CN102067335A - 一种在复合衬底上制备InGaAlN发光器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例提供一种用于制备InGaAlN发光半导体结构的方法。在制备过程期间，在基础衬底的表面上沉积至少一个单晶牺牲层，以形成复合衬底，其中所述单晶牺牲层与InGaAlN晶格匹配，且所述单晶层形成牺牲层。接着，在所述复合衬底上制备InGaAlN发光半导体结构。在所述复合衬底上制备的所述InGaAlN结构之后被转移至支持衬底上，以便形成垂直电极结构。转移所述InGaAlN结构包括利用化学刻蚀剂刻蚀单晶牺牲层。此外，所述InGaAlN和基础衬底耐化学刻蚀剂腐蚀。所述基础衬底在InGaAlN被转移之后可再生利用。

Description

一种在复合衬底上制备InGaAlN发光器件的方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件的制备。更具体而言，本发明涉及一种在单晶牺牲层/基础衬底型的复合衬底上制备半导体多量子阱(MQW)发光器件并将发光薄膜转移至支持衬底的方法。
背景技术
InGaAlN半导体发光器件(LED)已经广泛地应用于多种应用中，如大屏幕显示，交通灯，显示用背光源，照明等。一般来说，InGaAlN材料在蓝宝石衬底上外延生长且通常被制成具有横向电极结构的发光器件。这种器件往往效率低且热沉能力弱。此外，在这种器件内的p-型导电层常常吸收光，并因此削弱发光器件的性能。
具有垂直电极结构的LED通常具有更优越的性能和更高的可靠性。为制备垂直电极LED，可能用到激光剥离(LLO)和晶片邦定技术来转移在蓝宝石衬底上外延生长的InGaAlN薄膜至导热性更好的支持衬底。然而，LLO设备中使用的激光往往价格不扉且LLO过程很难控制，所以应用LLO技术难以达到大规模，成本效益的垂直电极LED生产。
Si衬底成本更低且易于制备，因此在Si衬底上生长InGaAlN外延薄膜，再利用湿法刻蚀和晶片邦定技术将InGaAlN外延薄膜转移至支持衬底，形成垂直结构LED具有良好的经济效益。该方法能提高发光效率并降低LED的串联电阻。尽管如此，在Si衬底和InGaAlN薄膜之间热膨胀系数仍然明显不匹配，在外延生长过程期间可导致InGaAlN结构的破裂。已经表明预制图形化Si衬底成沟槽和台面图案能降低这种应力并且解决InGaAlN薄膜的破裂问题。尽管如此，预制图形化过程和后续的器件制备往往复杂。此外，大的热膨胀系数不匹配可引起外延薄膜的弯曲和变形。
外延薄膜的弯曲和变形可大大地影响制备的器件的均一性且给制备过程增加困难，例如InGaN量子阱的生长温度低于n-型层和缓冲层的生长温度，所以n-型层生长之后和量子阱生长期间，外延薄膜会轻微弯曲。这种弯曲直接影响外延薄膜上的表面温度场的均匀性，反过来损害了关键参数如发射波长和操作电压的均一性。此外，严重弯曲和变形的外延薄膜将使后续的晶片邦定困难。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于制备InGaAlN发光半导体结构的方法。在制备过程期间，在基础衬底上沉积至少一个单晶牺牲层以形成复合衬底，其中所述单晶牺牲层与InGaAlN晶格匹配，且所述单晶层形成牺牲层。接着，在所述复合衬底上制备InGaAlN发光半导体结构。在所述复合衬底上制备的InGaAlN之后被转移至支持衬底，以便形成垂直电极结构。转移所述InGaAlN结构包括利用化学蚀刻剂刻蚀所述单晶牺牲层。此外，所述InGaAlN和基础衬底都耐化学蚀刻剂腐蚀。所述基础衬底在InGaAlN被转移后可再生利用。
在该实施的一个变型中，所述基础衬底包括下列材料的至少一种：蓝宝石，SiC，块状GaN，块状AlN，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN，以及TiN。在所述基础衬底上生长的单晶牺牲层包括下列材料的至少一种：Si，GaAs，Ge，AlP，AlAs，GaP，GaSb，InP，InAs，InSb，ZnO，ZnS，ZnSe，ZnTe，CdS，CdSe，CdTe，HgSe，HgTePbS，PbSe，PbTe，GaPxAs1-x，GaxAl1-xAs，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN以及TiN。
