh多層疊層、Pt/Rh/Au 多層疊層或者Pt、 Rh和Au三元合金。
為了提高發(fā)光器件的光抽取效率，P型歐姆接觸層可以制成完全 地透光層或者部分地透光層，并且反光層可以緊鄰該透光層沉積。 透光層可以包括任意上述所列的具有小于200埃的厚度的歐姆接觸 金屬層?？蛇x的透光層可以由氧化鎳金、氧化銦錫或者氧化鎳金/氧 化銦錫的復合物組成。如果歐姆接觸層由氧化復合物之一組成，則 厚度可以大于或者小于200埃。
金屬反光層直接在反光層的下面。在本發(fā)明的一個實施方式中， 通過沉積Ag層而獲得金屬反光層。可選地，金屬反光層還可以是鋁 (Al)層或者在可見光區(qū)域內具有高反射率的合金。
在本發(fā)明的一個實施方式中，擴散阻擋層可以位于歐姆接觸層 和反光層之間以有效地防止金屬反光層損害歐姆接觸層。這種擴散阻擋層具有相當高的可見光透射率，并且可以由具有穩(wěn)定的化學和 物理特性的材料制成。在一個實施方式中，擴散阻擋層由氮化鈦
(TiN)制成。
圖6C示出了根據本發(fā)明的一個實施方式沉積歐姆接觸層624和 金屬鍵合層625后的圖6B中的外延片的剖面示意圖。為了減小由歐 姆接觸層的光吸收，歐姆接觸層624可以制備為金屬點陣列而不是 連續(xù)層。這種歐姆接觸層只占據P型表面的一小部分，而P型表面 的其他區(qū)域可以是反光層或者直接與P型氮化鎵層相接觸的擴散阻 擋層?？蛇x地，歐姆接觸層624可以是連續(xù)層。
在一個實施方式中，歐姆接觸層624可以根據下文獲得(1) 在緊鄰P型層的區(qū)域中以金屬點陣列的形式形成歐姆接觸層；(2 ) 直接在該歐姆接觸點陣列下面形成擴散阻擋層，使得擴散阻擋層也 采用點陣列的形式；以及(3)使得P型層的其他區(qū)域內的P型層和 金屬反光層之間直接接觸。
在本發(fā)明的一個實施方式中，P型歐姆接觸層624包括歐姆接觸 層、擴散阻擋層以及反光層。可選地，P型歐姆接觸層624可以僅包 括歐姆接觸層。在另一個實施方式中，P型歐姆接觸層624包括歐姆 接觸層和反光層兩者，而不包括擴散阻擋層。在本發(fā)明的一個實施 方式中，圖6C中金屬鍵合層625由具有大于1000埃的厚度的單質 金屬制成?？蛇x地，金屬鍵合層625還可以是包含Au的合金，例如 Au/In合金、Au/錫(Sn)合金、Au/鎵(Ga)合金以及Au/銻(Sb ) 合金。而且，金屬4建合層625可以是包含Au的Au、 Sn、 Ga和Sb 的三元合金或者四元合金或者包含Au的四元以上的合金。金屬鍵合 層625還可以由包含一個或者多個元素Au、 Pt、 Pb、 Rh的和一個或 者多個具有低熔點的元素Sn、 Ga、 Zn的二元合金或者二元以上合金 制成。而且，金屬鍵合層625可以由包含具有上文未列出的另外的 金屬或者復合物的上述元素之一的任意的合金、復合物或者混合物 制成。
圖6D示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的圖1中的碳基村底的剖面示意圖，其包括沉積在碳基層上的碳材料浸潤層和金屬鍵合層。
碳基襯底包括碳基層601。在本發(fā)明的一個實施方式中，碳基層 601由石墨制成，其具有比Si高的熱傳導率。碳基層的傳熱特性可 以是各向同性的也可以是各向異性的。碳基層601可以由通過使用
基層601可以由天然石墨、柔性石墨、石墨纖維或者壓制的/編織的 碳纖維制成。而且，碳基層601可以是金屬滲入的石墨，例如滲Ag 石墨、滲Cu石墨或者滲其它金屬或合金的石墨。碳基層601可以是 多種碳基材料的壓制的層，或者是通過將金屬或者其它材料與石墨 進行壓制而形成的碳基復合物。
在本發(fā)明的一個實施方式中，碳基層601具有大于0.5W/cm-K 的導熱率、小于lQ/cm的電阻率以及小于16.5xlO力K的室溫熱膨月長 系凄i (即Cu的熱膨月長系凄t)。
碳基襯底還包括位于碳基層601上的浸潤層626，其中浸潤層 626由可很好地浸潤到碳基層601的材料制成。在本發(fā)明的一個實施 方式中，浸潤層626由一個或者多個Pt、 Pb、 Cr、 Ti和Ni中的元素 或者上述元素的合金制成?？蛇x地，浸潤層626可以由,友化義圭、不 銹鋼或者用于石墨焊接目的的常見的焊接合金制成。
浸潤層626可以由能^^抗Si蝕刻劑的材^l"制成。在一個實施方 式中，浸潤層626還可以由可被Si蝕刻劑所蝕刻的材料制成。在一 個實施方式中，浸潤層626具有大于IO埃的厚度并且使用但不限制 于以下制備技術進行沉積，制備技術包括射頻(RF)賊射沉積； 直流(DC)濺射沉積；熱蒸發(fā)；電子束蒸發(fā)；CVD;浸漬；電鍍以 及離子鍍。
碳基襯底還可以包括鍵合金屬層627,其沉積在浸潤層626的頂 部。針對鍵合金屬層627的選擇基本上與針對沉積在圖6C中的外延 片上的金屬鍵合層625 —致以促進有效鍵合。
注意，浸潤層626可以在其沉積在碳基襯底上后立即合金化。 可選地，浸潤層626可以在沉積鍵合金屬層627后合金化。在浸潤層已經合金化后，可以繼續(xù)沉積鍵合層。在本發(fā)明的一個實施方式
