CN101295758A - 含有碳基衬底的铟镓铝氮发光器件以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施方式提供一种铟镓铝氮基半导体发光器件，其包括铟镓铝氮基半导体多层结构和支持铟镓铝氮基半导体多层结构的碳基衬底，其中该碳基衬底包括至少一个碳基层。该碳基衬底具有高热传导率和低电阻率。

Description

含有碳基衬底的铟镓铝氮发光器件以及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体发光器件的制造。更具体地，本发明涉及用于制备碳基衬底上的铟镓铝氮基半导体发光器件。

背景技术

固体发光器件可能引起领照明技术的革命。高亮度发光二极管(HB-LED)出现了越来越多的应用，从用于显示器的光源到替换传统照明的灯泡。同时，连续波固体激光器在很多关键的技术领域得到广泛的应用，从光数据存储到光通信网络，以及医学应用等。

特别地，目前在氮化物基In_xGa_yAl_1-x-yN(0＜＝x＜＝1、0＜＝y＜＝1)(下文为铟镓铝氮基)LED和激光器(例如氮化镓基LED和激光器)的发展中的成功不仅将发光光谱延伸到绿色、蓝色和紫外线区域，而且还可以实现高发光效率。铟镓铝氮基半导体发光器件已经很广泛地用于包括全色大屏幕显示、交通信号灯、背光源以及固体照明。铟镓铝氮基材料的成功的外延生长通常需要衬底和外延层的晶格常数和热膨胀系数匹配。因此，例如蓝宝石(Al₂O₃)的非传统的衬底材料，经常用于生长铟镓铝氮材料以便实现这种匹配。而且这些发光器件通常为正负电极处在同一侧的同侧结构器件。

这种以篮宝石为衬底的同侧电极结构器件的发光材料利用率低、散热差、P型透明导电层对光有一定的吸收作用，因而对器件的光电性能存在一定的影响；蓝宝石衬底价格昂贵、难加工，因而这种器件的成本较高。

硅(Si)衬底价格便宜并且易于加工。当前在研究过程中的成功已经允许半导体发光结构被制备在传统的Si衬底上。但是，如果在Si衬底上形成的铟镓铝氮基材料用于制备具有同侧电极配置的发光器件，则出现以下问题：(1)Si衬底会吸收从器件的有源区域发出的光；(2)同侧电极配置会减小晶片利用率；以及(3)P型欧姆接触层也会吸收一部分有源层所发出的光。另一方面，如果用垂直电极配置制备器件，使得两个电极分别在Si衬底表面上和铟镓铝氮半导体薄膜的表面形成，虽然晶片利用率可以提高。然而该下电极之上的氮化铝(AlN)缓冲层的出现会提高器件的工作电压，因此光吸收问题仍然没有解决。

近年来，研究者已经实验了晶片键合技术以构造具有垂直电极配置的LED。在晶片键合期间，具有低电阻率的第二支持衬底键合在Si生长衬底上制备的铟镓铝氮基LED多层结构的顶部。Si生长衬底随后通过湿法蚀刻去除，其有效地将铟镓铝氮基LED多层从原始生长衬底转移到新衬底。该工艺允许制备铟镓铝氮基LED，该铟镓铝氮基LED通过N型层发光同时具有垂直电极配置。这种垂直配置LED可以提高发光效率、提高晶片利用率以及减少LED的串联电阻。

铟镓铝氮基多层结构转移到新衬底后，新衬底的散热特性可能对最终器件的质量产生重要影响。这些新衬底通常是Si衬底或者金属衬底。虽然Si衬底容易进行诸如划片和切割处理，但是它们比诸如铜和银的单质金属和一些高热传导率的合金具有较低的热传导率。在另一方面，尽管诸如铜和银的金属衬底具有高的热传导率，但是它们遇到了其他诸如切割困难以及相对于转移的铟镓铝氮基层具有失配的热膨胀系数的问题。

因此，所需要的是具有高热传导率和易于处理的新衬底，用于支持从原始生长衬底转移的铟镓铝氮基多层结构。

发明内容

本发明的一个实施方式提供一种铟镓铝氮基半导体发光器件，包括铟镓铝氮基半导体多层结构和支持铟镓铝氮基半导体多层结构的碳基衬底，其中该碳基衬底包括至少一个碳基层。该碳基衬底具有高热传导率和低电阻率。

在该实施方式的一个变形中，碳基层可以由以下材料制成：天然石墨；压制石墨；热解石墨；金属浸渍石墨；碳纤维基压制或者编织材料；碳纳米管基叠层材料；含有上述任意两种的复合物材料或者机械混合物；或者含有上述两种或者更多种的复合物材料或者机械混合物。

在该实施方式的一个变形中，碳基衬底可以包括在该衬底的每一侧上的一个或者多个金属层或者仅在面向铟镓铝氮基半导体多层结构的衬底的前侧上的一个或者多个金属层。

在该实施方式的一个变形中，铟镓铝氮基半导体发光器件还包括位于碳基层和铟镓铝氮基半导体多层结构之间的金属层。该金属层可以具有多层结构或者单层结构，其中这些结构中的每层可以包括单质金属或者合金。在另一个变形中，位于碳基层和铟镓铝氮基半导体多层结构之间的金属层是对Si蚀刻剂耐蚀刻的。

在另一个变形中，金属层包括第一欧姆接触层用于铟镓铝氮基半导体多层结构。在另一个变形中，铟镓铝氮基半导体发光器件还包括在铟镓铝氮基半导体多层结构的上表面上制备的第二欧姆接触电极。因此，第一欧姆接触层和第二欧姆接触电极形成上下电极用于铟镓铝氮基半导体发光器件。

在该实施方式的一个变形中，铟镓铝氮基半导体多层结构原始地在硅(Si)生长衬底上制备并且随后转移到碳基衬底上，这是通过：经过焊接工艺键合Si生长衬底和碳基衬底；以及经过湿刻蚀工艺去除Si生长衬底。

在该实施方式的一个变形中，碳基层紧邻可浸润碳基层的浸润层(infiltration layer)。该浸润层可以由单质金属、合金层、导电复合物或者非金属元素制成。

本发明的一个实施方式提供一种制备工艺，用于在碳基衬底上制备铟镓铝氮基半导体发光器件。在操作期间，铟镓铝氮基半导体发光结构、第一欧姆接触电极层以及第一键合层被制备在Si衬底上。铟镓铝氮基半导体发光结构然后从Si衬底转移到包括至少一个碳基层和金属键合层的碳/金属复合衬底。接下来，第二欧姆接触电极在铟镓铝氮基半导体发光结构上形成，以获得发光器件的阵列。最后，划片碳/金属复合衬底，以获得铟镓铝氮基半导体发光器件。

