CN1080453C - 制备发光器件晶片的方法及其发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明可得到一种具有蓝光亮度更高的发光器件。在GaAs衬底(8)上形成氮化镓复合层(9)，然后至少部分之除GaAs衬底(8)以形成发光器件。由于去除了GaAs衬底(8)，与全部保留GaAs衬底(8)的情况相比，光吸收减少。这样，可以得到蓝光亮度更高的发光器件。

Description

制备发光器件晶片的方法及其发光器件

本发明涉及发光器件、发光器件的晶片及其制造方法，特别涉及蓝或蓝绿光发光器件、发光器件的晶片及其制造方法。

最近几年，GaN发光器件很受重视。在这些发光器件中，特别是使用兰宝石作衬底的器件已经工业化。但是，由于兰宝石为绝缘衬底，很难在其下部形成金属电极。所以，为了形成金属电极，必须用刻蚀从兰宝石衬底上而提取氮化物混晶，这样导致复杂的制备步骤和高成本。

而且由于兰宝石不能解理，因而不能形成激光二极管所需的由解理面构成的反射器。为此，通常已提出发光器件使用砷化镓(GaAs)衬底来代替存在这些缺点的兰宝石衬底。例如，日本专利特许公开8-181070(1996)公开了这种发光器件。

但是，使用GaAs衬底的这种发光器件对蓝光等短波长光有很大的吸收。因此，通过GaAs衬底的光被吸收，导致整个发光器件的亮度不希望地降低。通常，决定发光器件亮度的因素包括：从发光器件的出光部位出光进入空气中的出光效率。该出光效率由取决于晶体中的光反射和晶体中的光吸收的因素来决定。然而，当使用GaAs作衬底时，后一因素即光吸收系数(cm^-1)在光能量大于1.48eV时超过10,000，即超过通常的兰宝石衬底吸收系数100倍。因此，和兰宝石衬底相比GaAs衬底具有吸收较强的缺点。

本发明的一个目的是提供一种发光器件和亮度更高的发光器件的晶片。

本发明的另一个目的是用一种制备发光器件的晶片的方法容易地制备亮度更高发光器件的晶片。

根据本发明的一个方案，在制备发光器件的晶片的方法中，在砷化镓(GaAs)衬底上形成氮化镓复合层。在氮化镓复合层形成后，至少部分去除砷化镓衬底。由于至少部分去除了砷化镓衬底，和保留整个砷化镓衬底的情况相比，砷化镓衬底的光吸收减少。相应地，能容易地制备亮度更高的发光器件的晶片。

氮化镓复合层可以包括GaN缓冲层和GaN外延层，所以GaAs衬底可以全部去除。在这种情况下，GaN缓冲层和GaN外延层的总厚度较好设置为至少70μm但不超过400μm，并且GaN缓冲层和GaN外延层构成GaN衬底。

可以用机械加工去除方法、使用氯气(Cl₂)的反应离子刻蚀去除方法、用氨和过氧化氢的湿法腐蚀去除方法、和在氯化氢(HCl)的高温气氛中分解去除的方法中至少一种方法去除砷化镓衬底。另外，氮化镓复合层可以包括氮化镓(GaN)缓冲层、第一GaN外延层、第一氮化铝镓(AlGaN)外延层、含氮化铟镓(InGaN)的发光层、第二氮化铝镓(AlGaN)外延层、第二GaN外延层。在这种情况下，氮化镓复合层可以具有至少70μm但不超过200μm的厚度，以便完全去除砷化镓衬底。或者，氮化镓层可以具有至少1μm但不超过70μm的厚度，以便部分去除砷化镓衬底。