中，鍵合金屬層627的厚度大于1000埃。如果碳基層601具有各向 異性的熱傳導率，則與較高熱傳導率相關的方向可以平行或者垂直 于碳基層601的法線方向。在一個實施方式中，與熱傳導率相關的 方向可以與法線方向成特定的空間角度。在另一個實施方式中，與
潤層626和鍵合金屬層627后，碳基襯底與包括歐姆接觸層624和 金屬鍵合層625的外延片鍵合在一起，如圖6E所示。圖6E示出了 根據本發(fā)明的一個實施方式的晶片鍵合后的圖6C中的外延片和圖 6D中的碳基襯底的剖面示意圖。為了允許兩個襯底穩(wěn)固地焊接在一 起，圖6E中的組合的襯底遭受一段特定時間的加熱和加壓。作為結 果，合并碳基襯底中的鍵合金屬層627和外延片中的金屬鍵合層625 以形成圖1中的金屬層102,其夾在金屬緩沖層102和碳基襯底101 之間。本發(fā)明的一個實施方式使用以下焊接條件溫度320°C;壓 力在兩英寸的晶片上800公斤；保持時間1000秒。在具有小于 30 Tor的真空條件下完成焊接。
完成后，溫度降低而仍保持壓力。然后當溫度達到環(huán)境溫度時， 撤除壓力。但是，焊接還可以在大于或者小于320。C的溫度；在兩英 寸的晶片上大于或者小于800公斤的壓力；以及長于或者短于1000 秒的保持時間的條件下完成均是受本發(fā)明保護的。而且焊接還可以 在以下條件下完成高真空條件、低真空條件或者大氣壓下。氣體 環(huán)境可以是氮氣環(huán)境、氧氣環(huán)境、氮氣/氧氣的混合環(huán)境或者惰性氣 體環(huán)境。注意，焊接條件不限于上述所列的那些?？梢源龠M碳基襯 底中的金屬層627和外延片中的金屬鍵合層625焊接在一起同時沒 有明顯改變P型歐姆接觸層和銦鎵鋁氮層的特性的任何條件都可以 用于本發(fā)明。在碳基襯底和外延片已經牢固地焊接在一起后，該組 合的結構浸入Si蝕刻劑中。該Si蝕刻劑蝕刻并且去除外延片的原始 生長Si襯底622，并且由此實現了將銦鎵鋁氮多層結構從外延襯底 轉移到碳基襯底，如圖6F所示。因此，圖6F示出了通過去除圖6E中的外延片的原始生長襯底后將銦鎵鋁氮薄膜轉移到碳基襯底上后 所獲得的的發(fā)光器件的剖面示意圖。注意，Si蝕刻劑可以是任何用
于蝕刻Si的蝕刻劑，包括硝酸、氫氟酸以及醋酸的混合液。去除原 始的生長襯底622后，進行一系列晶片制備工藝以獲得圖6G中所示 的芯片陣列。因此，圖6G示出了一系列晶片制備工藝后在碳基襯底 上形成的芯片陣列的剖面示意圖。 一 系列晶片制備工藝包括
(1 )去除已經沉積在生長襯底622的凹槽623中的銦鎵鋁氮
基材料和金屬。去除技術可以包括超聲波清洗、壓縮空氣吹掃
或者一幾械刷洗。
(2)去除N型層105內的區(qū)域中的特定厚度的N型層105 (見圖1)，其中N型層電極金屬待沉積在該區(qū)域。凹坑結構 有效地刻蝕進N型層105中，其中凹坑深度不大于N型層105 的厚度?？梢允褂没钚噪x子刻蝕技術或者濕刻蝕技術制備該凹 坑。如果使用RIE技術，則活性氣體可以包括基于氯的氣體或 者任何其它適用于刻蝕氮化鎵的氣體。如果使用濕刻蝕技術， 則蝕刻劑可以包括磷酸、氫氧化鈉或者氫氧化鉀。濕刻蝕工藝 可以輔助紫外光照射。注意，未被刻蝕的N型層105的區(qū)域可 以用掩膜材料保護，其包括光刻膠、金屬或者光刻膠和金屬的 組合。
(3 )在N型層105的刻蝕的凹坑中形成N型層歐姆接觸電 極106并且還去除由于生長襯底622中的凹槽623的存在而形 成的邊界效應所影響的銦鎵鋁氮基多層結構621的低質量邊界
濕刻蝕技術或者這兩種4i術的結合。注意，N型層歐姆接觸電 極106可以由Au/鍺(Ge ) /Ni合金、Au/Si合金、氮化鈥、Ti/ 鋁(Al)合金或者Au/Ge/Ni、 Au/Si、氮化鈦和Ti/Al合金中的 兩種或者兩種以上的組合制成。在本發(fā)明的一個實施方式中， 覆蓋層沉積在歐姆接觸電極106的頂部以便將《1線焊接到歐姆 接觸電極106上。該覆蓋層可以包括Ti/Au雙層金屬或者Ni/Au雙層金屬。
(4)去除圖6G中的芯片陣列中的芯片之間的多余金屬。其 允許為芯片的機械劃片在芯片之間露出空間，露出碳基層并且
制備芯片側壁上的鈍化層107/607。注意，如果石墨浸潤層的 厚度小于2^m,則芯片陣列的縫隙之間的石墨浸潤層可以被保 留。側壁鈍化材料107/607可以是無機絕緣材料，例如二氧化 硅、三氧化二鋁或者氮化硅。鈍化材料107/607還可以是諸如 PI的有機絕緣材料，以及任何其他在電子器件中使用的常見鈍 化材料。
圖6H示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在芯片之間的碳基襯 底中形成劃片凹槽后的圖6G中的芯片陣列的剖面示意圖。在本發(fā)明 的一個實施方式中，如果碳基層厚度小于1000//m,則通過使用機械 劃片機沿芯片之間的縫隙直接鋸開而將晶片分割成單獨的芯片。
