CN1957481A - 制造三族氮化物装置的方法及使用该方法制造的装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，它包括：在一基片上生长一外延半导体结构及在该外延半导体结构上沉积一第一镜层，使该外延半导体结构夹在该第一镜层与该基片之间。将该外延半导体结构及其第一镜层与基片以倒装晶片方式装于一子基片上，使该外延半导体装置结构夹在该子基片与基片之间。接着通过向该基片引入一蚀刻环境而将该基片从该外延结构上移除。在该外延半导体结构上沉积一第二镜层，使该外延半导体结构夹在该第一与第二镜层之间。根据本发明的一种装置包括装于一子基片上的一共振腔发光二极管(RCLED)。

Description

制造三族氮化物装置的方法及使用该方法制造的装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造半导体装置的方法，尤其涉及用于制造薄膜半导体装置的方法，其中通过反应性离子蚀刻法将生长基片移除。
背景技术
三族氮化物材料系统中的半导体材料的制造方面的改进主要关注以下装置的发展：GaN/AlGaN光电装置，例如高效的蓝、绿与紫外线(UV)发光二极管(LED)与激光器，以及电子装置，例如高功率微波晶体管。GaN的某些优点在于，其3.4eV宽的直接带隙、高电子速度(2×107cm/s)、高击穿场(2×106V/cm)及异质结构的可用性。
典型LED可包含夹在p型掺杂层与n型掺杂层间的一作用区域，以便在横跨该掺杂层施加一偏压时，电子与空穴会注入到该作用区域中。这些电子与空穴在该作用区域中重新组合以在一“发射球体”中全向发光，其中光在构成该LED结构的材料内朝所有方向放射。典型的LED在该作用区域发光方面而言具有效率，但该光难以从该LED发射至周围环境，因为该LED材料与周围环境的折射率不同。在层与区域具有典型厚度的LED中，仅表面方向上大约20°宽的一锥体中所形成的光子会离开该结构。剩余的光被俘获在该LED的结构内、并最终被吸收到该半导体材料中。被吸收回到该LED材料的光是光产生过程的损失，这会降低LED的整体发光效率。
已开发出不同方法用来改善典型LED的发光效率，某些方法包括使用非平面状的LED及使LED的发射表面粗糙化。这些方法均改善发光效率，它们通过提供一具有不同角度的LED表面使得当来自该LED的作用区域的光到达该表面时，该光与该表面间的角发生变化而实现。这使得该光到达该表面时，其处于该20°锥体内的可能性增大，从而该光自该LED发射。若该光不处于20°角的范围内，则其以不同角度反射，使得该光下一次到达该表面时处于锥体范围内的可能性增大。
藉由在一共振腔LED(RCLED)中采用一共振腔结构，亦可提高发射效率。E.Fred Shubert所著、剑桥大学出版社出版的“发光二极管”(Light Emitting Diodes)的第198至211页(2003)中一般性地说明了RCLED，并且它通常包含两个相反掺杂的外延层及位于这些相反掺杂层上的镜子，使这些相反掺杂层夹在这些镜子之间。其中一镜的反射率低于另一镜的反射率，以使光经过该反射率较低的镜子离开该RCLED。在其它实施例中，在这些相反掺杂层之间可包含一外延作用区域。
RCLED通常包含比标准LED薄很多的外延层，并且当这些外延层的厚度大致是这些外延层所产生的光的一个波长时，会发生共振腔效应。该共振腔中所产生的光形成一驻波，使得所有发射光得以定向发射。此定向光发射朝实质上垂直于该二极管接合面的方向释放光子。
此结构使得RCLED沿该腔的轴(即，垂直于该半导体表面)的发光强度比常规LED高。RCLED的发射频谱的频谱纯度比常规的LED更高，且RCLED的发射远场图案的方向性比标准的LED更强。
当制造某些材料系统的RCLED时，在外延层的相反侧上沉积两镜时有难度。通常使用已知的制造方法与装置在一基片上形成这些相反掺杂的外延层(及作用区域)，例如在有机金属化学汽相沉积(MOCVD)反应器中进行外延生长。一旦将这些外延层沉积到该基片上，就可在顶部、最近生长的外延表面(它通常是p型掺杂层)上沉积这两镜的第一镜。在另一掺杂第一生长层的表面上放置一镜面并不容易，因为该表面与该基片的生长表面相接触。RCLED的这些层通常薄得难以将该基片与这些外延层分开以沉积该第二镜。在该基片上沉积该镜、然后生长该外延层可能不可行，因为镜材料与外延层之间存在晶格失配。