在该实施例的一个变型中，所述单晶牺牲层的厚度至少是10nm。
在该实施例的一个变型中，所述基础衬底的表面被预制图形化成沟槽和台面。
在该实施例的一个变型中，所述单晶牺牲层被预制图形化成沟槽和台面。
在该实施例的另一变型中，隔离单晶台面的沟槽可穿透整个或部分所述单晶牺牲层。
在该实施例的另一变型中，制备所述备InGaAlN半导体结构包括制备下列层中的的至少一个：AlN过渡层，GaN过渡层，n-型掺杂GaN层，MQW发光层，及p-型掺杂层。
在该实施例的一个变型中，所述支持衬底可是Si衬底或金属衬底，且金属衬底可纯金属衬底或是合金衬底。金属衬底可是单层或是多层金属衬底。若所述金属衬底不耐化学刻蚀剂腐蚀，那么所述金属衬底的背面需要含有可抵抗化学蚀刻剂的至少
Figure BPA00001311330700021
的金属。
在另一变型中，所述金属衬底可应用下列技术的至少一种来形成：电镀，化学镀，离子镀，热蒸发，磁控溅射以及电子束(e-束)蒸发。
在另一变型中，所述多层金属衬底中的不同层是选择性腐蚀的。
在另一变型中，多层金属衬底可利用下列技术中的至少一种来分割：化学刻蚀；机械划刻；以及机械切割。
在该实施例的一个变型中，n-侧电极和p-侧电极在InGaAlN结构的两侧制备。n-侧电极包括下列材料中的至少一种：Au/Ge/Ni合金，Au/Si合金，Au/Si/Ni合金，TiN以及Ti/Al合金。
在该实施例的一个变型中，金属层位于所述InGaAlN结构和支持衬底之间。所述金属层包括n-侧欧姆接触层，可选的光反射层以及可选的扩散阻挡层。
在该实施例的另一变型中，所述p-侧欧姆接触层可是连续层或是离散的欧姆接触垫的周期性矩阵。
在另一变型中，所述p-侧欧姆接触层包括下列材料的至少一种：Pt，Pd，Rh，包括Rh和Ni的合金。
在该实施例的一个变型中，LED的发光表面被施以表面粗化处理。
在另一变型中，所述表面粗化处理的图案的深度小于n-型掺杂层厚度的三分之二。
在另一变型中，所述表面粗化处理包括下列技术的至少一种：光电化学刻蚀，化学刻蚀，感应耦合等离子刻蚀(ICP)，以及反应性离子刻蚀(RIE)。
在该实施例的一个变型中，所述粗化的表面被钝化层覆盖。
在另一变型中，所述钝化层包括下列材料的至少一种：SiO2，SiN，Al2O3以及聚酰亚胺。
附图说明
图1A图示了根据本发明一个实施例的包括单晶牺牲层和基础衬底的复合衬底的横截面视图。
图1B图示了根据本发明一个实施例的在复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜。
图2A图示了根据本发明一个实施例的具有预制图形化成沟槽和台面的基础衬底的一部分。
图2B图示了根据本发明一个实施例的预制图形化的基础衬底的横截面视图。
图3A图示了根据本发明一个实施例的在具有预制图形化的单晶牺牲层的复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜的横截面视图。
图3B图示了根据本发明一个实施例的在具有预制图形化单晶牺牲层的复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜的横截面视图。
图3C图示了发根据本发明一个实施例的在具有预制图形化的单晶牺牲层和预制图形化的基础衬底的复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜的横截面视图。
图3D图示了根据本发明一个实施例的在具有预制图形化的单晶牺牲层和预制图形化的基础衬底的复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜的横截面视图。
图3E图示了根据本发明一个实施例的图3D中图示的结构的三维视图。
图3F图示了根据本发明一个实施例的在具有预制图形化的单晶牺牲层和预制图形化的基础衬底的复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜的横截面视图。