在另一方面，如果碳基層厚度大于100(Vm，在一個實施方式中， 足夠深的劃片凹槽623首先被創(chuàng)建在襯底601中。接下來，在碳基 襯底601的背面通過例如晶片研磨進行晶片減薄工藝。該晶片減薄 工藝繼續(xù)直到研磨平面達到劃片凹槽632，此時芯片自然地分開。無 論采用哪種芯片分割技術，本發(fā)明的碳基襯底601的厚度都在 到2000/zm之間。特別地，如果碳基村底601由抗折強度較低的材 料制成，則優(yōu)選相對厚的碳基襯底601 (例如，使用厚度1000一m)。 在芯片已經從生長襯底622轉移到碳基襯底601并且已經制備了芯 片陣列后，切割出劃片凹槽632。然后芯片減薄到與劃片凹槽623 相遇，由此實現芯片的分割。當使用上述晶片劃片技術時，可以使 得劃片凹槽623的深度等于最終所需的芯片厚度?？蛇x地，可以通 過減薄碳基襯底劃片晶片以達到所需的襯底厚度，并且隨后通過晶 片切割來分開芯片。
圖61示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在將圖6H中的碳基襯第二實施方式
圖2示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明的一個實施方式的第二制備工藝而獲得。在
一個實施方式中，發(fā)光器件是LED。具體地，圖2中的發(fā)光器件通 過使用晶片鍵合技術將銦鎵鋁氮基多層結構晶片鍵合到碳/金屬復合 襯底上而形成。
更具體地，圖2的結構包括以下部件碳基層201;位于銦鎵鋁 氮基多層結構和碳基襯底之間的金屬層202; P型氮化鎵層203;銦 鎵氮/氮化鎵MQW有源層204;以及N型氮化鎵層205。圖2的結 構還包括第二歐姆接觸電極206、側壁鈍化材料207以及用于加強碳 基層201的金屬層208。
圖7A-7G示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖2中的 發(fā)光器件的逐步的工藝。注意，用于制造碳基層201的某些碳材料 可能具有非常高的熱傳導率但是具有相對低的強度。因此，碳/金屬 復合襯底結構可以通過在碳基襯底的背面沉積足夠厚的金屬層來提 高碳基村底的強度。
圖7A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖2中的發(fā)光 器件的外延片。用于制備圖2的器件的外延片具有與使用在第一實 施方式中的外延片基本上相同的特征。
圖7A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在沉積歐姆接觸層724 和金屬鍵合層725后用于制備圖2中的發(fā)光器件的外延片的剖面示 意圖。注意，圖7A中所示的外延片具有與在第一實施方式中沉積歐 姆接觸層624和金屬鍵合層625后的外延片基本上相同的特征。
圖7B示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在形成石墨浸潤層、金 屬加強層以及金屬鍵合層后的碳/金屬復合襯底的剖面示意圖。
碳/金屬復合襯底包括碳基層701,其具有與第一實施方式中對 應的碳基層基本上相同的特征。碳材料浸潤層730沉積在碳基層701 的下面，其中浸潤層730具有與第一實施方式中對應的浸潤層基本
23上相同的特征。
在圖7B中，金屬加強層731直接沉積在浸潤層730的下面，其 中金屬加強層731對碳基襯底提供額外的強度。金屬加強層731可 以包括多層金屬結構或者單個金屬結構。另外，金屬加強層731可 以由單質金屬或者合金制成。在一個實施方式中，金屬層731的厚 度大于lpm。
在本發(fā)明的一個實施方式中，金屬層731由Ag制成?？蛇x地， 金屬加強層731可以由Cu、 Cu/鴒(W)合金、Cu/鉬(Mo)合金或 者其他任何具有比Si基合金的熱傳導率高的合金制成。如果金屬加 強層731主要包括Cu或者Cu合金，則重要的是通過導電層保護金 屬加強層731,并且該保護層能抵抗Si蝕刻劑。
碳/金屬復合襯底還包括浸潤層726和鍵合層728。注意，浸潤 層726和鍵合層728具有與第一實施方式中對應的浸潤層和對應的 鍵合層基本上相同的特征。
圖7C示出了根據本發(fā)明的一個實施方式在晶片鍵合后的圖7A 中的外延片和圖7B中的碳/金屬復合襯底的剖面示意圖。
為了允許碳/金屬復合襯底的鍵合層728和外延片的鍵合層725 牢固地焊接在一起，圖7C中的復合襯底遭受一段特定時間的加熱加 壓。注意，鍵合條件和環(huán)境與第一實施方式中對應的條件和環(huán)境基 本上相同。
在碳基襯底和外延片已經牢固地焊接在一起后，該組合結構被
722,并且實現將銦鎵鋁氮基多層結構721從外延襯底轉移到碳/金屬 復合襯底，如圖7D所示。
因此，圖7D示出了通過去除圖7C中的外延襯底將銦鎵鋁氮薄 膜轉移到碳/金屬復合襯底上的發(fā)光器件的剖面示意圖。
在去除原始生長襯底722后，進行一系列晶片制備工藝以獲得 圖7E中所示的芯片陣列。這些晶片制備工藝與第一實施方式中對應 的用于獲得芯片陣列的晶片制備工藝基本上相同。因此，圖7E示出了在一系列晶片制備工藝后在碳/金屬復合襯 底上形成的芯片陣列的剖面示意圖。
圖7F示出了根據本發(fā)明的一個實施方式劃片圖7E的晶片的工
藝
該工藝開始于使用相結合的光刻圖案和化學蝕刻技術在碳/金屬