在这些外延层上沉积该第二镜的一方式是，首先移除该基片。在授予W.Cheung等人的美国专利第6,071,795号中说明一种用于将该基片从外延层上移除的技术。此GaN薄膜是外延地生长于一蓝宝石基片上，然后采用一扫描束激光照射该基片，该扫描束的波长可透过蓝宝石，但GaN会吸收该波长(例如，248mn的波长)。然而，该辐射强度低得不足以使被照射的区域分离。在激光照射完成之后，诸如通过将该结构加热至高于镓的熔点来执行分离程序。本发明的另一实施例说明在所需薄膜与生长基片之间生长一牺牲材料。然后光束可自对光束而言透光的生长或受体基片一侧照射。
此方法的难点在于，它尤其适于生长于蓝宝石基片上的半导体装置。三族氮化物装置常常生长于碳化硅基片上，并且如果该照射光束的波长高得不能被碳化硅吸收，则该波长可能太高以至于不能被GaN吸收。其替代方法是找到可透过碳化硅且会激发GaN的光的波长。然而，GaN与碳化硅之间的带隙差异太窄以至于该光无法可靠地透过碳化硅同时亦能被GaN吸收。
发明内容
根据本发明的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法的一个实施例包括在基片上生长一外延半导体装置结构，其中该外延半导体结构与基片包括一发射器，它被调整成响应于一偏压而发光。将该外延半导体结构与基片以倒装晶片方式安装于一子基片上，使该外延半导体装置结构夹在该子基片与基片之间。通过利用蚀刻基片的一蚀刻环境将该基片从该外延半导体装置中蚀刻掉实质上比蚀刻该外延半导体结构快。
根据本发明的一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法包括在基片上生长一外延半导体结构、及在该外延半导体结构上沉积一第一镜层，使该外延半导体结构夹在该第一镜层与该基片之间。然后通过向该基片引入一蚀刻环境而将该基片从该外延结构上移除且在该外延半导体结构上沉积一第二镜层，使该外延半导体结构夹在这些第一与第二镜层之间。
根据本发明的共振腔发光二极管(RCLED)的一个实施例包括一薄膜外延半导体结构及位于该外延半导体结构的一表面上的一第一镜层。还包括位于该外延半导体结构的另一表面上的一第二镜层，使该外延半导体结构夹在第一与第二镜之间，该第二镜层的反射率小于该第一镜层的反射率。还包括一子基片，所述外延半导体结构与其第一和第二镜装于子基片上，该第一镜层邻近子基片且该第二镜层是主要发射表面。
一种用于从三族氮化物外延半导体材料上移除碳化硅基片的方法包括在碳化硅基片上生长三族氮化物外延半导体材料。向该碳化硅基片引入一蚀刻环境，该蚀刻环境蚀刻碳化硅的速率快于蚀刻该三族氮化物外延材料的速率，因此在将该碳化硅蚀刻掉后，该蚀刻实质上停止。
附图说明
本领域技术人员参考以上详细说明连同附图，可明白本发明的这些及其它特征和优点，在附图中：
图1是根据本发明一制造方法的一实施例的流程图；
图2是根据本发明一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的一实施例的横截面视图；
图3是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的另一
实施例的横截面视图；
图4是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的又一
实施例的横截面视图；
图5是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的再一
实施例的横截面视图；
图6是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的其中一中间步骤中的另一
实施例的横截面视图；
图7是图6的半导体装置的平面图；
图8是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的一倒装晶片步骤中的一实施例的横截面视图；
图9是图8的半导体装置在根据图1方法将该基片蚀刻掉之后的横截面视图；
图10是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一中间步骤中的一实施例的横截面视图；
图11是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一步骤中的另一实施例的横截面视图；
图12是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一步骤中的又一实施例的横截面视图；
图13是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一步骤中的再一实施例的横截面视图；