在该实施方式的一个变形中，铟镓铝氮基半导体发光结构、第一欧姆接触电极层以及第一键合层被制备在由沟槽分割的Si衬底上，这是通过以下步骤：在由沟槽分割的Si衬底上形成In_xGa_yAl_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1)(铟镓铝氮基)半导体多层结构；在铟镓铝氮基半导体多层结构的顶部上形成第一欧姆接触电极层；并且在第一欧姆接触电极层上形成金属键合层。

在该实施方式的一个变形中，碳/金属复合衬底通过接收碳基层和在该碳基层上沉积浸润层而获得，其中该浸润层是和碳基层相互浸润的金属层；并且在浸润层上沉积第二键合层。

在该实施方式的一个变形中，该工艺通过经第一键合层和第二键合层键合Si衬底和碳基衬底，并且使用Si蚀刻剂除去Si衬底来转移铟镓铝氮基半导体发光结构。在另一个变形中，该工艺使用预定的压力和温度键合Si衬底和碳基衬底。在该实施方式的一个变形中，该工艺通过在碳基衬底中创建划片凹槽和研磨碳基衬底以减小衬底厚度来划片碳/金属复合衬底。当研磨平面与划片凹槽相遇时，铟镓铝氮基半导体发光器件被分开。

附图说明

图1示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明一个实施方式的第一制备工艺而获得。

图2示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明一个实施方式的第二制备工艺而获得。

图3示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明一个实施方式的第三制备工艺而获得。

图4示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明一个实施方式的第四制备工艺而获得。

图5示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明一个实施方式的第五制备工艺而获得。

图6A示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图1中的发光器件的外延片。

图6B示出了根据本发明的一个实施方式的图6A的外延片的剖面示意图。

图6C示出了根据本发明的一个实施方式在沉积欧姆接触层和金属键合层后的图6B的外延片的剖面示意图。

图6D示出了根据本发明的一个实施方式的图1中的碳基衬底的剖面示意图，其包括沉积在碳基层上的碳材料浸润层和金属键合层。

图6E示出了根据本发明的一个实施方式的晶片键合后的图6C中的外延片和图6D中的碳基衬底的剖面示意图。

图6F示出了根据本发明的一个实施方式通过除去图6E中的外延片的原始生长衬底转移到碳基衬底上的发光器件的剖面示意图。

图6G示出了根据本发明的一个实施方式的一系列晶片制备工艺后在碳基衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。

图6H示出了根据本发明的一个实施方式在芯片之间的碳基衬底中形成划片凹槽后的图6G中的芯片阵列剖面示意图。

图6I示出了根据本发明的一个实施方式在将图6H中的碳基衬底研磨至划片凹槽后物理地分开的芯片的阵列的剖面示意图。

图7A示出了根据本发明的一个实施方式在沉积欧姆接触层和金属键合层后用于制备图2中的发光器件的外延片的剖面示意图。

图7B示出了根据本发明的一个实施方式的图2中的“碳/金属复合”衬底的剖面示意图，其包括两个碳材料浸润层、一个金属加固层以及一个金属键合层。

图7C示出了根据本发明的一个实施方式在晶片键合后图7A中的外延片和图7B中的碳/金属复合衬底的剖面示意图。

图7D示出了根据本发明的一个实施方式通过去除图7C中的外延片转移到碳/金属复合衬底上的发光器件的剖面示意图。

图7E示出了根据本发明的一个实施方式在一系列晶片制备工艺后在碳/金属复合衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。

图7F示出了根据本发明的一个实施方式在形成与芯片之间的缝隙相对的衬底加固层中的划片凹槽后的图7E中的芯片阵列的剖面示意图。

图7G示出了根据本发明的一个实施方式通过机械地锯开图7F中的碳/金属复合衬底而分开的单独的芯片的阵列的剖面示意图。

图8A示出了根据本发明的一个实施方式在沉积欧姆接触层和金属键合层后用于制备图3中的发光器件的外延片的剖面示意图。

图8B示出了根据本发明的一个实施方式的图2中的金属/碳/金属复合衬底的剖面示意图，其包括两个碳材料浸润层、两个衬底强度增强层以及金属键合层。

图8C示出了根据本发明的一个实施方式在晶片键合后图8A中的外延片和图8B中的金属/碳/金属复合衬底的剖面示意图。

图8D示出了根据本发明的一个实施方式通过除去图8C中的外延片的原始生长衬底后将铟镓铝氮薄膜转移到金属/碳/金属复合衬底上获得的发光器件的剖面示意图。

图8E示出了根据本发明的一个实施方式在一系列晶片制备工艺后的在金属/碳/金属复合衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。

图8F示出了根据本发明的一个实施方式在芯片之间的缝隙中、在衬底加强层的前面和背面形成划片凹槽后的图8E中的芯片阵列的剖面示意图。

图8G示出了根据本发明的一个实施方式通过机械地锯开图8F中的金属/碳/金属复合衬底而分开的单独的芯片的阵列的剖面示意图。

具体实施方式

所呈现的下列描述使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明，并且提供在特别的应用和其要求的环境中。对于本领域的技术人员而言，所公开的实施方式的各种修改将很明显，并且在此所定义的普遍原则在不偏离本发明的范围的情况下可以应用于其它实施方式和应用。由此，本发明不限于所示的实施方式，而与权利要求书所限定的最大范围保持一致。

概述

本发明的实施方式有利于制备碳基衬底上的铟镓铝氮基半导体发光器件。具体地，首先铟镓铝氮基半导体发光结构、第一欧姆接触电极层以及第一键合层，在由沟槽分割的Si衬底上得以制备。然后铟镓铝氮基半导体发光结构从Si衬底转移到包括至少一个碳基层和一个金属键合层的碳基衬底。接下来，第二欧姆接触电极在铟镓铝氮基半导体发光结构上形成以获得发光器件的阵列。最后，碳/金属复合衬底被分割以获得铟镓铝氮基半导体发光器件。

第一实施方式

图1示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明的一个实施方式的第一制备工艺获得。在一个实施方式中，发光器件是发光二极管(LED)。特别地，图1中的发光器件通过使用金属键合材料将铟镓铝氮基多层结构晶片键合到碳基衬底上而形成。

更具体地，图1的发光器件包括以下部件：碳基层101；位于铟镓铝氮基多层结构和碳基衬底之间的金属层102；P型氮化镓(GaN)层103；铟镓氮/氮化镓多量子阱(MQW)有源层104；N型氮化镓层105；第二欧姆接触电极106；以及侧壁钝化材料107。