形成氮化镓层的步骤可以括以下步骤：在GaAs衬底上形成由绝缘薄膜组成的条形图形，然后形成由GaAs衬底上的GaN或AlN构成的缓冲层和条形图形，并在缓冲层上形成GaN外延层，同时，至少部分去除GaAs衬底的步骤可以包括完全去除GaAs衬底。由于使用由绝缘薄膜组成的条形图形，所以可以改善形成的缓冲层和GaN外延层的结晶性。最好用二氧化硅或氮化硅制备绝缘薄膜。绝缘薄膜较好具有至少3μm但不超过20μm的宽度、和至少0.05μm但不超过0.5μm的厚度。

根据本发明的另一方案，发光器件的晶片包括GaN衬底，该衬底包括GaN缓冲层和GaN外延层。GaN缓冲层和GaN外延层的总厚度至少为70μm但不超过400μm。在根据该方案的发光器件的晶片中，包括GaN缓冲层和GaN外延层的GaN衬底具有很多用途。例如，GaN衬底可作为激光二极管的衬底。由于在GaN缓冲层下不存在其他衬底，通过在激光器单元的芯片端面解理形成的反射面非常光滑，由此可以改善激光器的特性。

根据本发明的又一方案的发光器件包括砷化镓衬底和氮化镓复合层。砷化镓衬底具有一个主表面。氮化镓复合层形成在砷化镓衬底的主表面上，并包括兰或兰-绿发光层。该氮化镓复合层包括氮化镓缓冲层、第一GaN外延层、第一氮化铝镓外延层、含铟氮化镓的发光层、第二氮化铝镓外延层、及第二GaN外延层。另外，部分去除砷化镓衬底以暴露氮化镓复合层的表面。在根据该方案的发光器件中，通过部分去除砷化镓衬底以暴露氮化镓复合层的表面，由此和砷化镓衬底全部保留的情况相比，对应蓝光的短波长光的吸收量减小。这样，可以得到亮度更高的发光器件。在这种情况下，形成发光器件的氮化镓复合层的厚度较好设置为至少1μm但不超过70μm。

下面结合附图，详细描述本发明的其他目的、特征、方案和优点。

图1A是表示根据本发明第一实施例的发光器件的剖面图，图1B是图1A所示发光器件的底视图；

图2是表示根据本发明第一或第二实施例的制备发光器件的外延晶片的工艺的剖面图；

图3是表示根据本发明第二实施例的发光器件的剖面图；

图4是表示根据本发明第三实施例的制备发光器件的外延晶片的工艺的剖面图；

图5是表示根据本发明第三实施例的发光器件的剖面图；

图6是用来形成根据本发明的复合半导体外延层的汽相淀积装置的结构示意图。

下面参考附图说明本发明的实施例。

实施例一

如图1A和1B所示根据本发明第一实施例的发光器件，在GaAs衬底8的表面上形成氮化镓化合物的氮化物混晶层9，在GaAs衬底8的另一面形成金属电极7b。另外，在氮化物混晶层9的上表面形成金属电极7a。

氮化物混晶层9包括六层：氮化镓缓冲层1、n型GaN外延层2、n型AlGaN外延层3、InGaN发光层4、p型AlGaN外延层5、p型GaN外延层6。该氮化物混晶层9具有双异质结构，即InGaN发光层4的两个表面置于作为限制层的AlGaN外延层3和5之间。另外，n型和p型GaN外延层2和6作为刻蚀步骤的保护膜。与作为限制层的n型和p型AlGaN外延层3和5相比，n型和p型GaN外延层2和6具有更好的抗蚀性能。

根据本发明的第一实施例。部分去除GaAs衬底8以暴露去除部分上的GaN缓冲层1的表面。在GaAs衬底8的未去除部分10的表面上形成金属电极7b。

由于在第一实施例中部分去除了GaAs衬底8，所以，与具有整个表面的GaAs衬底的常规发光器件相比，GaAs衬底8吸收的光减少。这样，便可以得到比现有技术的发光器件亮度更高的发光器件。