图14是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一步骤中的另一实施例的横截面视图；
图15是根据本发明的一半导体装置处于图1方法的另一步骤中的又一实施例的横截面视图；
图16是图15的半导体装置的平面图；
图17是根据本发明的一半导体装置的一实施例的横截面视图；
图18是根据本发明的一半导体装置的另一实施例的横截面视图；
图19是根据本发明的一半导体装置的又一实施例的横截面视图；
图20是根据本发明的一半导体装置的再一实施例的横截面视图；及
图21是根据本发明的一半导体装置的另一实施例的横截面视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于制造三族氮化物半导体的一方法10的一个实施例，其中该方法10尤其适于制造薄膜式三族氮化物半导体装置。在步骤12，提供可由许多不同材料制成的一基片，其中较佳材料是碳化硅。SiC是适于结合三族氮化物材料(例如，GaN)使用的材料，因为它具有与三族氮化物GaN的更接近的晶格匹配，这一般得到高品质的三族氮化物薄膜。碳化硅还具有高导热率，因而碳化硅上的三族氮化物装置的总输出功率不会受该基片的散热限制(如同形成于蓝宝石上的某些装置的情形)。可从北卡罗来纳州Durham的CreeResearch Inc.获得SiC基片，且生产这些基片的方法在科学文献以及美国专利第34,861号、第4,946,547号与第5,200,022号中说明。
在步骤14，使用已知的半导体制造工艺中的任一工艺(例如，分子束外延(MBE)或有机金属化学汽相沉积(MOCVD))在该基片上生长三族氮化物外延层。取决于正在制造的装置类型，包括一可任选的步骤16，它包括在与该基片对置的这些外延层的表面上沉积一第一镜层。如通过以下说明将理解的，如果正在制造一发光二极管(LED)，则此镜有助于增加该LED的有效光提取，如果正在制造一RCLED，则此镜是产生共振腔效应所必需的。可使用不同的镜子，例如，由银、金、铑、铂、钯、金锡或其组合的材料制成的金属镜，这些镜子可使用一常规方法(例如，溅镀法)沉积于该表面上。或者，该镜可为一分布式布拉格反射器(DBR)，它一般包含多个材料对，其中材料对由具有不同折射率的两材料组成。由于折射率不同，故在每一界面处会发生菲涅耳反射。每一界面处的反射可能并非为全反射，但由于界面数目较多且不同层的厚度不同，故反射波会建设性地干涉使得DBR能提供良好的反射率。取决于DBR所使用的材料类型，可使用与制造该外延层所用方法相同的方法(通常为MBE或MOCVD)在该顶面上沉积该镜。
在步骤18，将该基片及其外延层与第一镜层以倒装晶片方式装于一子基片，因此，如该情形所示，这些外延层的顶面或该镜邻近该子基片。可使用许多已知材料(一示例为银锡共熔物)将该外延层的表面或镜层焊接到该基片上。该子基片可以是单一构造、或可包括许多不同的结构部件，且可由不同材料制成，例如硅、碳化硅、蓝宝石、玻璃或金属。该子基片还可包括电子组件，以驱动包括这些三族外延层的装置。
在步骤20，将该基片从这些外延层中蚀刻掉，其中较佳蚀刻材料是以高蚀刻速率选择性移除该基片、同时以非常低的蚀刻速率蚀刻这些外延层的一合成物。在根据本发明的一个实施例中，该蚀刻材料可为三氟化氮，它蚀刻碳化硅的速率比蚀刻三族氮化物外延层的速率快许多倍。三氟化氮的离子可很容易地将碳化硅移除，向下直到它与这些三族氮化物材料的界面。一旦将该碳化硅移除，就基本上停止蚀刻，因为这些外延层的蚀刻速率非常低。
取决于正在制造的装置可包括替代步骤22，其中在通过该蚀刻程序所显露的这些外延层的表面上沉积一镜。在制造共振腔LED(RCLED)、固态激光器或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)时，通常包括此步骤。
该方法10可用于制造许多不同的半导体装置，这些装置具有由许多不同材料(具有许多不同厚度)制成的外延层。该方法10尤其适于生长RCLED中所使用的高品质薄膜式三族氮化物层，这些镜位于这些薄膜的相反侧上。当形成一三族氮化物RCLED时，不可在该SiC基片外延层之间的界面上提供一镜，因为镜不具有可识别的单晶结构或者它们是单晶结构，但晶格尺寸与外延层所形成的晶格尺寸极其不同。因此，难以在镜面上制造出高品质薄膜式三族氮化物层，因为晶体结构失配。