图4给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备垂直电极发光器件的步骤。
图5给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备垂直电极发光器件的步骤。
图6给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备垂直电极发光器件的步骤。
具体实施方式
给出以下描述以使得本领域技术人员能够制造并使用本发明，且它们是在具体应用及其需求的背景下提供的。公开实施例的许多修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，且在不偏离本发明精神实质和范围的前提下，这里所限定的一般原理可以应用于其他实施例和应用中。因此，本发明并不限于所示的实施例，而是与权利要求的最宽范围一致。
本发明的实施例提供一种用于在单晶牺牲层/基础衬底型的复合衬底上生长InGaAlN半导体多量子阱(MQW)发光薄膜并将发光薄膜转移至支持衬底以制备垂直电极LED的方法。首先，单晶牺牲层在基础衬底上形成，得到包括单晶牺牲层和基础衬底的复合衬底。其次，InGaAlN发光薄膜在复合衬底上外延生长。再次，多层结构被翻转与单独的支持衬底邦定。应用化学刻蚀法刻蚀掉单晶牺牲层，并因此去除基础衬底。最后，将发光薄膜转移至支持衬底上以制备具有垂直电极结构的LED。去除的基础衬底可再生用于之后生长另外的InGaAlN薄膜。这种制备方法可显著减少InGaAlN LED的制造成本。
在复合衬底上外延生长
图1A图示了根据本发明一个实施例的包括单晶牺牲层和基础衬底的复合衬底的横截面视图。单晶牺牲层104在基础衬底102上沉积。单晶牺牲层104和基础衬底102两者共同形成了复合衬底100。在一个实施例中，单晶牺牲层104的厚度为10nm～100μm。可用于在基础衬底上沉积单晶牺牲层104的技术包括但不限于：化学汽相沉积(CVD)，磁控溅射沉积及电子束(e-束)蒸发。此外，单晶牺牲层104可以在随后用于InGaAlN薄膜的生长的相同的金属有机化学汽相沉积(MOCVD)系统内沉积。
理想地，基础衬底与InGaAlN薄膜之间的热膨胀系数小且单晶牺牲层相对薄，那么随后生长的InGaAlN薄膜破裂或弯曲的可能就更小。用于基础衬底102的材料选择包括但不限于：蓝宝石，SiC，块状GaN，块状AlN，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN以及TiN。
用于单晶牺牲层104的材料选择包括但不限于：Si，GaAs，Ge，AlP，AlAs，GaP，GaSb，InP，InAs，InSb，ZnO，ZnS，ZnSe，ZnTe，CdS，CdSe，CdTe，HgSe，HgTePbS，PbSe，PbTe，GaPxAs1-x，GaxAl1-xAs，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN，以及TiN。
应注意的是，可以在基础衬底上沉积一层或多层不同材料的单晶牺牲层。含有单晶牺牲层的双层复合衬底可是例如Si/蓝宝石，Si/SiC，GaAs/蓝宝石，ZnO/蓝宝石及ZnO/SiC，而含有两层单晶牺牲层的三层复合衬底可是例如Si/ZnO/蓝宝石，Si/ZnO/SiC及Si/GaAs/蓝宝石。在本发明的一个实施例中，(111)硅单晶薄膜在(0001)蓝宝石衬底上沉积以形成复合衬底。
准备好复合衬底后，应用例如MOCVD生长技术在复合衬底上生长InGaAlN(InxGayAl1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)半导体发光薄膜。图1B图示了在复合衬底上MOCVD生长的InGaAlN薄膜，其中InGaAlN薄膜包括缓冲层106，n-型掺杂GaN层108，MQW发光层110以及p-型GaN层112。