图6A-6I示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图1中的发光器件的工艺流程。

图6A示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图1中的发光器件的外延片。

注意，外延片包括原始Si衬底622。在本发明的一个实施方式中，为Si衬底622所选择的是高电阻率Si。这种高电阻率Si衬底包含较少的杂质和缺陷，并且因此可以有利于获得高质量的铟镓铝氮基多层结构。在一个实施方式中，Si衬底622的生长表面是Si(111)面，其具有与通常显示为纤锌矿型晶体结构的铟镓铝氮基层匹配的原子排列。

凹槽623将Si衬底622分割成隔离的沉积平台的阵列，凹槽623用于防止由于铟镓铝氮基多层结构和Si衬底622之间的热膨胀系数失配所导致的多层结构产生裂纹。在本发明的一个实施方式中，选择凹槽623具有大于3μm的深度，和大于3μm但小于100μm的宽度。

该隔离的沉积平台可以具有不同的形状，其包括但不限制于：正方形、矩形、菱形以及三角形。在图6A所示的实施方式中，该沉积平台具有正方形图形。在该实施方式中，每个隔离的沉积平台的表面积大于100×100μm²。在图6A中的每个隔离的沉积平台上，使用外延生长技术形成铟镓铝氮基多层结构621。在一个实施方式中，通过使用化学气相沉积(CVD)技术形成铟镓铝氮基多层结构621。特别地，在衬底622上形成氮化铝(AlN)缓冲层，然后依次沉积N型氮化镓层、MQW有源层、P型氮化镓层以及薄的铟镓氮覆盖层。在一个实施方式中，铟镓氮覆盖层厚度大约为2nm。

注意，多层结构621中的缓冲层可以可选地包括氮化铝/氮化镓多层叠层。缓冲层中的氮化铝材料可以包括那些符合化学计量比的和那些偏离化学计量比的两者。多层结构621中的N型杂质通常包括Si，而P型杂质通常包括镁(Mg)。MQW有源层可以掺杂也可以不掺杂。注意，沉积在P型层上的薄铟镓氮覆盖层用于施加拉伸应力到P型氮化镓表面，并且由此引起P型表面上的极化电场发生变化。该覆盖层帮助提高P型表面中的空穴浓度，其可以改进P型层的欧姆接触质量。该铟镓氮覆盖层可以掺杂镁也可以不掺杂。而且，注意，该铟镓氮覆盖层是可选的，并且可以被视为P型层的一部分。图6B示出了根据本发明的一个实施方式的图6A的外延片的剖面示意图。在Si衬底622中形成凹槽623以释放多层结构621中的应力后，在一个实施方式中，对外延片进行例如温度760℃热退火工艺以激活P型杂质。在另一个实施方式中，代替对外延片进行热退火，例如铂(Pt)层的P型欧姆接触层，是首先蒸镀到P型层上的。接下来，对P型层/Pt层合金进行热退火。在一个实施方式中，使用以下退火条件：(1)退火温度：550℃；(2)气体组成：N₂∶O₂＝4∶1；以及(3)退火时间：10分钟。在这些条件下，P型层中的Mg杂质可以有效地被激活。另外，Pt层用于吸收在退火工艺期间产生的对Mg杂质起钝化作用的氢原子。注意，如果Pt用于P型欧姆接触，则Pt层的厚度可以在10埃到10000埃之间。

为了防止最终发光器件中的N型电极和P型电极之间的电流拥塞效应，可以使用光刻蚀刻技术在P型层中形成一个没有欧姆接触的小区域。该小区域可以防止电流拥塞问题并且有助于防止N型电极阻挡来自MQW结构下面的光发射。通常，P型欧姆接触层比制造在隔离的沉积平台上的铟镓铝氮多层结构621具有更小的尺寸(参见图6C中的624)。在本发明的一个实施方式中，P型欧姆接触层由单质Pt组成。但是，P型欧姆接触层还可以由Pt/金(Au)合金、Pt/铑(Rh)合金、氧化镍金、氧化铟锡以及其他合金组成。优选地，P型欧姆接触层可以包括：Pt/Au多层叠层、Pt/Rh多层叠层、Pt/Rh/Au多层叠层或者Pt、Rh和Au三元合金。

为了提高发光器件的光抽取效率，P型欧姆接触层可以制成完全地透光层或者部分地透光层，并且反光层可以紧邻该透光层沉积。透光层可以包括任意上述所列的具有小于200埃的厚度的欧姆接触金属层。可选的透光层可以由氧化镍金、氧化铟锡或者氧化镍金/氧化铟锡的复合物组成。如果欧姆接触层由氧化复合物之一组成，则厚度可以大于或者小于200埃。

金属反光层直接在反光层的下面。在本发明的一个实施方式中，通过沉积Ag层而获得金属反光层。可选地，金属反光层还可以是铝(Al)层或者在可见光区域内具有高反射率的合金。

在本发明的一个实施方式中，扩散阻挡层可以位于欧姆接触层和反光层之间以有效地防止金属反光层损害欧姆接触层。这种扩散阻挡层具有相当高的可见光透射率，并且可以由具有稳定的化学和物理特性的材料制成。在一个实施方式中，扩散阻挡层由氮化钛(TiN)制成。

图6C示出了根据本发明的一个实施方式沉积欧姆接触层624和金属键合层625后的图6B中的外延片的剖面示意图。为了减小由欧姆接触层的光吸收，欧姆接触层624可以制备为金属点阵列而不是连续层。这种欧姆接触层只占据P型表面的一小部分，而P型表面的其他区域可以是反光层或者直接与P型氮化镓层相接触的扩散阻挡层。可选地，欧姆接触层624可以是连续层。

在一个实施方式中，欧姆接触层624可以根据下文获得：(1)在紧邻P型层的区域中以金属点阵列的形式形成欧姆接触层；(2)直接在该欧姆接触点阵列下面形成扩散阻挡层，使得扩散阻挡层也采用点阵列的形式；以及(3)使得P型层的其他区域内的P型层和金属反光层之间直接接触。

在本发明的一个实施方式中，P型欧姆接触层624包括欧姆接触层、扩散阻挡层以及反光层。可选地，P型欧姆接触层624可以仅包括欧姆接触层。在另一个实施方式中，P型欧姆接触层624包括欧姆接触层和反光层两者，而不包括扩散阻挡层。在本发明的一个实施方式中，图6C中金属键合层625由具有大于1000埃的厚度的单质金属制成。可选地，金属键合层625还可以是包含Au的合金，例如Au/In合金、Au/锡(Sn)合金、Au/镓(Ga)合金以及Au/锑(Sb)合金。而且，金属键合层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。金属键合层625还可以由包含一个或者多个元素Au、Pt、Pb、Rh的和一个或者多个具有低熔点的元素Sn、Ga、Zn的二元合金或者二元以上合金制成。而且，金属键合层625可以由包含具有上文未列出的另外的金属或者复合物的上述元素之一的任意的合金、复合物或者混合物制成。