根据本发明的第一实施例，氮化物混晶层9的厚度设置为至少1μm但不超过70μm。以较小厚度这样形成氮化物混晶层9，是因为可以用GaAs衬底8的未去除部分10来保持机械强度。因此，根据第一实施例，可以以低成本提供使用较薄的氮化物混晶层9的发光器件。GaAs衬底8的来去除部分10所形成的最小面积必须保证不防碍发光区。

除了GaN外延层2和6，形成氮化物混晶层9的每一层皆具有0.1μm到0.2μm的小的厚度。因此，实际上，氮化物混晶层9的厚度基本上和GaN外延层2和6的总厚度相同。因此，为了增加氮化物混晶层9的厚度，可以增加GaN外延层2和6的厚度。为了增加强度，还可以有效增加n型和p型AlGaN外延层3和5的厚度，AlGaN外延层3和5用作夹住InGaN发光层4的限制层。

下面参照图2和6，来说明制备用于图1A和1B所示的、根据本发明第一实施例发光器件的半导体外延晶片的工艺。首先，参照图6说明通过金属有机氯化物汽相外延(MOCVPE)制备外延晶片的汽相淀积装置。该装置包括：具有第一和第二进气口51和52以及排气口53的反应腔54，和用来从整个反应腔54外部加热该腔的电阻加热器55。用该装置制备图2所示的外延晶片。更具体地，将用氯化氢腐蚀液预处理过的(111)A面GaAs衬底8放入由石英构成的反应腔54中。“(111)A面GaAs衬底”表示衬底在GaAs的(111)面上为Ga面。

然后，用电阻加热器55从外面将整个反应腔54加热，使衬底8保持在500℃。在此情况下，三甲基镓(TMG)和氯化氢(HCl)分别以8×10^-4atm和8×10^-4atm的分压从第一进气口51引入，作为III族源材料。另一方面，氨气(NH₃)以5.6×10^-1atm的分压从第二进气口52引入作为V族源材料。在此条件下进行外延15分钟，在GaAs衬底8上形成厚度为30nm的GaN缓冲层1。

然后用电阻加热器55加热具有GaN缓冲层1的GaAs衬底8，使其温度增加到850℃。然后，分别将TMG、HCl、NH₃的分压设置为8×10^-4atm、8×10^-4atm和1.6×10^-1atm，在此条件下进行外延100分钟。由此在GaN缓冲层1上形成六方n型GaN外延层2。

再后，用电阻加热器55将GaAs衬底8的温度维持在800到850℃，在TMG和TMA分压相同的条件下，将TMG、三甲基铝(TMA)、HCl和NH₃引入，进行外延10分钟。由此形成n型Al_0.1Ga_0.9N外延层3。

再后，用电阻加热器55将GaAs衬底8的温度降低到500至700℃，在TMI为TMG分压的20倍的条件下，将TMG、三甲基铟(TMI)、HCl和NH₃引入，进行外延10分钟。由此形成In_0.3Ga_0.7N发光层4。

然后，条件恢复到形成n型Al_0.1Ga_0.9N外延层3的条件，形成与上述类似的p型Al_0.1Ga_0.9N外延层5。外延层3和5用作夹住发光层4的限制层。

在与形成n型GaN外延层2相同的条件下，于p型AlGaN外延层5上形成p型GaN外延层6。分别由硅(Si)或硫(S)及镁(Mg)制备引入n型和p型GaN层2和6中的掺杂剂，InGaN发光层4原本是n型层。至此外延结束，衬底8临时从炉中取出。然后，用研磨器将与具有外延层那一面相反的GaAs衬底8的表面进行研磨。由于研磨，将最初为600μm厚的GaAs衬底8减薄到100μm。