在一个实施例中，缓冲层108通过依次生长Al种子层，第一AlN中间层，第一AlGaN过渡层，第一GaN中间层，第二AlGaN过渡层，第二AlN中间层，第三AlGaN过渡层以及第二GaN中间层来形成。可以是掺杂Si的GaN层的n-型掺杂108，MQW层110以及可是掺杂Mg的GaN层的p-型掺杂层112在缓冲层106上沉积。可选的是，在p-型掺杂层上可沉积大约2nm厚的InGaN隧道层(未在图1B中标示)。沉积这样一层的目的是通过InGaN层利用表面张力应用于GaN层。这种张力改变了p-型层表面上的极化电场，反过来提升欧姆接触的特性。这种可选的InGaN层可选择性的掺有Mg且可被视为p-型层的一部分。同样可选的是在n-型掺杂层内生长Si掺杂InGaN层以提高器件的反向偏置特性。
除了连续且完整的基础衬底之外，可以应用具有预制图形化的沟槽和台面的基础衬底。图2A图示了根据本发明一个实施例的部分预制图形化的基础衬底的顶视图。沟槽202可利用化学刻蚀，机械研磨或激光切割来形成。正方形部分200被沟槽202隔离。图2B通过图示根据本发明一个实施例的沿着图2A中A-A’的预制图形化的基础衬底的横截面视图，更加清楚地图示了沟槽和台面的结构。如图2B中所见，沟槽204的侧壁有效地形成了隔离的台面结构的侧壁，如台面206，以及部分台面208和210。每个台面限定一个独立的表面区域用于生长后续的发光器件。一般来说，每个独立隔离台面的尺寸大于100×100μm2。除了形成图2A中所示的正方形台面200外，通过改变沟槽202的图形，也可形成具有其他几何图形的台面。这些可供选择的几何图形中的一些包括但不限于：三角形，矩形，平行四边形，六边形，圆形或其他不规则图形。
如上所述，单晶牺牲层的厚度可介于10nm至100μm之间。当单晶牺牲层足够厚时，它也可被预制图形化成沟槽和台面。在单晶牺牲层上的沟槽可穿透整个层或部分层。图3A图示了在预制图形化的单晶牺牲层上生长的外延薄膜302的横截面视图，在图中沟槽306只穿透部分单晶牺牲层304。图3B图示了在预制图形化的单晶牺牲层304上生长的外延薄膜302的横截面视图，在图中沟槽308穿透整个单晶牺牲层304。
图3C图示了在预制图形化的复合衬底上生长的外延薄膜302的横截面视图，在图中，沟槽312穿透基础衬底310的表面和单晶牺牲层304，形成隔离的台面。预制图形化基础衬底成沟槽和台面能提高外延薄膜的均匀性和平坦性。沟槽的形成可利用化学刻蚀，机械切割或激光切割。在一个实施例中，沟槽312的宽度和深度皆大于3μm。
图3D图示了根据本发明一个实施例的用于预制图形化复合衬底的一个备选方案。在图3D中，基础衬底310被预制图形化成沟槽314，沟槽将基础衬底310分割成具有较大表面面积的隔离台面。此外，单晶牺牲层304也被预制图形化成沟槽316，沟槽316将单晶牺牲层304分割成具有较大表面面积的隔离的台面。沟槽316穿透整个单晶牺牲层304。预制图形化基础衬底和单晶牺牲层都能进一步提高外延层的均匀性和平坦性。图3E图示了图3D中图示的结构的三维视图。
图3F图示了根据本发明一个实施例的用于预制化复合衬底的另一备选方案。与图3D类似，在图3F中，基础衬底310和单晶牺牲层304皆被预制图形化成沟槽。然而，沟槽318只穿透单晶牺牲层304的一部分。
具有垂直电极结构LED的制备
在复合衬底上制备完InGaAlN发光薄膜后，可选的是在大约760℃时进行热退火以激活p-型掺杂剂。接着铂(Pt)层可在外延薄膜上蒸镀以形成p-型欧姆接触层。Pt蒸镀后，进行退火处理。在一个实施例中，退火在N2∶O2＝4∶1的气氛下于大约550℃时进行大约10min。这样的退火条件能有效激活p-型杂质，在一个实施例中，p-型杂质是镁(Mg)离子。应注意的是，Pt也会吸收能钝化Mg离子的氢原子。Pt p-侧欧姆接触层的厚度范围为至
Figure BPA00001311330700062
在本发明一个实施例中，Pt层的厚度大约是
Figure BPA00001311330700063
除了纯Pt外，用于p-侧欧姆接触层的材料选择可包括但不限于：Pt/Au合金，Pt/Rh合金，NiO/Au合金，铟锡氧化物(ITO)，Pt和Au的交替层，Pt和Rh的交替层，Pt，Rh和金的交替层，以及Pt/Rh/Au合金。
为了增大垂直电极LED的光提取效率，在p-侧欧姆接触层中可包含透明层和相邻的反射金属层。透明层可是先前提及的金属厚度小于