復合襯底的背面創(chuàng)建劃片凹槽733，劃片凹槽還創(chuàng)建在碳/金屬復合 襯底的正面。注意，正面劃片凹槽使用與第一實施方式中創(chuàng)建劃片 凹槽632基本上相同的方法而荻得。最后，使用晶片劃片機沿這些 劃片凹槽分割晶片，因此獲得分單元的發(fā)光器件。
圖7G示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過劃片圖7F中的碳/ 金屬復合襯底而獲得的單獨芯片的陣列的剖面示意圖。
在本發(fā)明的一個實施方式中，在晶片制備工藝完成后，金屬加 強層731可以被從碳基層701去除。在該實施方式中，金屬加強層 731作為在晶片制備工藝期間提供襯底支持的暫時結構。
第三實施方式
圖3示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明的 一個實施方式的第三制備工藝而獲得。在 一個實施方式中，發(fā)光器件是LED。具體地，圖3中的發(fā)光器件通 過使用金屬鍵合技術將銦鎵鋁氮基多層結構晶片鍵合到金屬/碳/金 屬復合襯底上而形成。
更具體地，圖3中的結構包括以下部件碳基層301;沉積在銦 鎵鋁氮基多層結構和碳基襯底之間的金屬層302; P型氮化鎵層303; 銦鎵氮/氮化鎵MQW有源層304;以及N型氮化鎵層305。圖3的 結構還包括第二歐姆接觸電極306、側壁鈍化材料307和用于加強碳 基層301的金屬層308和309。圖8A-8G示出了根據本發(fā)明的一個 實施方式用于制備圖3中的發(fā)光器件的逐步的工藝。注意，用于制 造碳基層301的某些材料可能具有非常高的熱傳導率但具有相對低 的強度。因此，金屬/碳/金屬復合襯底結構可以通過在碳基襯底的兩面沉積足夠厚的金屬層來提高碳基襯底的強度。另一方面，盡管金 屬具有高熱傳導率，但是金屬襯底通常很難劃片。結果，本發(fā)明的 一個實施方式可以既獲得高熱傳導率器件又易于分割芯片陣列。圖 8A示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于制備圖3中的發(fā)光器件的 外延片。用于制備圖3的器件的外延片具有與第一和第二實施方式
中使用的外延片基本上相同的特征。圖8A示出了根據本發(fā)明的一個 實施方式在沉積歐姆接觸層824和金屬4建合層825后用于制備圖3 中的發(fā)光器件的外延片的剖面示意圖。注意，圖8A中所示的外延片 具有與在第 一 和第二實施方式中在沉積了對應的歐姆接觸層和金屬 鍵合層后的外延片基本上相同的特征。圖8B示出了根據本發(fā)明的一 個實施方式在形成石墨浸潤層837和841、金屬加強層835和838 以及金屬鍵合層834后的金屬/碳/金屬復合襯底剖面示意圖
金屬/碳/金屬復合襯底包括碳基層836,其具有與第一和第二實
施方式中對應的碳基層基本上相同的特征。碳基浸潤層837和841 具有與第一和第二實施方式中對應的浸潤層基本上相同的特征。在
圖8B中，金屬加強層835和838分別直接沉積在浸潤層837和841 的上面和下面，其中這些金屬層對碳基層836提供額外強度。每個 金屬層835和838可以包括多層金屬結構或者單個金屬結構。另外， 它們可以由單質金屬或者合金制成。在一個實施方式中，每個金屬 層大于1 ;/m。在本發(fā)明的一個實施方式中，金屬層835和838由Ag 制成。在另一個實施方式中，這些金屬層由Cu、 Cu/W合金、Cu/Mo 合金或者任何其它具有比Si的熱傳導率高的合金制成。重要的是通 過導電層保護金屬層835和838，并且該保護層抵抗Si蝕刻劑。該 保護層還可以是絕緣體。如果該保護層是絕緣體，則需要在隨后的 Si蝕刻工藝后去除該保護層。金屬/碳/金屬復合襯底還包括金屬鍵合 層834。注意，金屬鍵合層834具有與第一和第二實施方式中的對應 的金屬鍵合層基本上相同的特征。圖8C示出了根據本發(fā)明的一個實 施方式在晶片鍵合后的圖8A中的外延片和圖8B中的金屬/碳/金屬 復合襯底的剖面示意圖。為了允許金屬/碳/金屬復合襯底的鍵合層834和外延片的鍵合層825牢固地焊接在一起，圖8C中的復合襯底 遭受一段特定時間的加熱加壓。注意，鍵合條件和環(huán)境與第一和第 二實施方式中對應的條件和環(huán)境基本上相同。在碳基襯底和外延片 已經牢固地焊接在一起后，將該組合結構放入Si蝕刻劑。Si蝕刻劑 蝕刻并且去除外延片上的原始生長襯底822,并且實現將銦鎵鋁氮多 層結構從外延片轉移到金屬/碳/金屬復合襯底，如圖8D所示。因此， 圖8D示出了通過去除圖8C中的外延襯底后將銦鎵鋁氮薄膜轉移到 金屬/碳/金屬復合襯底上制備的發(fā)光器件的剖面示意圖。在去除原始 生長襯底822后，進行一系列晶片制備工藝以獲得圖8E中所示的芯 片陣列。這些晶片制備工藝與第一和第二實施方式中對應的用于獲 得芯片陣列的晶片制備工藝基本上相同。因此，圖8E示出了在一系 列晶片制備工藝后在金屬/碳/金屬復合襯底上形成的芯片陣列的剖 面示意圖。圖8F示出了根據本發(fā)明的一個實施方式分割芯片的工藝。 如圖8F所示，該工藝開始于使用相結合的光刻圖案和化學蝕刻 技術在金屬/碳/金屬復合襯底的正面和背面上創(chuàng)建劃片凹槽839和 840。接下來，使用晶片劃片機沿這些劃片凹槽分割晶片，由此獲得 分立的發(fā)光器件。圖8G示出了根據本發(fā)明的一個實施方式通過劃片 圖8F中的金屬/碳/金屬復合襯底而獲得的單獨芯片的陣列的剖面示 意圖。在本發(fā)明的一個實施方式中，在完成了晶片制備工藝后，金 屬加強層838可以從碳基層301去除。在該實施方式中，金屬加強 層838作為在晶片制備工藝期間提供村底加強的暫時結構。