另一方面，SiC基片具有与三族氮化物的良好的晶格匹配，这一般导致高品质的薄膜式三族氮化物层。在外延层生长于该基片上之后的处理步骤期间，这些薄膜式外延层需要支撑，且该方法10允许将该第一镜沉积于这些外延层的一表面上，同时该基片处于适当位置处并支撑这些薄层。接着将该装置以倒装晶片方式装于一子基片上，其中该第一镜在该子基片与外延层之间。该子基片提供额外支撑，同时将该基片蚀刻掉并沉积第二镜。通过在整个处理期间均提供此支撑，可在三族氮化物材料系统中制造出高品质的薄膜装置。
图2示出使用该方法10制造根据本发明的一RCLED 30的一个实施例，其中所示RCLED 30处于该方法10中的一中间步骤。该RCLED 30包含用以锚定外延生长且具有第一基片表面34(其上该外延生长形成晶核)的碳化硅基片32。该第一基片表面34因此变成碳化硅基片32与外延装置结构36之间的界面。在该实施例中，外延结构36包括直接生长于碳化硅基片32上的一n型GaN层38、及生长于n型层38的顶部上的p型GaN层40。在其它实施例中，在这些n型与p型层间可包括一作用区域。该RCLED 30进一步包括在p型外延层32的曝露表面上所沉积的第一镜42。所示RCLED 30可出现在图1的方法10的步骤16之后。
图3至7示出根据本发明、可出现在方法10的步骤16之后的一RCLED的不同实施例，它们具有不同的镜结构。图3示出一RCLED 50，它具有许多与RCLED30相同的层。对于此示图(及以下示图)中的这些相同层，使用相同的标号且不再重新介绍这些特征。在RCLED 50中，第一镜52包括p型金属镜，它可由银、金、铑、铂、钯或金锡或其组合制成。
图4示出亦具有许多与RCLED 30相同的层的RCLED 60的另一实施例，但其中第一镜62是上述方法10中的DBR。DBR第一镜62可由许多具有不同厚度与不同折射率的不同层对制成，其中该DBR第一镜62较佳地由厚度为四分之一波长的交替介电层p型二氧化硅64与p型氧化钛66制成。根据本发明的DBR第一镜62的另一实施例包含交替的介电层二氧化硅与五氧化钽。在由GaN制成的装置结构36与形成DBR第一镜62的层64、66之间的折射率对比之下足以发现，具有两对到四对交替层的该DBR第一镜62可有效地折射光，其中合适的交替层对数是三，尽管亦可使用具有更少或更多对交替层的DBR第一镜62。这些层的厚度相当于在横跨这些n型与p型层38、40施加一偏压时，该外延装置结构36所产生的光的四分之一波长。
图5示出具有第一镜72的RCLED 70的另一实施例，该第一镜72亦为由p型交替对制成的DBR，其中这些交替对由一外延材料制成。可使用许多不同的交替层对，其中该DBR第一镜72包括交替对的p型GaN 74与p型氮化铝76。在该DBR第一镜72的其它实施例中，可使用铝合金氮化物而非氮化铝。外延装置结构36与包含DBR第一镜72的材料之间的折射率差异使得该镜72需要大约八至十二个层对，其厚度是大约四分之一波长，其中合适的层对数为十。可以理解，该DBR亦可采用更少及更多个层对作业。
应注意，在制造三族氮化物LED时确保电流从这些触点分散开，分布在整个n型与p型层上，以便该LED均匀发光。n型三族氮化物材料是良好的导体，因此电流通常从其触点分散开，分布在整个层上。相反地，p型三族氮化物材料并非是良好导体且电流难以从一触点分散开，尤其是对于更大装置而言。图3的金属镜52是良好的导体，因此会使电流从一触点分散开，分布在该p型层上。然而，上述图4与5中的p型DBR镜62、72并不有效地导电，因此难以使电流从一触点分散开，分布在该p型层上。
图6示出一RCLED 80，其中该DBR p型第一镜82与一金属镜组合以使电流更好地分散到该p型层40中，其中该第一镜82包括一DBR 84，它具有一金属网86以使电流从一触点分散开。该DBR 84沉积于具有足够层数的外延结构36上，这些层具有适当厚度从而反射率较高。接着通常沟道通过蚀刻在DBR 84中打开，它横跨该p型层40的表面延伸并互连。然后采用金属镜材料填充这些沟道以形成金属网86。DBR 84的金属86具有更高的反射率，而金属86与DBR 84的组合包括具有充足反射率与良好电流分散性的一个层。图7是RCLED 80的俯视平面图，它示出该DBR 84与金属网86的顶面。所示金属网是正交和互连的沟道，尽管该金属网可具有许多不同的沟道配置。
