TW442982B - Thickness tailoring of wafer bonded AlxGayInzN structure by laser melting - Google Patents
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r,442 082 A7 ^ -B7____ _ 五、發明說明(1 ) 驩拎在春邦赞助研fe典發爲朴U下之趙利的磬明 本發明係為依國防先進研究計劃屬(DARPA)所授與之 第MDA972-96-3-0014號合約,在政府的支持下所完成者。 聯邦政府對於本發明享有某些權利。 發明頫述 本發明係關於特別有關對於AIxGayInzN元件之兩側提 供高品質反射表面之光發射領域。 訾景 一垂直空腔光電子結構由一插入封閉層的發光層所形 成的主動區域所構成’該封閉層可被摻雜、未被摻雜或含 有一 ρ'η接合面。該結構亦包含至少一面在垂直於發光層 之方向上形成Fabry-Perot空腔之反射鏡β在
GaN/ALGaylnzN/AlxGauNataALGayli^Ntx+y+Pi, 並且在AlxGai.xN中1)材料系統中製造垂直空腔光電子 结構會具有遠離某他m-v材料系統置放該結構之挑戰, 而難以生成具有高光學品質之AlxGayInzN結構。電流散布 對AlxGayInzN元件具有主要的利害關係。在型材料中之 橫向雷流散布比在η-型材料中小〜30倍。此外,因為元件 為了最佳的熱下陷而應該被安裝成接合面朝下,故許多基 材之熱導率增加了元件設計的順性。 一種例如垂直空腔表面發射雷射(vc;SeL)之垂直空腔 光電子結構要求尚品質的鏡子,例如99.5%的反射率。— c锖先閱蜻背面之注意事項再填寫本頁) _ ! I 訂·! !1!* 線 — -n n - -fi a— n
經濟部智慧財產局MK工消費合作社印製 A7 _____B7___ 五、發明說明(2 ) 種達呈高品質鏡子之方法是透過半導體生成技術•為達到 適合VCSELs(>99%)之分佈布雷格反射器(DBRs)所需的高 反射率,對於半導體AlxGayIn^NL__;QBRs的生成會有重要的 材料問題,其係包括破裂與導電率。這些鏡子要求許多交 替的銦鋁鎵氮化物組成物(AlxGayInzN/A:lx,Gay,Inz,N) 之節/層。與半導體DBRs相對照,介電DBRs(D-DBR)被相 地直接製造具有AlxGayInzN系統所跨的光譜範圍中超過 99%的反射率。這些鏡子典型地藉由蒸發或濺鍍技術而被 沉積’但MBE(分子束蟲晶,molecular beam epitaxial)與 MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積,metal-〇rganic chemical vapor deposition)亦可以被使用。然而,僅有主 動區域的一侧可以使用D-DBR_沉積,除非生長基材被移 除。若可能在AlxGayInzN動區域的兩側上结合與/或沉積 D-DBRs,則製造AlxGayInzN垂直空腔光電子結構會是更 加容易。 晶圓結合可以被分成兩個基本類別:直接晶圓結合以 及金屬晶圓結合。在直接晶圓結合中,兩晶圓經由於接合 界面處的質量傳送而被熔合在一起。直接晶圓結合可以在 半導體、氧化物及界電材料的任何組合間被執行。其通常 是在高溫(>40(TC)並在單軸壓力下被完成。一種合適的直 接晶圓結合技術被Kish等人在美、國專利_^5,5〇2,316號中揭 露。在金屬晶圓结合中,一金屬!被沉^兩結合^枯I 展著。一金屬結合之例示為倒裝片接合,其係 為一種使用在微粒與,光電子工業中,以將元件面朝下^ 本免>張尺度適用Φ國國家標準(CNS)A4規格(210 X 29Γ么、爱) I-----— lull— --------f ------ - <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 仏:邮 A7 _ B7_____ 五、發明說明(3 ) 附著至基材上之技術,該例示係被Yablonavitch等人揭露 於 1990年版 Applied Physics Letters 第 56冊第 2419-2421 頁 中。因為倒裝片接合被用來改善_元件的熱下陷,基材之 移除會視元件結構,以及習慣上僅對導電與機械堅固的金 屬结合層之要求而定》 在Dudley於 1994年版之Applied Physics Letters第 64冊 No.12 第 1463-1465 頁中所發表之 ’’Low threshold,wafer fused long wavelength vertical cavity lasers”中教示,將 A1 As/GaAs半導M DBRs直接晶圓結合至垂直空腔結構之 一側上,而在Babic等人於1995年11月版之IEEE Photonics Technology Letters 第 7 冊 No.ll 中所發表的”Room· Temperature Continuous-Wave Operation of 1.54 μ. m Vertical-Cavity Lasers”中教示直接晶圓結合半導體DBRs 至InGaAsP VCSEL的兩側上,以使用在AlAs/GaAs之間大 的折射率變化。