图6D示出了根据本发明的一个实施方式的图1中的碳基衬底的剖面示意图，其包括沉积在碳基层上的碳材料浸润层和金属键合层。

碳基衬底包括碳基层601。在本发明的一个实施方式中，碳基层601由石墨制成，其具有比Si高的热传导率。碳基层的传热特性可以是各向同性的也可以是各向异性的。碳基层601可以由通过使用等均压技术或者单向压技术而获得的压制的石墨制成。可选地，碳基层601可以由天然石墨、柔性石墨、石墨纤维或者压制的/编织的碳纤维制成。而且，碳基层601可以是金属渗入的石墨，例如渗Ag石墨、渗Cu石墨或者渗其它金属或合金的石墨。碳基层601可以是多种碳基材料的压制的层，或者是通过将金属或者其它材料与石墨进行压制而形成的碳基复合物。

在本发明的一个实施方式中，碳基层601具有大于0.5W/cm·K的导热率、小于1Ω/cm的电阻率以及小于16.5×10^-6/K的室温热膨胀系数(即Cu的热膨胀系数)。

碳基衬底还包括位于碳基层601上的浸润层626，其中浸润层626由可很好地浸润到碳基层601的材料制成。在本发明的一个实施方式中，浸润层626由一个或者多个Pt、Pb、Cr、Ti和Ni中的元素或者上述元素的合金制成。可选地，浸润层626可以由碳化硅、不锈钢或者用于石墨焊接目的的常见的焊接合金制成。

浸润层626可以由能抵抗Si蚀刻剂的材料制成。在一个实施方式中，浸润层626还可以由可被Si蚀刻剂所蚀刻的材料制成。在一个实施方式中，浸润层626具有大于10埃的厚度并且使用但不限制于以下制备技术进行沉积，制备技术包括：射频(RF)溅射沉积；直流(DC)溅射沉积；热蒸发；电子束蒸发；CVD；浸渍；电镀以及离子镀。

碳基衬底还可以包括键合金属层627，其沉积在浸润层626的顶部。针对键合金属层627的选择基本上与针对沉积在图6C中的外延片上的金属键合层625一致以促进有效键合。

注意，浸润层626可以在其沉积在碳基衬底上后立即合金化。可选地，浸润层626可以在沉积键合金属层627后合金化。在浸润层已经合金化后，可以继续沉积键合层。在本发明的一个实施方式中，键合金属层627的厚度大于1000埃。如果碳基层601具有各向异性的热传导率，则与较高热传导率相关的方向可以平行或者垂直于碳基层601的法线方向。在一个实施方式中，与热传导率相关的方向可以与法线方向成特定的空间角度。在另一个实施方式中，与最大的热传导率相关的方向平行于碳基衬底的法线方向。沉积了浸润层626和键合金属层627后，碳基衬底与包括欧姆接触层624和金属键合层625的外延片键合在一起，如图6E所示。图6E示出了根据本发明的一个实施方式的晶片键合后的图6C中的外延片和图6D中的碳基衬底的剖面示意图。为了允许两个衬底稳固地焊接在一起，图6E中的组合的衬底遭受一段特定时间的加热和加压。作为结果，合并碳基衬底中的键合金属层627和外延片中的金属键合层625以形成图1中的金属层102，其夹在金属缓冲层102和碳基衬底101之间。本发明的一个实施方式使用以下焊接条件：温度：320℃；压力：在两英寸的晶片上800公斤；保持时间：1000秒。在具有小于30Tor的真空条件下完成焊接。

完成后，温度降低而仍保持压力。然后当温度达到环境温度时，撤除压力。但是，焊接还可以在大于或者小于320℃的温度；在两英寸的晶片上大于或者小于800公斤的压力；以及长于或者短于1000秒的保持时间的条件下完成均是受本发明保护的。而且焊接还可以在以下条件下完成：高真空条件、低真空条件或者大气压下。气体环境可以是氮气环境、氧气环境、氮气/氧气的混合环境或者惰性气体环境。注意，焊接条件不限于上述所列的那些。可以促进碳基衬底中的金属层627和外延片中的金属键合层625焊接在一起同时没有明显改变P型欧姆接触层和铟镓铝氮层的特性的任何条件都可以用于本发明。在碳基衬底和外延片已经牢固地焊接在一起后，该组合的结构浸入Si蚀刻剂中。该Si蚀刻剂蚀刻并且去除外延片的原始生长Si衬底622，并且由此实现了将铟镓铝氮多层结构从外延衬底转移到碳基衬底，如图6F所示。因此，图6F示出了通过去除图6E中的外延片的原始生长衬底后将铟镓铝氮薄膜转移到碳基衬底上后所获得的的发光器件的剖面示意图。注意，Si蚀刻剂可以是任何用于蚀刻Si的蚀刻剂，包括硝酸、氢氟酸以及醋酸的混合液。去除原始的生长衬底622后，进行一系列晶片制备工艺以获得图6G中所示的芯片阵列。因此，图6G示出了一系列晶片制备工艺后在碳基衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。一系列晶片制备工艺包括：

(1)去除已经沉积在生长衬底622的凹槽623中的铟镓铝氮基材料和金属。去除技术可以包括超声波清洗、压缩空气吹扫或者机械刷洗。

(2)去除N型层105内的区域中的特定厚度的N型层105(见图1)，其中N型层电极金属待沉积在该区域。凹坑结构有效地刻蚀进N型层105中，其中凹坑深度不大于N型层105的厚度。可以使用活性离子刻蚀技术或者湿刻蚀技术制备该凹坑。如果使用RIE技术，则活性气体可以包括基于氯的气体或者任何其它适用于刻蚀氮化镓的气体。如果使用湿刻蚀技术，则蚀刻剂可以包括磷酸、氢氧化钠或者氢氧化钾。湿刻蚀工艺可以辅助紫外光照射。注意，未被刻蚀的N型层105的区域可以用掩膜材料保护，其包括光刻胶、金属或者光刻胶和金属的组合。

(3)在N型层105的刻蚀的凹坑中形成N型层欧姆接触电极106并且还去除由于生长衬底622中的凹槽623的存在而形成的边界效应所影响的铟镓铝氮基多层结构621的低质量边界区域。边界去除技术可以包括任何上文所提及的干刻蚀技术、湿刻蚀技术或者这两种技术的结合。注意，N型层欧姆接触电极106可以由Au/锗(Ge)/Ni合金、Au/Si合金、氮化钛、Ti/铝(Al)合金或者Au/Ge/Ni、Au/Si、氮化钛和Ti/Al合金中的两种或者两种以上的组合制成。在本发明的一个实施方式中，覆盖层沉积在欧姆接触电极106的顶部以便将引线焊接到欧姆接触电极106上。该覆盖层可以包括Ti/Au双层金属或者Ni/Au双层金属。