图8示出按照图1的方法10中的步骤18，以倒装晶片方式装于一子基片之后的一RCLED 90。该RCLED具有许多与图2的RCLED 30相同的特征，并且如图3至7的情形，相同标号用于相同特征。该RCLED 90可以是以上关于图2至7所述RCLED中的任一RCLED，且倒转该RCLED并通过一焊接层/材料94使其附着于一子基片92，其中镜层96邻近该子基片92。在根据本发明的一实施例中，该焊接层/材料94包含一子基片环氧材料，它包含银锡共熔物。如上所述，子基片92可以是包括硅、碳化硅、蓝宝石、玻璃或金属的许多结构部件之一。
一旦将该RCLED 90焊接到子基片92上，就可较佳地通过蚀刻将该基片32从该结构36上移除。可将该RCLED 90及其子基片(下文中称作“RCLED 90”)置于具有一反应性离子蚀刻环境98的反应性离子蚀刻室中，该蚀刻环境98以一较高速率蚀刻该基片32而以一缓慢速率蚀刻这些外延层。根据本发明的一蚀刻环境的一个实施例包含三氟化氮离子，其中这些离子很容易使碳化硅基片32减小、并将其从该RCLED 30上移除直到到达该外延装置结构36的表面，在此情形中则是到达该n型外延层的表面。因为碳化硅的蚀刻速率远远大于GaN的蚀刻速率，故一旦将碳化硅基片32全部移除，蚀刻就基本上停止。
图9示出图8的RCLED 90在图1的方法10的步骤20之后，已通过反应性离子蚀刻法将基片移除的情形。在一实施例中，该反应性离子蚀刻可使半导体30的顶面处于易接收外延生长或沉积一金属用作第二镜的状况下。
图10至15示出在图1的方法10的步骤22之后，根据本发明的一RCLED的不同实施例，其中不同的RCLED包含不同类型的第二镜。图10示出关于图9的RCDLED 90的一个实施例，其中一第二镜层100位于n型层38的最近所曝露的表面上。该第二镜层100可为许多不同类型的镜，例如，n型金属镜、n型DBR或n型外延布拉格反射镜。然而，该第二镜层100的反射率应低于该第一镜的反射率，以便光透过该第二镜层100离开该RCLED。如图11所示，该第一镜层96亦可为金属层、p型布拉格反射镜DBR或p型外延镜中的任一类型。可将金属化层102沉积于第二镜n型层100的曝露表面上且该金属化层102可以是用于焊接的金、银、铹、钯、铂或金锡中的任一种。
图12至15示出根据本发明的一RCLED的具体实施例，每一RCLED使用一不同类型的第二镜层。图12示出根据本发明、利用一n型金属作为其第二镜层112的RCLED 110，该第二镜层112可由与上述图3所示镜层52相同的材料制成。图13示出根据本发明、利用一n型DBR作为其第二镜层122的RCLED 120。该DBR镜层类似于图4所示的p型DBR第一镜62且可由许多不同的替代对制成，但它较佳地由大约三对交替层(由二氧化硅层124与二氧化钛层126构成)制成。图14示出根据本发明、亦利用DBR作为其第二镜层132的RCLED 130，该第二镜层132类似于图5的DBR第一镜层72、且包括大约十对n型GaN 134与n型氮化铝136。
尽管该第二镜层中的电流分散性不像n型三族氮化物材料那样颇受关注，但亦可在其中包含电流分散结构。图15与16示出根据本发明的RCLED 140的一个实施例，其中该第二镜层142包含具有一金属网146的n型DBR 144，它类似于上述图6与7所示的DBR 84与金属网86，其中提供该金属网86以使电流良好地分散于整个n型外延层38上。
图17至20示出可使用图1的方法10制造根据本发明的一RCLED的不同实施例。在所示每一RCLED中，该第一镜层可为金属镜沉积、p型DBR或p型外延DBR中的任一类型。类似地，在每一RCLED中，第二镜层可以是n型金属镜、n型DBR或n型外延DBR。在这些示图中，该第二镜层的选择并不受该第一镜层的选择限制，反之亦然。例如，当第一镜层是p型DBR时，第二镜层可以是n型金属镜。
图17示出可使用图1的方法10制造根据本发明的RCLED 150的一个实施例。如上所述，RCLED要求该外延结构36较薄，其厚度约为该结构36正在发射的光的一波长。所提供的方法10可用于制造高品质的三族氮化物薄层，它尤其适于RCLED。这些第一与第二镜层152、154可为上述这些镜层中的任一镜层，并且该RCLED 150亦包含位于该第二镜层154上的一接触金属层156。可通过该子基片92接触p型层40，使RCLED 150响应于横跨该子基片92与该接触金属层156所施加的一偏压而发光。
亦可使用图1的方法10来制造外延层比RCLED中的外延层厚的装置。图18示出通过方法10制造根据本发明的一标准LED 160的一个实施例。外延结构162的尺寸远远大于以上RCLED中的外延结构36的尺寸，但该方法10同样适于制造具有更厚层的装置。该LED 160亦具有一n型触点164以将一电流提供给该结构162中的相反掺杂层之一，其通过该子基片166与这些相反掺杂的层的另一层接触。