如將會說明者,晶圓接合D-DBRs至 AlxGayInzN比半導體至半導體晶圓結合更複雜許多,並在 此技藝中先前並不知曉。 在Chua等人於1994年12月版之IEEE Photonics Technology Letters 第 5冊 No. 12 中所發表的 ”Dielectrically-B在使用應變補償多重量子井之GaAs上介電結合長波長垂 直空腔雷射”揭露AlAs/GaAs半導體DBRs藉由旋塗式玻璃 層而與InGaAsP雷射連結。旋塗式玻璃對於在主動層與 DBR夕閜的VCSEL中之結合並不是一合的材料,因 為難以控制旋塗式玻璃精择的厚度,因而對於vrsFT空 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί--------訂---------線— 經濟邨智慧財產局具工消費合作社印< -IP .^1 n · 6 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 B7 五、發明說明(4 ) 腔所需要的臨界層控制無效。此外,玻璃的性質會是非均 一性’而造成在空腔中的散射與其他損失。 具有足夠VCSEL用之反射率,例如>99%之半導體dbr 鏡子之AlxGa〖_xN/GaN對的光學鏡子生成為困難者β參考 第1圖’反射率之理論計算建議達到所要求的高反射率, 一高指數對比被要求可以藉由增加低指數AlxGaixN層之 A1組成與/或藉由包括更多層節(取自Ambacher et al.,MRS - Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, 2(22) 1997之材料性質)而被提供。這些方法招致重要的考驗。 若電流將會透過DBR層而被傳導,重要的是dbrs為導電 者。為了充分地傳導,AIxGaUxN層必須被充分地摻雜。 除非A1組成被減少到對於Si(n-型)摻雜低於約50%以下, 而對於Mg(p-型)摻雜約20%以下,否則導電率不足夠。然 -Λ 而’如第1圖所示’需要使用低Α1組成層而達到足夠的反 射率之層節數目要求*的AUGa.-yN曾料之總厚唐,以增 加磊晶層破裂的風險(由於在今溆naN之問相對大的晶格 錯配合所造成),後減少組成控制。實際上,第1圖之
Al,30Ga70N/GaN積材早已是〜2.5/zm厚,且與VCSEL之足 夠的反射率相差甚遠。因此’根據此層對之高反射率DBR 要求顯著大於2.5ym的總厚度,並且只要在A1N與GaN生 成條件之間與材料性質發生錯配合的情況下,便難以可靠 地生成。若層未被摻雜’即使破裂未大到而成為一個問題, 組成控制與AlN/GaN生成溫度仍對生成高反射率DBRs造 成大考驗。因此,即使在DBRs不需要傳導電流的應用下, -------I------裝-----丨丨訂--------- C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 又 lc 竿 ^ .豕 §1 格 規 4 Μ 公 7 9 2 7 A7 f· 4429 82 ___B7_____ 五、發明說明(5 ) 在料系統中具有反射率>99%之半導體鏡子 積材未被證實。為此原因,以介電體為主的DBR鏡子為較 佳者。_ 鑪结 至少一鏡子積材,例如一介電分佈布雷格反射器(D-DBR)或複合D-DBR/半導體DBR *插在一 Al,GayInzN主動 區域與一主基材之間。一晶圓結合界面被定置在主基材與 主動區域之間的某處》—任意的中間結合層與晶圓結合界 面相鄰,以適應於晶圓結合界面處的應變與熱係數錯配 合。一任意的鏡子積材相鄰於AlxGayInzN主動區域而被定 置。主基材或令間結合層因為順性而被選擇。 前述發明之一實施例由一具有被定置成與AlxGayInzN 主動區域相鄰之晶圚結合界面的元件所構成,該 AlxGayInzN主動區域在例如A1203之犧^ ^ ^ h nh被製 造。附著於主基材上之鏡子積材被直接晶圓結合至