(4)去除图6G中的芯片阵列中的芯片之间的多余金属。其允许为芯片的机械划片在芯片之间露出空间，露出碳基层并且制备芯片侧壁上的钝化层107/607。注意，如果石墨浸润层的厚度小于2μm，则芯片阵列的缝隙之间的石墨浸润层可以被保留。侧壁钝化材料107/607可以是无机绝缘材料，例如二氧化硅、三氧化二铝或者氮化硅。钝化材料107/607还可以是诸如PI的有机绝缘材料，以及任何其他在电子器件中使用的常见钝化材料。

图6H示出了根据本发明的一个实施方式在芯片之间的碳基衬底中形成划片凹槽后的图6G中的芯片阵列的剖面示意图。在本发明的一个实施方式中，如果碳基层厚度小于1000μm，则通过使用机械划片机沿芯片之间的缝隙直接锯开而将晶片分割成单独的芯片。

在另一方面，如果碳基层厚度大于1000μm，在一个实施方式中，足够深的划片凹槽623首先被创建在衬底601中。接下来，在碳基衬底601的背面通过例如晶片研磨进行晶片减薄工艺。该晶片减薄工艺继续直到研磨平面达到划片凹槽632，此时芯片自然地分开。无论采用哪种芯片分割技术，本发明的碳基衬底601的厚度都在20μm到2000μm之间。特别地，如果碳基衬底601由抗折强度较低的材料制成，则优选相对厚的碳基衬底601(例如，使用厚度1000μm)。在芯片已经从生长衬底622转移到碳基衬底601并且已经制备了芯片阵列后，切割出划片凹槽632。然后芯片减薄到与划片凹槽623相遇，由此实现芯片的分割。当使用上述晶片划片技术时，可以使得划片凹槽623的深度等于最终所需的芯片厚度。可选地，可以通过减薄碳基衬底划片晶片以达到所需的衬底厚度，并且随后通过晶片切割来分开芯片。

图6I示出了根据本发明的一个实施方式在将图6H中的碳基衬底研磨至划片凹槽后物理地分开的芯片的阵列的剖面示意图。至此，我们已经获得了本发明的碳基衬底上的发光器件。

第二实施方式

图2示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明的一个实施方式的第二制备工艺而获得。在一个实施方式中，发光器件是LED。具体地，图2中的发光器件通过使用晶片键合技术将铟镓铝氮基多层结构晶片键合到碳/金属复合衬底上而形成。

更具体地，图2的结构包括以下部件：碳基层201；位于铟镓铝氮基多层结构和碳基衬底之间的金属层202；P型氮化镓层203；铟镓氮/氮化镓MQW有源层204；以及N型氮化镓层205。图2的结构还包括第二欧姆接触电极206、侧壁钝化材料207以及用于加强碳基层201的金属层208。

图7A-7G示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图2中的发光器件的逐步的工艺。注意，用于制造碳基层201的某些碳材料可能具有非常高的热传导率但是具有相对低的强度。因此，碳/金属复合衬底结构可以通过在碳基衬底的背面沉积足够厚的金属层来提高碳基衬底的强度。

图7A示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图2中的发光器件的外延片。用于制备图2的器件的外延片具有与使用在第一实施方式中的外延片基本上相同的特征。

图7A示出了根据本发明的一个实施方式在沉积欧姆接触层724和金属键合层725后用于制备图2中的发光器件的外延片的剖面示意图。注意，图7A中所示的外延片具有与在第一实施方式中沉积欧姆接触层624和金属键合层625后的外延片基本上相同的特征。

图7B示出了根据本发明的一个实施方式在形成石墨浸润层、金属加强层以及金属键合层后的碳/金属复合衬底的剖面示意图。

碳/金属复合衬底包括碳基层701，其具有与第一实施方式中对应的碳基层基本上相同的特征。碳材料浸润层730沉积在碳基层701的下面，其中浸润层730具有与第一实施方式中对应的浸润层基本上相同的特征。

在图7B中，金属加强层731直接沉积在浸润层730的下面，其中金属加强层731对碳基衬底提供额外的强度。金属加强层731可以包括多层金属结构或者单个金属结构。另外，金属加强层731可以由单质金属或者合金制成。在一个实施方式中，金属层731的厚度大于1μm。

在本发明的一个实施方式中，金属层731由Ag制成。可选地，金属加强层731可以由Cu、Cu/钨(W)合金、Cu/钼(Mo)合金或者其他任何具有比Si基合金的热传导率高的合金制成。如果金属加强层731主要包括Cu或者Cu合金，则重要的是通过导电层保护金属加强层731，并且该保护层能抵抗Si蚀刻剂。

碳/金属复合衬底还包括浸润层726和键合层728。注意，浸润层726和键合层728具有与第一实施方式中对应的浸润层和对应的键合层基本上相同的特征。

图7C示出了根据本发明的一个实施方式在晶片键合后的图7A中的外延片和图7B中的碳/金属复合衬底的剖面示意图。

为了允许碳/金属复合衬底的键合层728和外延片的键合层725牢固地焊接在一起，图7C中的复合衬底遭受一段特定时间的加热加压。注意，键合条件和环境与第一实施方式中对应的条件和环境基本上相同。

在碳基衬底和外延片已经牢固地焊接在一起后，该组合结构被放入Si蚀刻剂。Si蚀刻剂蚀刻并且去除外延片上的原始生长衬底722，并且实现将铟镓铝氮基多层结构721从外延衬底转移到碳/金属复合衬底，如图7D所示。

因此，图7D示出了通过去除图7C中的外延衬底将铟镓铝氮薄膜转移到碳/金属复合衬底上的发光器件的剖面示意图。

在去除原始生长衬底722后，进行一系列晶片制备工艺以获得图7E中所示的芯片阵列。这些晶片制备工艺与第一实施方式中对应的用于获得芯片阵列的晶片制备工艺基本上相同。

因此，图7E示出了在一系列晶片制备工艺后在碳/金属复合衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。

图7F示出了根据本发明的一个实施方式划片图7E的晶片的工艺。

该工艺开始于使用相结合的光刻图案和化学蚀刻技术在碳/金属复合衬底的背面创建划片凹槽733，划片凹槽还创建在碳/金属复合衬底的正面。注意，正面划片凹槽使用与第一实施方式中创建划片凹槽632基本上相同的方法而获得。最后，使用晶片划片机沿这些划片凹槽分割晶片，因此获得分单元的发光器件。