该方法10亦可用于制造具有提高光提取的其它特征的外延装置。图19示出LED 170的一具体实施例，该LED 170具有成形侧面172、174、且其主要发射表面176已粗糙化。通常在基片移除方法10完成之后，成形该LED 170并使其粗糙化。成形并粗糙化该LED 170时使得击中表面并逃离进而使该装置发光的光分率增大，进而增大该LED 170的光提取。
亦可将本文所述的所有装置制造成具有额外层与特征，其中之一是保护该装置免遭其静电放电(ESD)的一结构。图20示出与图19的LED 170类似的一LED180，但该LED 180包括配置在子基片184与第一镜层186之间的一齐纳二极管182。在子基片184制造期间将该齐纳二极管182结合到该子基片中、且该齐纳二极管182限制通过该LED的电流仅朝一方向流动。所示LED亦具有有角度的侧面186、187及一粗糙化的发射表面188。当使用方法10制造LED 180时，该子基片184具有该齐纳二极管结构182，因此在将该装置以倒装晶片方式装于该子基片184上时，亦使该齐纳二极管结构182与该装置成为一体。所得结构提供高光提取效率及高ESD额定值。应当理解，可根据本发明使该齐纳二极管结构包含于许多不同装置中，它包括上述RCLED的不同具体实施例、以及垂直腔表面发射激光器与激光器二极管。
该方法10亦可用以制造其它装置，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。图21示出采用方法10制造根据本发明的VCSEL 190的一个实施例。在该实施例中，这些第一与第二镜层表面192、194是DBR镜。所示第一DBR镜192通过一环氧-环氧/金属化层94附着于子基片92。该实施例的量子阱结构是具有一下部镀层196的单一量子阱，可采用铝铟镓氮化物来制造该镀层196。量子阱198配置于下部镀层196上方，且在一示例中，可采用铟镓氮化物来制造该量子阱198。上部镀层200配置在该量子阱198上方，因而该量子阱夹在这些上部与下部镀层200、196之间。可采用铝镓氮化物来制造上部镀层200。
在上部镀层200顶部上沉积该第二DBR镜层194。可将此结构蚀刻掉以形成可为圆形或矩形的隔离柱体。然后可通过隔离外延生长202将这些隔离柱体进一步隔离开。在一实施例中，该隔离材料可为植入的离子。植入会破坏需要退火的单元间的晶体结构。采用金属化层204将该装置罩起来。金属化层使用隔离结构作为支撑，但由于该隔离结构并不导电，故这些金属化层必须至少部分地接触镜194。
尽管已参考其中特定的较佳组态详细地说明了本发明，但其它变化也是可行的。根据本发明的方法可用以制造许多不同装置且上述这些装置可具有许多不同的层配置。因此，所附权利要求的精神及范畴不应限于本说明书中所所含的较佳型式。

Claims (48)

1.一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，包括：
在一基片上生长一外延半导体装置结构，所述外延半导体结构与基片包含一发射器，它被调整成响应于一偏压而发光；
将所述发射器以倒装晶片方式装于一子基片上，使所述外延半导体装置结构夹在所述子基片与所述基片之间；及
通过利用一蚀刻环境将所述基片从所述外延半导体装置上蚀刻掉，所述蚀刻环境蚀刻所述基片的速率实质上快于蚀刻所述外延半导体结构的速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延半导体结构包含一三族氮化物半导体材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片包含一单晶材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片包含单晶碳化硅(SiC)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含一反应性离子蚀刻。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含三氟化氮(NF3)。