用等离子化学汽相淀积(等离子CVD)分别在上下表面形成300nm厚的SiO₂薄膜。然后用光刻将SiO₂薄膜构图。构图的SiO₂薄膜用作掩模。

更具体地，用反应刻蚀装置(未示出)去除未被SiO₂薄膜掩蔽的那部分GaAs衬底8上。反应刻蚀装置通常具有与高频电源相连的平板电极、及与平板电极相对的反电极。该反应刻蚀装置包括用来引入反应气体的进气口系统和用来将刻蚀腔中压力维持在恒定水平的排气系统。在进行刻蚀时，晶片放置在施加高频电源的平板电极上，平板电极和反电极之间产生等离子体。反应气体的离子沿着垂直电极之间的电场垂直地入射到晶片表面，在垂直方向刻蚀晶片表面。此时，用Cl₂作反应气体。为了刻蚀GaAs衬底8，用来产生等离子体的的总压力和高频电源(频率为13.56MHz)分别设置为1.3×10^-3atm和150W。

于是，用SiO₂薄膜作掩模，通过反应离子刻蚀部分去除GaAs衬底8。然后去除SiO₂薄膜，并在去除了SiO₂薄膜的那部分GaAs衬底8表面上汽相淀积欧姆金属电极7b。同时，在p型GaN外延层6的表面上汽相淀积金属电极7a。由此，制备根据本发明第一实施例的双异质结发光器件，如图1A和1B所示。

实施例二

参照图2和3，说明根据本发明的第二实施例的发光器件。与图1A所示的第一实施例的发光器件不同，在根据第二实施例的发光器件的结构中，如图3所示完全去除GaAs衬底8。更具体地，金属电极7b直接形成在氮化物混晶层9的背面，金属电极7a也形成在氮化物混晶层9上表面的预定区域。

在根据第二实施例的发光器件中，和图1A所示第一实施例中发光器件的结构相似，氮化物混晶层9包括六层：GaN缓冲层1、n型GaN外延层2、n型AlGaN外延层3、InGaN发光层4、p型AlGaN外延层5、p型GaN外延层6。但是与第一实施例的发光器件不同，在图3所示第二实施例的发光器件中，GaAs衬底8完全去除，因而必须增加氮化物混晶层9的强度。因此，在第二实施例的发光器件中，氮化物混晶层9的厚度较好设置为至少70μm但不超过200μm。若氮化物混晶层9的厚度小于70μm，则其机械强度不够，而若其厚度超过200μm，则成本将极大地增加。

除了GaN外延层2和6外，构成氮化物混晶层9的每一层皆具有0.1μm到0.2μm的很小厚度。因此，实际上，氮化物混晶层9的厚度基本上与GaN外延层2和6的总厚度相同。因此为了增加氮化物混晶层9的厚度，可以增加GaN外延层2和6的厚度。为了增加强度，也可以有效增加n型和p型AlGaN外延层3和5的厚度，AlGaN外延层3和5用作夹住InGaN发光层4的限制层。

在根据图3所示的第二实施例的发光器件中，可以通过全部去除GaAs衬底8来防止光发射时GaAs吸收光。因此，与第一实施例相比，可以得到亮度更高的发光器件。

下面说明制备图3所示第二实施例发光器件的工艺。与前面制备第一实施例发光器件的过程相似，在(111)A面GaAs衬底8上形成GaN缓冲层1，如图2所示。GaN缓冲层1具有不大于1μm的很小的厚度。因此GaN缓冲层1不太影响氮化物混晶层9的总厚度。然后，用电阻加热器55加热，使具有GaN缓冲层1的GaAs衬底8的温度增加到850℃。分别将TMG、HCl、NH₃的分压设置为8×10^-4atm、8×10^-4atm和1.6×10^-1atm，在此条件下进行外延。由此形成约40μm厚的六方n型GaN外延层2。

再后，用电阻加热器55将GaAs衬底8的温度维持在800到850℃，在TMG和TMA分压相同的条件下，将TMG、TMA、HCl和NH₃引入。在此状态下外延10分钟。由此形成n型Al_0.1Ga_0.9N外延层3。

再后，用电阻加热器55将GaAs衬底8的温度降低到500至700℃，在TMI为TMG分压的20倍的条件下，将TMG、TMI、HCl和NH₃引入，进行外延10分钟。形成In_0.3Ga_0.7N发光层4。