第四實施方式
圖4示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明的 一個實施方式的第四制備工藝而獲得。在 一個實施方式中，發(fā)光器件是LED。具體地，圖4中的發(fā)光器件通 過使用金屬鍵合技術將銦鎵鋁氮基多層結構晶片鍵合到多層碳/金屬 復合襯底上而形成。更具體地，圖4中的晶片結構包括以下部件 提供在銦鎵鋁氮基多層結構和碳基結構之間的金屬層402、 P型氮化鎵層403、銦鎵氮/氮化鎵MQW有源層404以及N型氮化鎵層405。 圖4的結構還包括第二歐姆接觸電極406、側壁鈍化材料407、多個 碳基層410、 412和414以及多個對碳基層提供加強的金屬層409、 411、 413和415。注意，用于制備圖4的器件的外延片具有與第一、 第二和第三實施方式中所使用的外延片基本上相同的特征。而且， 圖4中的歐姆接觸層和金屬鍵合層具有與第一、第二和第三實施方 式中的對應的歐姆接觸層和對應的金屬鍵合層基本上相同的特征。
在本發(fā)明的一個實施方式中，圖4中的晶片結構如下文所述那 樣獲得。首先，得到多個碳基層，并且碳浸潤層沉積在每個碳基層 的兩面。金屬鍵合層然后被沉積在每個碳基層的兩面上的浸潤層上。 接下來，包括雙面金屬層的多個碳基層和包括歐姆接觸層與金屬鍵 合層的外延片層疊在一起并焊接在一起。最后，使用與第一、第二 和第三實施方式中所使用的基本上相同的晶片制備工藝制備芯片陣 列。
注意，本發(fā)明的該實施方式允許使用石墨布、碳纖維布以及其 它層壓的高熱傳導率碳基材料以制備高熱傳導率發(fā)光器件。特別地， 該實施方式的碳基襯底通過層壓并且鍵合多個碳基材料的薄層在一 起而形成。薄層的個數可以是三個或者大于三個。出于機械晶片劃 片的目的，在該實施方式中的金屬層411和413的厚度不大于10^m。 另一方面，金屬層409和415可以比lO,m較厚或者較薄。
如果金屬層409和415相對厚，則可以應用與第三實施方式中 所使用的基本上類似的晶片劃片工藝。具體地，可以使用相結合的 光刻圖案和化學蝕刻技術在晶片中蝕刻劃片凹槽，其后通過晶片切 割工藝沿這些劃片凹槽分割芯片。注意，本實施方式的多層碳/金屬 復合襯底可以通過同時鍵合具有鍵合層的外延片和多個單碳層到碳 基襯底而獲得。可選地，多層碳/金屬復合襯底可以先于晶片鍵合外 延片到碳基襯底而獲得。
第五實施方式圖5示出了碳基襯底上的銦鎵鋁氮基發(fā)光器件的剖面示意圖， 其通過使用根據本發(fā)明的一個實施方式的第五制備工藝而獲得。在
一個實施方式中，發(fā)光器件是LED。具體地，圖5中的發(fā)光器件通
過使用金屬鍵合技術將銦鎵鋁氮基多層結構晶片鍵合到金屬/碳/金
屬/碳/金屬復合襯底上而形成。更具體地，圖5中的晶片結構包括以 下部件沉積在銦鎵鋁氮基多層結構和碳基襯底之間的金屬層502; P型氮化鎵層503;銦鎵氮/氮化鎵MQW有源層504;以及N型氮化 鎵層505。圖5的結構還包括第二歐姆接觸電極506、側壁鈍化材料 507、碳基層517和519以及多個對碳基層提供加強的金屬層516、 518和520。特別地，金屬層518是具有厚度小于20pm的薄層。注 意，用于制備圖5的器件的外延片具有與第一、第二、第三和第四 實施方式中所使用的外延片基本上相同的特征。而且，圖5中的歐 姆接觸層和金屬鍵合層具有與第一、第二、第三和第四實施方式中 對應的歐姆接觸層和對應的金屬鍵合層基本上相同的特征。 在本 發(fā)明的一個實施方式中，圖5中的晶片結構如下所述而獲得。首先， 得到兩個碳基層，并且碳基浸潤層沉積在每個碳基層的兩面。金屬 鍵合層然后被沉積在每個碳基層的兩面上的浸潤層上。接下來，包 括雙面金屬層的兩個碳基層和包括歐姆接觸層與金屬鍵合層的外延 片層疊在一起并焊接在一起。使用與第一、第二、第三和第四實施 方式中所使用的基本上相同的晶片鍵合工藝制備芯片陣列。最后， 使用與第一、第二、第三和第四實施方式中所使用的基本上相同的 晶片劃片技術分割芯片陣列。注意，如果圖5中的碳基層517和519 由天然石墨、熱解石墨或者其他具有各向異性熱導特征的碳基材料 制成，則層517和519的原子晶格平面可以垂直于銦鎵鋁氮基多層 結構的平面。而且，碳基層517和519可以布置為使它們的原子晶 格平面彼此之間保持一個特定的角度。在一個優(yōu)選的實施方式中， 這個角度為90°。注意，本實施方式的金屬/碳/金屬/碳/金屬復合襯 底可以通過在將鍵合外延片鍵合到碳基村底的同時鍵合兩個單碳層 而獲得?？蛇x地，金屬/碳/金屬/碳/金屬復合襯底可以先于晶片鍵合外延片到碳基襯底而獲得。如果金屬層516和518中的一個或者 兩者相對厚，則可以應用與第三實施方式中所使用的基本上類似的 晶片劃片工藝。具體地，使用相結合的光刻圖案和化學蝕刻技術在 晶片中蝕刻劃片凹槽，其后通過晶片切割工藝沿這些劃片凹槽分割