Figure BPA00001311330700064
的金属欧姆接触层，或是导电氧化物如NiO/Au，ITO以及NiO/Au和ITO的组合。导电氧化物层的厚度可大于或小于反射金属层可通过沉积Ag或Al薄层来形成，也可以利用高反射合金来形成反射层。可选的是，在欧姆接触层和反射层之间含有扩散阻挡层。在一个实施例中，扩散阻挡层对光具有高的透光性。此外，因为扩散阻挡层包括具有稳定的物理和化学性质的材料，所以该层能有效防止由反射金属层引起的对欧姆接触层的任何破坏性的影响。为了减少被欧姆接触层吸收的光量，可以利用不连续的欧姆接触垫的矩阵来形成欧姆接触层。在这种情况时，欧姆接触层仅覆盖p-型掺杂层的很小的一部分，而p-型掺杂GaN层的其他部分直接与反射金属层或扩散阻挡层接触。也可以使扩散阻挡层不连续。应注意的是在本明发一个实施例中的p-侧接触层包括欧姆接触层，可选的扩散阻挡层以及可选的反射层。
图4给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备单个垂直电极发光器件的步骤。在步骤4A中，在基础衬底402上生长单晶牺牲层404，缓冲层406，n-型掺杂GaN层408，MQW层410，以及p-型掺杂GaN层412后，沉积p-型欧姆接触层414和压焊金属层416。用于形成压焊金属层416的材料选择包括但不限于：Au，Au合金如Au/In，Au/Sn，Au/Ga，Au/Sb，或Au，Pt，Pd，Rh的三元，四元，以及其他更高次合金，或含有Au，Pt，Pd，和Rh中至少一种的合金。
在步骤4B中，支持衬底422和外延薄膜压焊在一起。欧姆接触层420和424在支持衬底422的两侧沉积。压焊金属层418和背面保护层426分别在欧姆接触层420和424上沉积。支持衬底可以是Si衬底或是金属衬底。在本发明一个实施例中，利用电阻小于0.002Ω·cm的双面抛光的单晶(100)Si衬底作为支持衬底422。若金属衬底作为支持衬底且其对化学蚀刻剂有抵抗力，那么欧姆接触层420和424，以及背面保护层426将是非必需的，否则只有欧姆接触层420和424是非必需的，但仍然需要背面保护层426来保护支持金属衬底免受化学蚀刻剂的腐蚀。金属衬底可包括一层或多层金属层，且每层可含有纯金属或合金。在一个实施例中，由于层具有选择性腐蚀性，从而使选择性化学刻蚀成为可能。这种化学刻蚀可随后用于分割多层结构以形成单个LED器件。在支持衬底上的压焊金属层418和背面保护层426可包括与在外延薄膜上形成的压焊金属层416相似的材料。对于2英寸的外延薄膜和衬底来说，在本发明一个实施例中，在320℃时使用800Kg的压力压焊进行大约1000s。压焊在室内压力小于30Torr的真空室内进行。焊接后，降压后温度降至室温。应注意的是可以利用其他的压力和其他温度下进行压焊。压焊也可在室内压力等于或大于一个标准大气压的室内进行。室内气氛可是O2，N2，O2和N2的组合，或是惰性气体。只要压焊层416和418可焊接在一起且不会对p-型欧姆接触的接触特性和InGaAlN薄膜的性质产生明显的改变，压焊也可以在其他条件下进行。
在步骤4C中，利用湿法刻蚀技术刻蚀掉单晶牺牲层404，进而外延薄膜与基础衬镀402分离且被转移至支持衬底。基础衬底可再生用于之后的外延薄膜生长。取决于支持衬底的材料选择，基础衬底去除后剩下的多层结构可包括背面保护层426，欧姆接触层424，支持衬底422，欧姆接触层420，层416和418压焊得到的易熔金属层428，p-侧接触层414，p-型掺杂GaN层412，MQW层410，n-型掺杂GaN层408，以及缓冲层406。若Si用作单晶牺牲层，那化学蚀刻剂可是公知的Si蚀刻剂。在本发明一个实施例中，利用HNO3，HF，以及CH3COOH比为5∶2∶2的混合液在80℃时刻蚀Si单晶牺牲层。