然后，条件恢复到形成n型Al_0.1Ga_0.9N外延层3的条件，形成与前面类似的p型Al_0.1Ga_0.9N外延层5。n型和p型外延层3和5作为夹住发光层4的限制层。

在和形成n型GaN外延层2相同的条件下，于p型AlGaN外延层5上形成p型GaN外延层6。至此外延结束，衬底8临时从炉中取出。然后，用研磨器将与具有外延层的那一面相反的GaAs衬底8表面进行研磨。由于研磨，将最初为600μm厚的GaAs衬底8减薄到100μm。

然后将GaAs衬底8放入专用于刻蚀的炉子内。在该刻蚀炉内，在常压及800℃衬底温度下，用氢气作载气馈送10sccm氯化氢。这样在没有等离子体情况下通过热分解腐蚀全部去除GaAs衬底8。“10sccm”表示在0℃和1atm下每分钟流速为10cc。

这样通过腐蚀去除GaAs衬底8，由此形成只由氮化物混晶层9构成的外延晶片。在按上述方法去除GaAs衬底时，可以用研磨器将GaAs衬底8的厚度先减薄到100μm，然后进行腐蚀，由此可以减少腐蚀时间。这样，可以减少腐蚀导致的对氮化物混晶层9的损伤。

然后，分别在氮化物混晶层9的上下表面汽相淀积欧姆金属电极7，并将外延晶片切成发光器件大小。这样可以制备根据第二实施例的双异质结发光器件，该发光器件具有作为限制层的AlGaN外延层3和5，如图3所示。将图3所示的整个氮化物混晶层9的厚度设置为200μm。于是可以提供发光强度稳定的发光器件。

可以用反应离子刻蚀去除GaAs衬底8。更具体地，按图2所示形成发光器件的晶片，然后放入反应离子刻蚀装置。在反应刻蚀装置中，引入Cl₂作反应气体，为了刻蚀GaAs衬底8，用来产生等离子体的的总压力和高频电源分别设置为1.3×10^-3atm和频率为13.56MH时150W。然后，如图3所示，分别在GaAs衬底8的上下表面上汽相淀积欧姆金属电极7a和7b。随后，将晶片切成发光器件大小，由此形成双异质结发光器件。

用Cl₂和H₂的混合气体进行反应离子刻蚀也可以得到与上述类似的效果。在此情况下，可以用1.3×10^-3atm的总压力和频率为13.56MH时150W的高频电源产生等离子体来有效地进行刻蚀。

实施例三

参照图4和5，说明根据本发明的第三实施例的发光器件。参见图5，与第一和第二实施例的发光器件不同，在根据第三实施例的发光器件中，氮化物混晶层9包括四层：GaN缓冲层1、n型GaN外延层2、InGaN发光层4、p型GaN外延层6。金属电极7a和7b分别形成在氮化物混晶层9的上下表面上。另外，在根据第三实施例的发光器件中，按后面所述工艺完全去除GaAs衬底8，因而不发生GaAs衬底8吸收光的现象。这样，与图1A所示第一实施例相比，可以得到亮度更高的发光器件。在该实施例中，氮化物混晶层9总厚度设置为约70μm。

下面参照图4和5说明制备第三实施例发光器件的工艺。

首先，结合第一实施例的工艺，用上述图6所示汽相淀积装置形成图4所示的外延晶片。更具体地，将用氯化氢(HCl)腐蚀液预处理过的(111)A面GaAs衬底8放进如图6所示石英反应腔54。

然后，用电阻加热器55从外面将整个反应腔54加热，使衬底8保持在500℃。在此情况下，分别以8×10^-4atm和8×10^-4atm的分压将三甲基镓(TMG)和氯化氢(HCl)从第一进气口51引入，作为III族源材料。另一方面，将氨气(NH₃)以5.6×10^-1atm的分压从第二进气口52引入作为V族源材料。在此条件下进行外延15分钟，在GaAs衬底8上形成厚度为30nm的GaN缓冲层。