芯片。金屬層518可以是厚度小于10//m的薄層，或者是厚度大于 10一m的厚層。如果金屬層518比10//m厚，則劃片凹槽可以首先創(chuàng) 建在金屬層518的兩面上的碳基層中。接下來，使用化學蝕刻工藝 將芯片陣列之間的縫隙中的金屬層518的部分蝕刻掉，其使得芯片 陣列一皮分割。
前文的對本發(fā)明的實施方式的描述僅出于說明和描述的目的。 它們不試圖對本發(fā)明所公開的形式進行窮舉或者限制。因此，許多 修改和變形對于本領域的技術人員而言顯而易見。另外，上述公開 不試圖限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由所附權利要求書所限定。
權利要求
1.一種銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其包括銦鎵鋁氮基半導體多層結構；以及碳基襯底，其支持所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構，其中所述碳基襯底包括第一碳基層。
2. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 其中所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構最初制備在硅(Si)生長襯底上并且隨后轉移到所述碳基襯底上；其中所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構通過焊接工藝鍵合到所述 碳基襯底；以及其中使用濕蝕刻工藝去除所述Si生長襯底。
3. 根據權利要求2所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，還包括 一個或者多個在所述Si生成襯底和所述碳基襯底兩者上的鍵合金屬 層，其中每個鍵合金屬層包括以下材料中的一個或者多個金(Au) /銦(In)合金； Au/錫(Sn)合金； Au/鎵(Ga)合金； Au/銻(Sb)合金；包含Au的Au、 Sn、 Ga以及Sb的三元或者四元合金； 包含Au的四元以上合金；包含Au、柏(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)中的一個或者多個元 素以及具有低熔點的Sn、 Ga、 Zn中的一個或者多個元素的二元或者 二元以上合金；或者包含上述的一個或者多個的任何合金、復合物或者混合物。
4. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所 述第 一 碳基層包括以下材料中的 一 種或者多種天然石墨； 壓制石墨；熱解石墨；金屬滲透石墨；碳纖維基的壓制或者編織材料； 碳納米管基層壓材料；或者包含上述材料中的兩種或者更多種的復合物或者混合物材料。
5. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所 述碳基襯底可以包括在所述第一碳基層的每面上的一個或者多個金屬層；或者 面對所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的所述第 一碳基層的正面 上的一個或者多個金屬層。
6. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所 述銦^^家鋁氮基半導體多層結構包括多個InxGayAl^-yN ( 0$xSl 、 0^1 )層。
7. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，還包括 位于所述第一碳基層和所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構之間的金屬層；以及在所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的上表面上制備的歐姆接觸 電極，其中所述金屬層和所述歐姆接觸電極形成用于所述銦鎵鋁氮基 半導體發(fā)光器件的上下電極。
8. 根據權利要求7所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所 述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的上表面上的所述歐姆接觸電極可以 包括下面中的一個或者多個包含Au、鍺(Ge)以及鎳(Ni)的三元合金； Au/Si合金；包含Au、 Si以及Ni的三元合金； 氮化鈥(TiN)沉積層； 包含氮化鈦的沉積層； Ti/鋁(Al)合金；以及上述材料的多層結構或者混合物。