图7G示出了根据本发明的一个实施方式通过划片图7F中的碳/金属复合衬底而获得的单独芯片的阵列的剖面示意图。

在本发明的一个实施方式中，在晶片制备工艺完成后，金属加强层731可以被从碳基层701去除。在该实施方式中，金属加强层731作为在晶片制备工艺期间提供衬底支持的暂时结构。

第三实施方式

图3示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明的一个实施方式的第三制备工艺而获得。在一个实施方式中，发光器件是LED。具体地，图3中的发光器件通过使用金属键合技术将铟镓铝氮基多层结构晶片键合到金属/碳/金属复合衬底上而形成。

更具体地，图3中的结构包括以下部件：碳基层301；沉积在铟镓铝氮基多层结构和碳基衬底之间的金属层302；P型氮化镓层303；铟镓氮/氮化镓MQW有源层304；以及N型氮化镓层305。图3的结构还包括第二欧姆接触电极306、侧壁钝化材料307和用于加强碳基层301的金属层308和309。图8A-8G示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图3中的发光器件的逐步的工艺。注意，用于制造碳基层301的某些材料可能具有非常高的热传导率但具有相对低的强度。因此，金属/碳/金属复合衬底结构可以通过在碳基衬底的两面沉积足够厚的金属层来提高碳基衬底的强度。另一方面，尽管金属具有高热传导率，但是金属衬底通常很难划片。结果，本发明的一个实施方式可以既获得高热传导率器件又易于分割芯片阵列。图8A示出了根据本发明的一个实施方式用于制备图3中的发光器件的外延片。用于制备图3的器件的外延片具有与第一和第二实施方式中使用的外延片基本上相同的特征。图8A示出了根据本发明的一个实施方式在沉积欧姆接触层824和金属键合层825后用于制备图3中的发光器件的外延片的剖面示意图。注意，图8A中所示的外延片具有与在第一和第二实施方式中在沉积了对应的欧姆接触层和金属键合层后的外延片基本上相同的特征。图8B示出了根据本发明的一个实施方式在形成石墨浸润层837和841、金属加强层835和838以及金属键合层834后的金属/碳/金属复合衬底剖面示意图

金属/碳/金属复合衬底包括碳基层836，其具有与第一和第二实施方式中对应的碳基层基本上相同的特征。碳基浸润层837和841具有与第一和第二实施方式中对应的浸润层基本上相同的特征。在图8B中，金属加强层835和838分别直接沉积在浸润层837和841的上面和下面，其中这些金属层对碳基层836提供额外强度。每个金属层835和838可以包括多层金属结构或者单个金属结构。另外，它们可以由单质金属或者合金制成。在一个实施方式中，每个金属层大于1μm。在本发明的一个实施方式中，金属层835和838由Ag制成。在另一个实施方式中，这些金属层由Cu、Cu/W合金、Cu/Mo合金或者任何其它具有比Si的热传导率高的合金制成。重要的是通过导电层保护金属层835和838，并且该保护层抵抗Si蚀刻剂。该保护层还可以是绝缘体。如果该保护层是绝缘体，则需要在随后的Si蚀刻工艺后去除该保护层。金属/碳/金属复合衬底还包括金属键合层834。注意，金属键合层834具有与第一和第二实施方式中的对应的金属键合层基本上相同的特征。图8C示出了根据本发明的一个实施方式在晶片键合后的图8A中的外延片和图8B中的金属/碳/金属复合衬底的剖面示意图。为了允许金属/碳/金属复合衬底的键合层834和外延片的键合层825牢固地焊接在一起，图8C中的复合衬底遭受一段特定时间的加热加压。注意，键合条件和环境与第一和第二实施方式中对应的条件和环境基本上相同。在碳基衬底和外延片已经牢固地焊接在一起后，将该组合结构放入Si蚀刻剂。Si蚀刻剂蚀刻并且去除外延片上的原始生长衬底822，并且实现将铟镓铝氮多层结构从外延片转移到金属/碳/金属复合衬底，如图8D所示。因此，图8D示出了通过去除图8C中的外延衬底后将铟镓铝氮薄膜转移到金属/碳/金属复合衬底上制备的发光器件的剖面示意图。在去除原始生长衬底822后，进行一系列晶片制备工艺以获得图8E中所示的芯片阵列。这些晶片制备工艺与第一和第二实施方式中对应的用于获得芯片阵列的晶片制备工艺基本上相同。因此，图8E示出了在一系列晶片制备工艺后在金属/碳/金属复合衬底上形成的芯片阵列的剖面示意图。图8F示出了根据本发明的一个实施方式分割芯片的工艺。

如图8F所示，该工艺开始于使用相结合的光刻图案和化学蚀刻技术在金属/碳/金属复合衬底的正面和背面上创建划片凹槽839和840。接下来，使用晶片划片机沿这些划片凹槽分割晶片，由此获得分立的发光器件。图8G示出了根据本发明的一个实施方式通过划片图8F中的金属/碳/金属复合衬底而获得的单独芯片的阵列的剖面示意图。在本发明的一个实施方式中，在完成了晶片制备工艺后，金属加强层838可以从碳基层301去除。在该实施方式中，金属加强层838作为在晶片制备工艺期间提供衬底加强的暂时结构。

第四实施方式

图4示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明的一个实施方式的第四制备工艺而获得。在一个实施方式中，发光器件是LED。具体地，图4中的发光器件通过使用金属键合技术将铟镓铝氮基多层结构晶片键合到多层碳/金属复合衬底上而形成。更具体地，图4中的晶片结构包括以下部件：提供在铟镓铝氮基多层结构和碳基结构之间的金属层402、P型氮化镓层403、铟镓氮/氮化镓MQW有源层404以及N型氮化镓层405。图4的结构还包括第二欧姆接触电极406、侧壁钝化材料407、多个碳基层410、412和414以及多个对碳基层提供加强的金属层409、411、413和415。注意，用于制备图4的器件的外延片具有与第一、第二和第三实施方式中所使用的外延片基本上相同的特征。而且，图4中的欧姆接触层和金属键合层具有与第一、第二和第三实施方式中的对应的欧姆接触层和对应的金属键合层基本上相同的特征。

在本发明的一个实施方式中，图4中的晶片结构如下文所述那样获得。首先，得到多个碳基层，并且碳浸润层沉积在每个碳基层的两面。金属键合层然后被沉积在每个碳基层的两面上的浸润层上。接下来，包括双面金属层的多个碳基层和包括欧姆接触层与金属键合层的外延片层叠在一起并焊接在一起。最后，使用与第一、第二和第三实施方式中所使用的基本上相同的晶片制备工艺制备芯片阵列。