在步骤D中，形成电极沟槽430和分隔沟槽432，它们用于之后分离单个LED器件，其中n-型电极434在电极沟槽430上沉积。电极沟槽430的深度大于缓冲层的厚度，以此暴露n-型掺杂层。一些刻蚀技术，包括反应性离子刻蚀(RIE)和湿法刻蚀，可以用于形成电极沟槽。RIE反应室中应用的气体可包括氯气或其他普通用于刻蚀GaN的气体。用于湿法刻蚀的蚀刻剂可包括H3PO4，NaOH，和KOH。可选的是在紫外线照射下进行刻蚀。用于形成n-型电极434的材料选择包括但不限于：Au/Ge/Ni合金，Au/Si合金，TiN以及含Ti或Al的合金。在本发明一个实施例中，应用Au/Ge/Ni合金，包括86.24％Au，11.76％Ge，和2％Ni，来形成n-型电极434。不管与n-型欧姆接触的n-型电极434中金属的种类如何，n-型电极434的上金属层既可是Ti/Au合金，也可是Ni/Au合金，这种合金都可以方便地用于之后电极引线的压焊。取决于支持衬底的性质，在分隔沟槽432下面的部分易熔金属层428和p-型接触层414可被去除或被保留。若支持衬底能被机械劈开，那么优选的是去除在分隔沟槽432下面的易熔金属层和p-型接触层，并因此延长切割的时间。若支持衬底是金属衬底且利用的是激光切割技术，那么易熔金属层和p-型接触层可被保留。尽管如此，若进行化学刻蚀，在分隔沟槽下面的易熔金属层和p-型接触层需要预先去除。
在步骤4E中，钝化层436在器件上沉积，其大体上覆盖缓冲层406，n-型掺杂GaN层408，MQW层410，p-型掺杂GaN412的侧壁，以及未被n-型电极434覆盖的缓冲层的部分水平表面。用于钝化层436的材料选择包括但不限于：SiO2，Al2O3，聚酰亚胺，SiN及其他普通用于电子器件的钝化材料。在本发明的一个实施例中，SiN用于钝化层436。
在步骤4F中，多层结构被分割并形成单个LED器件。应注意的是，可选的是使发光表面进行表面粗化处理。表面粗化处理的图形包括但不限于：六棱锥，圆柱，圆锥，环状及其他不规则图形。表面粗化图形的形成可利用下列方法的至少一种：光电化学刻蚀，化学刻蚀，ICP刻蚀及RIE刻蚀。在一个实施例中，刻蚀后表面粗化图形的深度小于n-型掺杂层的三分之二。
图5给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备单个垂直电极发光器件的步骤。在步骤5A中，在基础衬底502上生长完单晶牺牲层504，缓冲层506，n-型掺杂GaN层508，MQW层510，p-型掺杂GaN层512后，沉积p-侧欧姆接触层514，金属衬底516和金属保护层518。沉积步骤和用于基础衬底502，单晶牺牲层504，缓冲层506，n-型掺杂GaN层508，MQW层510，p-型掺杂GaN层512以及p-侧欧姆接触层514的材料选择与步骤4A中所使用的步骤和材料相似。在p-侧欧姆接触层514形成后，金属衬底516在外延结构上沉积，利用的沉积技术包括下列技术中的至少一种：电镀，化学镀，离子注入，热蒸发，磁控溅射沉积，电子束(e-束)蒸发，以及热旋转涂布。金属衬底516可包括纯金属或合金，且可包括单或多层金属层。若金属衬底516可抵抗之后用于刻蚀掉单晶牺牲层504的化学蚀刻剂，那么金属保护层518是非必需的。
在步骤5B中，利用湿法刻蚀技术刻蚀掉单晶牺牲层504，从而去除基础衬底502。湿法刻蚀技术与步骤4C中的技术相似。
在步骤5C中，形成电极沟槽520和分隔沟槽522，以用于之后分离单个LED器件。n-型电极524在电极沟槽520上沉积。电极沟槽520和分隔沟槽522的形成过程与步骤4D中的相似。n-型电极524的形成过程及材料选择与步骤4D中的相似。
在步骤5D中，钝化层526在器件的上沉积，其大体上覆盖缓冲层506，n-型掺杂GaN层508，MQW层510以及p-型掺杂GaN层512的侧壁，以及未被n-型电极524覆盖的缓冲层506的部分水平表面。钝化层526的形成过程和材料选择与步骤4E中的相似。
在步骤5E中，多层结构被分割形成单个LED器件。可用于分割金属衬底的技术包括但不限于：激光划刻，机械划刻，等离子切割，电弧切割，化学刻蚀，以及机械劈开。
图6给出一张图表说明根据本发明一个实施例制备单个垂直电极发光器件的步骤。在步骤6A中，在基础衬底上602生长完单晶牺牲层604，缓冲层606，n-型掺杂GaN层608，MQW层610以及p-型掺杂GaN层612后，外延薄膜被部分刻蚀以形成垂直台阶614。垂直台阶614穿透整个p-型掺杂GaN层612和MQW层610。基础衬底602，单晶牺牲层604，缓冲层606，n-型掺杂GaN层608，MQW层610以及p-型掺杂GaN层612的形成过程及材料选择与步骤4A和5A中的相似。