9. 根據權利要求7所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所 述第一碳基層和所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構之間的所述金屬層 包含一個或者多個化學穩(wěn)定的金屬元素，所述化學穩(wěn)定的金屬元素包含單質形式或者合金形式的以下元素中的至少 一個 Au; Pt;Pd;以及 Rh。
10. 根據權利要求7所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 其中位于所述第一碳基層和所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構之間的所述金屬層具有多層金屬結構；其中所述多層金屬結構中的兩個相鄰層之間的界面具有粘合機 制；以及其中所述多層金屬結構可以包含以下物質中的一個或者多個單質層； 合金層；以及 非金屬層。
11. 根據權利要求IO所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述多層金屬結構中的至少 一層是對Si蝕刻劑耐蝕刻的。
12. 根據權利要求IO所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 由對所述Si蝕刻劑耐蝕刻的所述多層金屬結構中的一個或者多個層 以及所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構包圍對Si蝕刻劑非耐蝕刻的所 述多層金屬結構中的一層。
13. 根據權利要求IO所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 對Si蝕刻劑非耐蝕刻的所述多層金屬結構中的 一層的表面可以與相 鄰層反應，或者在器件制備工藝中發(fā)生合金化，由此使得所述層變 得對所述Si蝕刻劑耐蝕刻。
14. 根據權利要求IO所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所述多層金屬結構包括用于所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的第一歐姆接觸層；以及其中所述第一歐姆接觸層可以具有單層結構或者多層結構。
15. 根據權利要求]4所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述第一歐姆接觸層可以是單質金屬層；包括兩種或者兩種以上元素的合金層；部分合金層；非金屬層；或者包括多個區(qū)域的層，其中每個區(qū)域可以包括不同的材料，所述 材料包含單質金屬、合金、部分合金、非金屬材料或者上述材料的 組合。
16. 根據權利要求14所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述第 一 歐姆接觸層可以是連續(xù)層或者是具有金屬點之間的縫隙的 金屬點陣列。
17. 根據權利要求14所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述第一歐姆接觸層可以是完全地或部分地反光層，或者是完全地 或部分地透光層。
18. 根據權利要求14所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 其中所述第一歐姆接觸層可以包括單質金屬、或者包含所述單質金屬的合金或者以上兩者；以及 其中所述單質金屬可以包括 Pt; Pd;Rh;或者 Ni。
19. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述第一碳基層具有大于0.5W/cnvK的熱傳導率、小于lQ/cm的電 阻率以及小于16.5 x lo—6/K的室溫熱膨脹系數。
20. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中所述碳基襯底的背面可以是 碳基層；或者金屬層，其可以是單質金屬層或者包含兩種或者兩種以上金屬 單質的合金層。
21. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 其中所述碳基襯底可以包括一個或者多個碳基層；其中每個碳基層的相鄰層是對所述碳基層的浸潤層；以及其中所述浸潤層可以包括以下材料中的 一 個或者多個單質金屬，其可以包括Pt、 Ti、 Pd以及鉻(Cr);合金層；導電非金屬層；部分金屬層；以及其它復合物層，其包括碳化硅(SiC)。
22. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 可以利用鈍化材料鈍化所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的側壁。
23. 根據權利要求22所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述鈍化材料包括有機絕緣材料、或者無機絕緣材料或者兩者。
24. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件， 其中所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構在Si襯底上形成；其中所述Si襯底被溝槽分割成獨立的沉積平臺的陣列，其中隔 離的沉積平臺的表面積大于lOOxlOO^m2;以及其中由所述溝槽分離所述隔離的沉積平臺上的銦鎵鋁氮基半導 體多層結構。
25. 根據權利要求1所述的銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其中 所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構從所述碳基襯底開始包括P型層、 有源層以及N型層。
26. —種用于制備銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件的方法，該方法 包括得到由溝槽分割的Si襯底，其中襯底表面被溝槽分割成獨立的 平坦區(qū)域陣列；在所述由溝槽分割的Si襯底上制備銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結 構、第一歐姆接觸電極層以及第一鍵合層；從所述Si襯底轉移所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構到碳基襯 底，所述碳基襯底包括至少一個碳基層和第二鍵合層；在所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構上形成第二歐姆接觸電極以 獲得發(fā)光器件的陣列；以及劃片分割所述碳基襯底，以獲得所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件。
27. 根據權利要求26所述的方法，其中在所述由溝槽分割的Si 襯底上制備所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結構、所述第 一歐姆接觸電 極層以及所述第一鍵合層包括在所述由溝槽分割的Si襯底上形成InxGayAli+yN ( O^x^l 、 0￡y^l)(銦鎵鋁氮基)半導體多層結構；在所述銦鎵鋁氮基半導體多層結構的頂部上形成所述第一歐姆 接觸電極層；以及在所述第一歐姆接觸電極層上形成所述金屬鍵合層。
28. 根據權利要求26所述的方法，還包括通過以下步驟在所述 碳基襯底上形成所述第二鍵合層在所述碳基襯底中的所述碳基層上沉積浸潤層；以及 在所述浸潤層上沉積金屬鍵合層。
29. 根據權利要求26所述的方法，其中轉移所述銦鎵鋁氮基半 導體發(fā)光結構包括得到具有所述第二鍵合層的所述碳基襯底； 通過所述第一和第二鍵合層鍵合所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光結 構和所述碳基襯底；以及使用Si蝕刻劑去除所述由溝槽分割的Si襯底。
30. 根據權利要求29所述的方法，其中鍵合所述由溝槽分割的Si襯底和所述碳基襯底包括使用預定的壓力和溫度。
31. 根據權利要求26所述的方法，其中背對著與所述金屬鍵合 層相鄰的面的所述碳基襯底的面可以具有金屬層。
32. 根據權利要求31所述的方法，其中所述金屬層在晶片制備工藝期間對所述碳基村底提供支 持；以及其中所述金屬層可以在所述晶片制備工藝后被去除以減小所述 晶片的厚度。
33. 根據權利要求26所述的方法，其中劃片所述碳基襯底以獲 得所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件包括機械劃片或裂片。
34. 根據權利要求33所述的方法，其中劃片所述碳基襯底以獲 得所述銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件包括蝕刻去除發(fā)光器件的所述陣列之間的區(qū)域中的所述碳基襯底的 正面上的所述金屬層；以及蝕刻去除面對發(fā)光器件的所述陣列之間的所述縫隙的區(qū)域中的 所述碳基襯底的背面上的金屬層。
35. 根據權利要求34所述的方法，還包括蝕刻去除所述碳基襯 底的所述背面上的整個金屬層。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施方式提供一種銦鎵鋁氮基半導體發(fā)光器件，其包括銦鎵鋁氮基半導體多層結構和支持銦鎵鋁氮基半導體多層結構的碳基襯底，其中該碳基襯底包括至少一個碳基層。該碳基襯底具有高熱傳導率和低電阻率。
文檔編號H01L21/782GK101295758SQ200710107760
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權日2007年4月29日
發(fā)明者劉軍林, 劉衛(wèi)華, 江風益, 湯英文, 熊傳兵, 立 王, 王古平, 鄭暢達 申請人:晶能光電(江西)有限公司