7.如权利要求1所述的方法，还包含在所述发射器的所述倒装晶片安装之前，在与所述基片结构对置的所述外延半导体结构上沉积一第一镜层，在所述倒装晶片安装之后，所述镜夹在所述外延半导体结构与所述子基片之间。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一反射金属。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一分布式布拉格反射镜(DBR)，它包含由介电材料制成的多个交替层对。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述层对的每一层对包含一层二氧化硅(SiO2)与一层二氧化钛(TiO2)、或一层二氧化硅(SiO2)与一层五氧化二钽(Ta2O5)，所述层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述层对重复两至四次。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜层包含一外延DBR，它包含由外延材料制成的多个交替层对。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述交替层对的每一交替层对包含一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝(AlN)、或一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝合金(AlzXyN)，所述交替层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子基片包括由单晶碳化硅(SiC)、一硅基片与玻璃所组成的组中的一材料。
16.如权利要求1所述的方法，还包括在蚀刻所述基片之后在所述外延半导体结构上沉积一第二镜层，所述第二镜层被配置成使得所述外延半导体结构夹在所述子基片与所述第二镜层之间。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一反射金属。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一分布式布拉格反射镜(DBR)，它包含由介电材料制成的多个交替层对。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述层对的每一层对包含一层二氧化硅(SiO2)与一层二氧化钛(TiO2)、或一层二氧化硅(SiO2)与一层五氧化二钽(Ta2O5)，所述层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述层对重复两至四次。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二镜层包含一外延DBR，它包含由外延材料制成的多个交替层对。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述交替层对的每一交替层对包含一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝(AlN)、或一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝合金(AlzXyN)，所述交替层对的厚度大约等于所述发射光的所述波长的四分之一。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述层对重复八至十二次。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生长一外延半导体结构包括：
在所述基片上生长一第一外延半导体层，及
在所述第一外延半导体层上生长一第二外延半导体层，使所述第一半导体层夹在所述基片与所述第二半导体层之间。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，生长一外延半导体结构包括生长薄的掺杂层及形成一共振腔发光二极管。
26.一种用于制造具有高光提取的光子装置的方法，包括：
在一基片上生长一外延半导体结构；
在所述外延半导体结构上沉积一第一镜层，使所述外延半导体结构夹在所述第一镜层与所述基片之间；
通过向所述基片引入一蚀刻环境将所述基片从所述外延结构上移除；以及