注意，本发明的该实施方式允许使用石墨布、碳纤维布以及其它层压的高热传导率碳基材料以制备高热传导率发光器件。特别地，该实施方式的碳基衬底通过层压并且键合多个碳基材料的薄层在一起而形成。薄层的个数可以是三个或者大于三个。出于机械晶片划片的目的，在该实施方式中的金属层411和413的厚度不大于10μm。另一方面，金属层409和415可以比10μm较厚或者较薄。

如果金属层409和415相对厚，则可以应用与第三实施方式中所使用的基本上类似的晶片划片工艺。具体地，可以使用相结合的光刻图案和化学蚀刻技术在晶片中蚀刻划片凹槽，其后通过晶片切割工艺沿这些划片凹槽分割芯片。注意，本实施方式的多层碳/金属复合衬底可以通过同时键合具有键合层的外延片和多个单碳层到碳基衬底而获得。可选地，多层碳/金属复合衬底可以先于晶片键合外延片到碳基衬底而获得。

第五实施方式

图5示出了碳基衬底上的铟镓铝氮基发光器件的剖面示意图，其通过使用根据本发明的一个实施方式的第五制备工艺而获得。在一个实施方式中，发光器件是LED。具体地，图5中的发光器件通过使用金属键合技术将铟镓铝氮基多层结构晶片键合到金属/碳/金属/碳/金属复合衬底上而形成。更具体地，图5中的晶片结构包括以下部件：沉积在铟镓铝氮基多层结构和碳基衬底之间的金属层502；P型氮化镓层503；铟镓氮/氮化镓MQW有源层504；以及N型氮化镓层505。图5的结构还包括第二欧姆接触电极506、侧壁钝化材料507、碳基层517和519以及多个对碳基层提供加强的金属层516、518和520。特别地，金属层518是具有厚度小于20μm的薄层。注意，用于制备图5的器件的外延片具有与第一、第二、第三和第四实施方式中所使用的外延片基本上相同的特征。而且，图5中的欧姆接触层和金属键合层具有与第一、第二、第三和第四实施方式中对应的欧姆接触层和对应的金属键合层基本上相同的特征。在本发明的一个实施方式中，图5中的晶片结构如下所述而获得。首先，得到两个碳基层，并且碳基浸润层沉积在每个碳基层的两面。金属键合层然后被沉积在每个碳基层的两面上的浸润层上。接下来，包括双面金属层的两个碳基层和包括欧姆接触层与金属键合层的外延片层叠在一起并焊接在一起。使用与第一、第二、第三和第四实施方式中所使用的基本上相同的晶片键合工艺制备芯片阵列。最后，使用与第一、第二、第三和第四实施方式中所使用的基本上相同的晶片划片技术分割芯片阵列。注意，如果图5中的碳基层517和519由天然石墨、热解石墨或者其他具有各向异性热导特征的碳基材料制成，则层517和519的原子晶格平面可以垂直于铟镓铝氮基多层结构的平面。而且，碳基层517和519可以布置为使它们的原子晶格平面彼此之间保持一个特定的角度。在一个优选的实施方式中，这个角度为90°。注意，本实施方式的金属/碳/金属/碳/金属复合衬底可以通过在将键合外延片键合到碳基衬底的同时键合两个单碳层而获得。可选地，金属/碳/金属/碳/金属复合衬底可以先于晶片键合外延片到碳基衬底而获得。如果金属层516和518中的一个或者两者相对厚，则可以应用与第三实施方式中所使用的基本上类似的晶片划片工艺。具体地，使用相结合的光刻图案和化学蚀刻技术在晶片中蚀刻划片凹槽，其后通过晶片切割工艺沿这些划片凹槽分割芯片。金属层518可以是厚度小于10μm的薄层，或者是厚度大于10μm的厚层。如果金属层518比10μm厚，则划片凹槽可以首先创建在金属层518的两面上的碳基层中。接下来，使用化学蚀刻工艺将芯片阵列之间的缝隙中的金属层518的部分蚀刻掉，其使得芯片阵列被分割。

前文的对本发明的实施方式的描述仅出于说明和描述的目的。它们不试图对本发明所公开的形式进行穷举或者限制。因此，许多修改和变形对于本领域的技术人员而言显而易见。另外，上述公开不试图限制本发明。本发明的范围由所附权利要求书所限定。

Claims (35)

1.一种铟镓铝氮基半导体发光器件，其包括：

铟镓铝氮基半导体多层结构；以及

碳基衬底，其支持所述铟镓铝氮基半导体多层结构，其中所述碳基衬底包括第一碳基层。

2.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构最初制备在硅(Si)生长衬底上并且随后转移到所述碳基衬底上；

其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构通过焊接工艺键合到所述碳基衬底；以及

其中使用湿蚀刻工艺去除所述Si生长衬底。

3.根据权利要求2所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，还包括一个或者多个在所述Si生成衬底和所述碳基衬底两者上的键合金属层，其中每个键合金属层包括以下材料中的一个或者多个：

金(Au)/铟(In)合金；

Au/锡(Sn)合金；

Au/镓(Ga)合金；

Au/锑(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、铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)中的一个或者多个元素以及具有低熔点的Sn、Ga、Zn中的一个或者多个元素的二元或者二元以上合金；或者

包含上述的一个或者多个的任何合金、复合物或者混合物。

4.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一碳基层包括以下材料中的一种或者多种：

天然石墨；

压制石墨；

热解石墨；

金属渗透石墨；

碳纤维基的压制或者编织材料；

碳纳米管基层压材料；或者

包含上述材料中的两种或者更多种的复合物或者混合物材料。

5.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述碳基衬底可以包括：

在所述第一碳基层的每面上的一个或者多个金属层；或者

面对所述铟镓铝氮基半导体多层结构的所述第一碳基层的正面上的一个或者多个金属层。

6.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构包括多个In_xGa_yAl_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1)层。

7.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，还包括：

位于所述第一碳基层和所述铟镓铝氮基半导体多层结构之间的金属层；以及

在所述铟镓铝氮基半导体多层结构的上表面上制备的欧姆接触电极，

其中所述金属层和所述欧姆接触电极形成用于所述铟镓铝氮基半导体发光器件的上下电极。

8.根据权利要求7所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构的上表面上的所述欧姆接触电极可以包括下面中的一个或者多个：