在步骤6B中，钝化层616在器件的上部沉积，其大体上覆盖垂直台阶614的侧壁。钝化层616的形成过程及材料选择与步骤4E和5D中的相似。
在步骤6C中，p-型欧姆接触层618在p-型掺杂GaN层612的上部形成。为了避免电流拥挤，在p-型欧姆接触层618的内部设置一个互补电极区域620。欧姆接触材料从互补电极区域620去除，留下一个开口或是填充绝缘材料。互补电极区域620也可通过降低区域内空穴密度来形成。
在步骤6D中，金属衬底622在多层结构上沉积。金属衬底622的形成过程及材料选择与步骤5A中相似。
在步骤6E中，利用湿法刻蚀技术刻蚀掉单晶牺牲层640，从而去除基础衬底602。湿法刻蚀技术可与在步骤4C和5B中使用的相似。图6E图示了得到的多层结构的横截面视图，从上至下包括缓冲层606，n-型掺杂GaN层608，MQW层610，p-型掺杂GaN层612，钝化层616，p-型欧姆接触层618以及金属衬底622。
在步骤6F中，形成电极沟槽624和分隔沟槽628，以用于之后分离单个LED器件。n-型电极626在电极沟槽624上沉积。电极沟槽624和分隔沟槽628的形成过程与步骤4D和5C中所用的相似。n-型电极626的形成过程和材料选择与步骤4D和5C中使用的相似。
在步骤6G中，多层结构被分割形成单个LED器件，用于分割金属衬底的方法与步骤4F和5E中使用的相似。
给出上述描述，只旨在说明和描述的目的。它们并非穷尽性的，或是将本发明限于所公开的形式。因此，对于本领域技术人员来说许多修改和变型是显而易见的。所以，上述公开并非旨在限制本发明。本发明的范围由其所附权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种用于制备InGaAlN发光半导体结构的方法，该方法包括：
在基础衬底上沉积至少一个单晶牺牲层以形成复合衬底，其中所述单晶牺牲层与InGaAlN晶格匹配，且所述单晶层形成牺牲层；
在所述复合衬底上外延制备InGaAlN发光半导体结构；以及
转移在所述复合衬底上制备的所述InGaAlN结构至支持衬底上，以便形成垂直电极结构；
其中转移所述InGaAlN结构包括利用化学刻蚀剂刻蚀单晶牺牲层；
其中所述InGaAlN和基础衬底均耐化学刻蚀剂腐蚀；以及
其中所述基础衬底在转移InGaAlN结构后可再生利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述基础衬底包括下列材料的至少一种：蓝宝石，SiC，块状GaN，块状AlN，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN以及TiN；在所述基础衬底上生长的单晶牺牲层包括下列材料的至少一种：Si，GaAs，Ge，AlP，AlAs，GaP，GaSb，InP，InAs，InSb，ZnO，ZnS，ZnSe，ZnTe，CdS，CdSe，CdTe，HgSe，HgTePbS，PbSe，PbTe，GaPxAs1-x，GaxAl1-xAs，MgAl2O4，MgO，LiGaO2，γ-LiAlO2，NdGaO3，ScAlMgO4，Ga8La2(PO4)6O2，MoS2，LaAlO3，(Mn，Zn)Fe2O4，Hf，Zr，ZrN，Sc，ScN，NbN以及TiN。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单晶牺牲层的厚度为10nm～100μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括预制图形化所述基础衬底，使其具有沟槽和台面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单晶牺牲层被预制图形化成沟槽和台面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于分隔所述单晶台面的沟槽穿透整个或部分单晶牺牲层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于制备所述InGaAlN半导体结构包括制备下述层中的至少一个：AlN缓冲层，GaN缓冲层，n-型掺杂GaN层，MQW发光层，p-型掺杂GaN层。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述支持衬底可是Si衬底或是金属衬底；