在所述外延半导体结构上沉积一第二镜层，使所述外延半导体结构夹在所述等第一与第二镜层之间。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境蚀刻所述基片的速率实质上快于蚀刻所述外延半导体结构的速率，从而在实质上并未蚀刻掉所述外延半导体结构的任何部分的情况下将所述基片实质上全部蚀刻掉。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述外延半导体结构被调整成响应于一电信号而发光。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述外延半导体结构包含一三族氮化物半导体材料。
30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述基片包含单晶碳化硅(SiC)。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含一反应性离子蚀刻。
32.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含三氟化氮(NF3)。
33.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一与第二镜层的任一镜层包含一反射金属。
34.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一或第二镜层包含分布式布拉格反射镜(DBR)，它具有由介电材料制成的交替层对。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述层对的每一层对包含一层二氧化硅(SiO2)与一层二氧化钛(TiO2)、或一层二氧化硅(SiO2)与一层五氧化二钽(Ta2O5)。
36.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一或第二镜层的任一镜层包含一外延DBR镜，它包含由外延材料制成的交替层对。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述交替层对的每一层对包含一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝(AlN)、或一层氮化镓(GaN)与一层氮化铝合金(AlzXyN)。
38.如权利要求26所述的方法，还包括在沉积所述第一镜之后，将所述第一镜层、外延半导体结构与基片组合以倒装晶片方式装于一子基片上，使所述第一镜层邻近所述子基片且所述第一镜层与外延半导体结构夹在所述子基片与基片之间。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述子基片包括由单晶碳化硅(SiC)、硅基片与玻璃所组成的组中的一材料。
40.一种共振腔发光二极管(RCLED)，包括：
一薄膜式外延半导体结构；
一第一镜层，它位于所述外延半导体结构的一表面上；
一第二镜层，它位于所述外延半导体结构的另一表面上，使所述外延半导体结构夹在所述第一与第二镜之间，所述第二镜层的反射率小于所述第一镜层的反射率；以及
一子基片，所述外延半导体结构及其所述第一与第二镜装于所述子基片上，所述第一镜层邻近所述子基片且所述第二镜层是所述主要发射表面。
41.如权利要求40所述的共振腔发光二极管，其特征在于，所述外延半导体装置发光、且具有一厚度以向所述光提供一共振腔。
42.如权利要求40所述的共振腔发光二极管，其特征在于，所述外延半导体装置包括相反掺杂的两层半导体材料。
43.如权利要求40所述的共振腔发光二极管，其特征在于，所述外延半导体装置包含一半导体作用区域，且所述半导体作用区域夹在相反掺杂的两层之间。
44.如权利要求40所述的共振腔发光二极管，其特征在于，所述第一或第二镜层的任一镜层包含一金属。
45.如权利要求40所述的共振腔发光二极管，其特征在于，所述第一或第二镜层包含一分布式布拉格反射镜(DBR)。
46.一种将一碳化硅基片从一三族氮化物外延半导体材料上移除的方法，包括：
在一碳化硅基片上生长一三族氮化物外延半导体材料；及
向所述碳化硅基片引入一蚀刻环境，所述蚀刻环境蚀刻碳化硅的速率快于蚀刻所述三族氮化物外延材料的速率，因此在将所述碳化硅蚀刻掉后，所述蚀刻基本上停止。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含一反应性离子蚀刻。
48.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述蚀刻环境包含三氟化氮(NF3)反应性离子蚀刻。
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