包含Au、锗(Ge)以及镍(Ni)的三元合金；

Au/Si合金；

包含Au、Si以及Ni的三元合金；

氮化钛(TiN)沉积层；

包含氮化钛的沉积层；

Ti/铝(Al)合金；以及

上述材料的多层结构或者混合物。

9.根据权利要求7所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一碳基层和所述铟镓铝氮基半导体多层结构之间的所述金属层包含一个或者多个化学稳定的金属元素，所述化学稳定的金属元素包含单质形式或者合金形式的以下元素中的至少一个：

Au；

Pt；

Pd；以及

Rh。

10.根据权利要求7所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中位于所述第一碳基层和所述铟镓铝氮基半导体多层结构之间的所述金属层具有多层金属结构；

其中所述多层金属结构中的两个相邻层之间的界面具有粘合机制；以及

其中所述多层金属结构可以包含以下物质中的一个或者多个：

单质层；

合金层；以及

非金属层。

11.根据权利要求10所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述多层金属结构中的至少一层是对Si蚀刻剂耐蚀刻的。

12.根据权利要求10所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中由对所述Si蚀刻剂耐蚀刻的所述多层金属结构中的一个或者多个层以及所述铟镓铝氮基半导体多层结构包围对Si蚀刻剂非耐蚀刻的所述多层金属结构中的一层。

13.根据权利要求10所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中对Si蚀刻剂非耐蚀刻的所述多层金属结构中的一层的表面可以与相邻层反应，或者在器件制备工艺中发生合金化，由此使得所述层变得对所述Si蚀刻剂耐蚀刻。

14.根据权利要求10所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中所述多层金属结构包括用于所述铟镓铝氮基半导体多层结构的第一欧姆接触层；以及

其中所述第一欧姆接触层可以具有单层结构或者多层结构。

15.根据权利要求14所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一欧姆接触层可以是：

单质金属层；

包括两种或者两种以上元素的合金层；

部分合金层；

非金属层；或者

包括多个区域的层，其中每个区域可以包括不同的材料，所述材料包含单质金属、合金、部分合金、非金属材料或者上述材料的组合。

16.根据权利要求14所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一欧姆接触层可以是连续层或者是具有金属点之间的缝隙的金属点阵列。

17.根据权利要求14所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一欧姆接触层可以是完全地或部分地反光层，或者是完全地或部分地透光层。

18.根据权利要求14所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中所述第一欧姆接触层可以包括单质金属、或者包含所述单质金属的合金或者以上两者；以及

其中所述单质金属可以包括：

Pt；

Pd；

Rh；或者

Ni。

19.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述第一碳基层具有大于0.5W/cm·K的热传导率、小于1Ω/cm的电阻率以及小于16.5×10^-6/K的室温热膨胀系数。

20.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述碳基衬底的背面可以是：

碳基层；或者

金属层，其可以是单质金属层或者包含两种或者两种以上金属单质的合金层。

21.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中所述碳基衬底可以包括一个或者多个碳基层；

其中每个碳基层的相邻层是对所述碳基层的浸润层；以及

其中所述浸润层可以包括以下材料中的一个或者多个：

单质金属，其可以包括Pt、Ti、Pd以及铬(Cr)；

合金层；

导电非金属层；

部分金属层；以及

其它复合物层，其包括碳化硅(SiC)。

22.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中可以利用钝化材料钝化所述铟镓铝氮基半导体多层结构的侧壁。

23.根据权利要求22所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述钝化材料包括有机绝缘材料、或者无机绝缘材料或者两者。

24.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，

其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构在Si衬底上形成；

其中所述Si衬底被沟槽分割成独立的沉积平台的阵列，其中隔离的沉积平台的表面积大于100×100μm²；以及

其中由所述沟槽分离所述隔离的沉积平台上的铟镓铝氮基半导体多层结构。

25.根据权利要求1所述的铟镓铝氮基半导体发光器件，其中所述铟镓铝氮基半导体多层结构从所述碳基衬底开始包括P型层、有源层以及N型层。

26.一种用于制备铟镓铝氮基半导体发光器件的方法，该方法包括：

得到由沟槽分割的Si衬底，其中衬底表面被沟槽分割成独立的平坦区域阵列；

在所述由沟槽分割的Si衬底上制备铟镓铝氮基半导体发光结构、第一欧姆接触电极层以及第一键合层；

从所述Si衬底转移所述铟镓铝氮基半导体发光结构到碳基衬底，所述碳基衬底包括至少一个碳基层和第二键合层；

在所述铟镓铝氮基半导体发光结构上形成第二欧姆接触电极以获得发光器件的阵列；以及

划片分割所述碳基衬底，以获得所述铟镓铝氮基半导体发光器件。

27.根据权利要求26所述的方法，其中在所述由沟槽分割的Si衬底上制备所述铟镓铝氮基半导体发光结构、所述第一欧姆接触电极层以及所述第一键合层包括：

在所述由沟槽分割的Si衬底上形成In_xGa_yAl_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1)(铟镓铝氮基)半导体多层结构；

在所述铟镓铝氮基半导体多层结构的顶部上形成所述第一欧姆接触电极层；以及

在所述第一欧姆接触电极层上形成所述金属键合层。

28.根据权利要求26所述的方法，还包括通过以下步骤在所述碳基衬底上形成所述第二键合层：

在所述碳基衬底中的所述碳基层上沉积浸润层；以及

在所述浸润层上沉积金属键合层。

29.根据权利要求26所述的方法，其中转移所述铟镓铝氮基半导体发光结构包括：

得到具有所述第二键合层的所述碳基衬底；

通过所述第一和第二键合层键合所述铟镓铝氮基半导体发光结构和所述碳基衬底；以及

使用Si蚀刻剂去除所述由沟槽分割的Si衬底。

30.根据权利要求29所述的方法，其中键合所述由沟槽分割的Si衬底和所述碳基衬底包括使用预定的压力和温度。

31.根据权利要求26所述的方法，其中背对着与所述金属键合层相邻的面的所述碳基衬底的面可以具有金属层。

32.根据权利要求31所述的方法，

其中所述金属层在晶片制备工艺期间对所述碳基衬底提供支持；以及

其中所述金属层可以在所述晶片制备工艺后被去除以减小所述晶片的厚度。

33.根据权利要求26所述的方法，其中划片所述碳基衬底以获得所述铟镓铝氮基半导体发光器件包括机械划片或裂片。

34.根据权利要求33所述的方法，其中划片所述碳基衬底以获得所述铟镓铝氮基半导体发光器件包括：

蚀刻去除发光器件的所述阵列之间的区域中的所述碳基衬底的正面上的所述金属层；以及

蚀刻去除面对发光器件的所述阵列之间的所述缝隙的区域中的所述碳基衬底的背面上的金属层。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括蚀刻去除所述碳基衬底的所述背面上的整个金属层。

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