然后，用电阻加热器55加热具有GaN缓冲层1的GaAs衬底8，使其温度增加到850℃。分别将TMG、HCl、NH₃的分压设置为8×10^-4atm、8×10^-4atm和1.6×10^-1atm，在此条件下进行外延100分钟。由此在GaN缓冲层1上形成5μm厚的六方n型GaN外延层2。

再后，用电阻加热器55将具有GaN缓冲层1和n型外延层2的GaAs衬底8的温度降低到500至700℃。在TMI为TMG分压的10倍的条件下，将TMG、TMI、HCl和NH₃引入，进行外延10分钟。形成In_0.3Ga_0.7N发光层4。

然后，在与形成n型GaN外延层2相同的条件下，形成p型GaN外延层6。由此形成图4所示的发光器件的外延晶片。

然后将发光器件的外延晶片取出，并放入专用于刻蚀的炉子内。在该刻蚀炉内，在常压及800℃衬底温度下，用氢气作载气馈送10sccm氯化氢。这样通过刻蚀全部去除GaAs衬底8。由此形成GaAs衬底8全部去除、只含氮化物混晶层9的外延晶片。

然后，分别在这样的外延晶片上下表面上汽相淀积欧姆金属电极7a和7b。然后，将外延晶片切成发光器件大小。由此得到根据第三实施例的双异质结发光器件，如图5所示，其具有置于n型和p型GaN外延层2和6之间的InGaN发光层4。在此情况下，由于氮化物混晶层9的厚度约为70μm，其强度不够。但是与使用GaAs衬底8的发光器件相比，实际上，当电流流进按上述方法形成的第三实施例的双异质结发光器件中时，肯定可以得到更亮的蓝光发射。

由于用作限制层的n型和p型GaN外延层2和6与发光层4之间的能隙小，这种光发射较弱。但是，由于完全去除了吸收光的GaAs衬底8，所以可以实现蓝光发射。

实施例四

根据本发明的第四实施例，首先，预处理(111)A面GaAs衬底8，然后，将之放进如图6所示反应腔54。然后，用电阻加热器55加热(111)A面GaAs衬底8，使之保持在500℃。在此情况下，分别以8×10^-4atm和8×10^-4atm的分压将三甲基镓(TMG)和氯化氢(HCl)从第一进气口51引入。另一方面，将氨气(NH₃)以5×10^-1atm的分压从第二进气口52引入。在此条件下，在GaAs衬底8上生长15分钟，形成厚度为约30nm的GaN缓冲层。随后，用电阻加热器55加热GaAs衬底8，使其温度增加到920℃。分别将TMG、HCl、NH₃的分压设置为2×10^-3atm、2×10^-3atm和2×10^-3atm，进行外延10小时。由此在GaN缓冲层上形成约100μm厚的GaN外延层。实际上发现所制备的这种GaN外延层有破裂，x光晶体结晶分析表明，该GaN外延层为具有镜面表面的六方GaN单晶厚膜。

然后在含体积比为2∶1的过氧化氢和氨的腐蚀剂中湿法腐蚀约30分钟，以全部去除GaAs衬底8。由此制备包括GaN缓冲层和GaN外延层的GaN衬底。这种GaN衬底作为单质可以有很多用途。

例如，这种GaN衬底可作为激光二极管的衬底。在GaN层下不存在其他衬底的这种GaN衬底中，通过在激光器单元的芯片端面解理形成的反射面非常光滑，由此可以显著改善激光器的特性。