其中所述金属衬底可是纯金属衬底或是合金衬底；
其中所述金属衬底可是单层金属衬底或是多层金属衬底；以及
其中若所述金属衬底不耐化学蚀刻剂腐蚀，那么金属衬底的背面含有至少
Figure FPA00001311330600011
的金属用于抵抗化学蚀刻剂的腐蚀。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于该方法进一步包括所述金属衬底利用下列技术的至少一种来形成：电镀，化学镀，离子镀，热蒸发，磁控溅射沉积以及电子束(e-束)蒸发。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述多层金属衬底中的不同层是选择性腐蚀的。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述金属衬底利用下列技术的至少一种分割：化学刻蚀；机械划刻以及机械切割。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括在所述垂直结构内的InGaAlN结构的两侧制备n-侧电极和p-侧电极；
其中所述n-侧电极包括下列材料的至少一种：Au/Ge/Ni合金，Au/Si合金，Au/Si/Ni合金，TiN以及Ti/Al合金。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括制备位于所述InGaAlN结构和支持衬底之间的金属层，其中所述金属层包括p-侧欧姆接触层，可选的光反射层，以及可选的扩散阻挡层。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述p-侧欧姆接触层可以是连续的层或是离散的欧姆接触垫的周期性矩阵。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述p-侧欧姆接触层包括下列材料的至少一种：Pt，Pd，Rh以及Ni。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括对所述InGaAlN结构的发光表面进行表面粗化处理。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述表面粗化处理得到的图案的深度小于所述InGaAlN结构的n-型掺杂层的厚度的三分之二。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述表面粗化处理包括下列技术的至少一种：光电化学刻蚀，化学刻蚀，感应耦合等离子体(ICP)刻蚀以及反应性离子刻蚀(RIE)。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括利用钝化层覆盖所述InGaAlN结构的发光表面。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述钝化层包括下列材料的至少一种：SiO2，SiN，Al2O3以及聚酰亚胺。
21.一种制备InGaAlN发光器件的步骤，该步骤包括：
在基础衬底上沉积至少一个单晶牺牲层以形成复合衬底，其中所述单晶牺牲层与InGaAlN晶格匹配，且所述单晶层形成牺牲层；
在所述复合衬底上外延制备InGaAlN发光半导体结构；以及
转移在所述复合衬底上制备的InGaAlN结构至支持衬底上，以便形成垂直电极结构；
其中转移所述InGaAlN结构包括利用化学蚀刻剂刻蚀单晶牺牲层；
其中所述InGaAlN和基础衬底而化学刻蚀剂腐蚀；以及
其中所述基础衬底在InGaAlN结构转移之后可再生利用。
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