用与第一实施例相似的方法，在按上述方法制备的GaN衬底上进行异质外延。首先，将NH₃、TMG、TMA以约1.6×10^-1atm的分压引入到构成GaN衬底的GaN外延层上，850℃生长约10分钟，由此形成AlGaN层。然后，在800℃下，分别以4×10^-4atm和2×10^-5atm的分压引入TMI和TMG，NH₃按上面相同的流量，由此在AlGaN层上形成InGaN外延层。另外，按与生长上述AlGaN层相同的条件在InGaN外延层上生长另一AlGaN层。这样可以在GaN衬底上形成双异质结构。然后用金刚刀划GaN衬底的背面来解理GaN。由此得到镜面解理面，可证实，在平整度和平行性上，该解理面作为激光二极管的反射器是足够的。

激光二极管通常在衬底的端面具有反射器，由此进行端面发射。据称衬底的解理，即端面平整度决定激光二极管的特性。当用一般兰宝石衬底时，由于兰宝石衬底与GaN解理面的不同，而不能进行满意的解理。根据本发明，由于不存在GaN以外的衬底，衬底和外延层都是GaN系列，所以可以有非常完美的解理。

包括GaN缓冲层和GaN外延层的GaN衬底最好形成为至少70μm但不超过400μm的厚度。因为厚度较大可以用来单独作为衬底，所以其上限增至400μm。

实施例五

根据本发明的第五实施例，首先用反应溅射在(111)A面GaAs衬底8上形成约100nm的SiO₂薄膜。然后，通过光刻在SiO₂薄膜上形成5μm宽的条形光刻胶图形。以光刻胶图形作掩模，通过反应离子刻蚀(RIE)去除光刻胶图形中条形窗口暴露的部分SiO₂薄膜。然后去除光刻胶图形，由此制备具有由约100nm厚、约5μm宽的SiO₂薄膜构成的条形图形的(111)A面GaAs衬底8。

与上述实施例相似，在(111)A面GaAs衬底8上生长GaN。更具体地，用氯化氢(HCl)腐蚀液预处理(111)A面GaAs衬底8，此后将之放进反应腔54。与上述实施例相似，用电阻加热器55加热(111)A面GaAs衬底8，使其保持在500℃。在此情况下，分别以8×10^-4atm和8×10^-4atm的分压将三甲基镓(TMG)和氯化氢(HCl)从第一进气口51引入。另一方面，将氨气(NH₃)以5×10^-1atm的分压从第二进气口52引入。在此条件下，在(111)A面GaAs衬底8上生长15分钟，形成厚度约30nm的GaN缓冲层。随后，用电阻加热器55加热(111)A面GaAs衬底8，使其温度增加到920℃。分别将TMG、HCl、NH₃的分压设置为2×10^-3atm、2×10^-3atm和2×10^-1atm，进行外延10小时。由此在GaN缓冲层上形成约100μm厚的GaN外延层。

在生长的最初阶段，GaN外延层在SiO₂薄膜上不生长，而只在(111)A面GaAs衬底8上选择生长。但是随着生长的进行，GaN外延层的厚度增加，接着在SiO₂薄膜上进行GaN外延层的横向生长。这样，生长在SiO₂薄膜上的那部分GaN外延层从两边相连，彼此形成为整体。实际上，x光晶体结晶分析表明，用上述方法形成的该约100μm厚的GaN外延层为具有镜面表面的六方单晶厚膜，且没有破裂。

然后，在含2∶1的过氧化氢和氨的腐蚀剂中湿法腐蚀约30分钟，以全部去除(111)A面GaAs衬底8。由此可以制备100μm厚的包括GaN缓冲层和GaN外延层的GaN衬底。这种GaN衬底作为单质可以有很多用途。例如，该GaN衬底可作为激光二极管的衬底。在GaN层下不存在其他衬底的这种GaN衬底中，通过在激光器单元的芯片端面解理形成的反射面非常光滑，由此可以显著改善激光器的特性。

实际上，用与第一实施例相似的方法，在按上述方法制备的GaN衬底上进行异质外延。首先，将NH₃和TMG、TMA以1.6×10^-1atm和6×10^-4atm的分压引入到构成GaN衬底的GaN外延层上，850℃生长约10分钟，由此形成AlGaN层。然后，在800℃下，分别以4×10^-4atm和2×10^-5atm的分压引入TMI和TMG，NH₃按与上述相同的流量，由此在AlGaN层上形成由InGaN构成的外延层。另外，按与生长上述AlGaN层相同的条件，在InGaN外延层上生长另一AlGaN层。这样可以在GaN衬底上形成双异质结构。然后用金刚刀划GaN衬底的背面来解理GaN衬底。由此得到镜面解理面，可以证实，在平整度和平行性上，该解理面作为激光器的反射器是足够的。

在上述第一和第二实施例中，Ga、Al和N的三元系AlGaN外延层3和5用作限制层，但本发明不限于此，也可以用Ga、Al、In和N的四元系外延层作限制层。与InGaN发光层相比，由于这种三或四元系限制层具有更大的带隙，所以InGaN发光层4可以发光。

尽管对本发明进行了详细的说明和描述，但应该明白，它们只是说明性和便证性的，本发明并不限于这些说明和实施例，本发明的精神和实质只限于附加权利要求中。

Claims (12)

1.一种制备发光器件晶片的方法，该方法包括下列步骤：

在GaAs衬底(8)上形成氮化物混晶层(9)；和

在形成所述氮化物混晶层后，至少部分去除所述GaAs衬底。

2.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述氮化物混晶层包括GaN缓冲层和GaN外延层，

所述GaAs衬底全部去除。

3.如权利要求2的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述GaN缓冲层和所述GaN外延层的总厚度至少为70μm但不超过400μm，

所述GaN缓冲层和所述GaN外延层构成GaN衬底。

4.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

用机械加工去除方法、使用氯气(Cl₂)的反应离子刻蚀去除方法、用氨和过氧化氢的湿法腐蚀方法、和在氯化氢(HCl)的高温气氛中分解去除的方法中至少一种方法去除所述GaAs衬底。

5.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述氮化物混晶层包括GaN缓冲层(1)、第一GaN外延层(2)、第一AlGaN外延层(3)、InGaN发光层(4)、第二AlGaN外延层(5)、第二GaN外延层(6)。

6.如权利要求5的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述氮化物混晶层(9)具有至少为70μm但不超过200μm的厚度，

所述GaAs衬底全部去除。

7.如权利要求5的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述氮化物混晶层(9)具有至少为70μm但不超过200μm的厚度，

所述GaAs衬底部分去除。

8.如权利要求1的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

形成所述氮化物混晶层的步骤包括下列步骤：

在所述GaAs衬底上形成由绝缘薄膜组成的条形图形，

在形成所述条形图形后，在GaAs衬底和所述条形图形上形成由GaN或AlN的构成的缓冲层，和

在所述缓冲层上形成GaN外延层，

所述至少部分去除GaAs衬底的步骤包括全部去除GaAs衬底的步骤。

9.如权利要求8的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述绝缘薄膜用二氧化硅或氮化硅制备。

10.如权利要求8的制备发光器件晶片的方法，其特征为：

所述绝缘薄膜的宽度至少为3μm但不超过20μm，其厚度至少为0.05μm但不超过0.5μm。

11.一种蓝光或蓝-绿光发光器件，包括：

具有主表面的GaAs衬底(8)；和

形成在所述GaAs衬底的所述主表面上的氮化物混晶层(9)，所述氮化物混晶层(9)包括蓝或蓝-绿光发光层(4)，

所述氮化物混晶层包括GaN缓冲层(1)、第一GaN外延层(2)、第一AlGaN外延层(3)、InGaN发光层(4)、第二AlGaN外延层(5)、及第二GaN外延层(6)，

所述GaAs衬底部分去除以暴露所述氮化物混晶层的表面。

12.如权利要求11的发光器件，其特征为：

所述氮化物混晶层(9)的厚度至少为1μm但不超过70μm。

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