AlxGayInzN主動區域上。接著,犧牲基材被移除。任意的 — 鏡子積材被附著至AlxGayInzN主動區域的頂部上《供附著 、用之技術包括結合 '沉積及生成。電氣接點被加到n_型與 p-型層上。 對於具有被定置成與主基材相鄰之晶圓結合界面之另 一替實施例’鏡子積材被附著在AIxGayInzN主動區域上β 若採用直接晶圓結合,被選擇而具有合適的機械性質之主 基材被晶圓結合至鏡子積材上。另一方面,金屬結合可以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-ϋ I I 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印5衣 8 經濟部智慧財產局員工消费合Α社印製 A7 ^-------B7____ 五、發明說明(6 ) 被用來將主基材結合至鏡子積材上。犧牲基材被移除。一 任意的鏡子積材被附著在AlxGayInzN主動區域的頂部上。 電氣接點被加到n-型與p_型層上。在直接晶圊結合而得到 所欲性質的情況下,主基材之選擇是一個重要的教示。另 外的實施例包括在DBR之内定置晶圓結合界面。 圈式之ffi组說明 第1圖例示理論反射率對AlN/GaN與Al.30Ga 70N/GaN DBRs之波長。 第2圖例示本發明之較佳實施例。 第3A-F圖圖示地描述對應本發明之流程圖。 第4A-F圖圖示地描述對應本發明之另一個流程圖β 第5圖顯示在一被沉積在GaN/Al203結構上之ο七BR 與一GaP主基材間之直接晶圓結合界面的掃描式電子顯微 鏡(SEM)橫截面圖。 第ό圖顯示具有一被金屬結合至主基材上經沉積的D* DBR主動區域的SEM橫截面圖。該基材已被移除且第二 DBR相對於第一 D-DBR已被沉積在AlxGayInzN之侧邊上。 第7圊顯示來自第6圊所述之元件從400至50〇nm的光 學發射光譜3典型的高峰描述垂直空腔結構。 圈式之祥妇說明 介電分佈布雷格反射器(D-DBR)由低損失介電體之積 材對所構成’在此^對材姻·沾耸伞之一具有低折射率,而一 本紙張又度遘用由國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) -------I---I t --------t -------- (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 9 f r AAZ^ B 2 a A7 ___ B7_______ 五、發明說明(7 ) (靖先閱讀背面之注急事項再填寫本頁) 具有高折__教·專》某些可能的介電DBR鏡子以與二氧化鈦 (Ti〇2)成對的二氡化矽⑸叫層為根據,二氧化鍅(Zr〇2)、 氧化纽(TjA^MUKJif02)可以達到藍色垂亙空腔表面 發射雷射(VCSEL)所要求的高反射率,例如>99 5%,或是 共振空腔發光元件(RCLED)所要求者’例如〜60%或更高。 因為SiOj/HfC»2積材對可以被用來生產在35〇-5〇〇nm的波長 範圍中具有超過99%的反射率之鏡子積材,故對Si〇2/Hf〇2 積材對具有特別的興趣。以Si02/Hf02之交替廣所製成之 \ D-DBRs已顯出直至l〇5〇eC會具有機械穩定,而對之後的 處理提供撓曲度。 經濟部智慧財產局WK工消费合作社印製 ^1 1- n , 一較佳實施例顯示於第2圊中。在第2囷中,一第一鏡 子積材14,例如具有高反射率之DBR,被附著至一合適的 基材12上。鏡子積材14可以由一種或多種下列之材料所構 成:介電體、半導艎以及金屬。第一鏡子積材14被晶圓結 合至被生成於一犧牲基材上之人1:^3/111以主動區域18中的 頂部ρ-層18b上。AlxGayInzN垂直空腔光電子結構18已為 了在所欲之波長下具有高增益而被設計。晶與結合界面16 必須具有非常低散射之極好的光學品質。晶圓結合界面16 可以包括一任意的中間結合層(未顯示)。一例如D-DBR(於 第2圖所示)之任意的笫二鏡子精材20被附著至在相對於第 一鏡子積材之一側上的AlxGavInzN垂直空腔光電子結構18 上,任意的第二鏡子積材20與AlxGayInzNi動區域18之n-與p-型層18a、18b會被形成圖案並被蝕刻,以提供歐姆接 觸用之區塊》對於一 VCSEL,鏡子必須具有非常高的反 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附 至 A7 ______B7_____ 五、發明說明(8 ) 射率>99%。對於一 RCLED,鏡子反射率之要求被放寬 (>60%). 第2圖所示之另一種方法係為供欲被附著至 AlxGayInzNS動區域18上之鏡子積材14之用。接著,晶圓 結合界面16接著位於鏡子積材14與主基材12之間。此結構 亦會具有一任意的第二鏡子積材20。欲連同第一或第二種 方法一起被使用之又另一種方法為在一或兩鏡子積材的中 間處具有一直接晶園結合。數種晶圓結合界面16可能的配 置被顯示於第2圖中》 電流集中可以在η-型或p-型主動區域材料中藉由插入 一 AlxGayInzN層而被達成’其係可以被蝕刻與/或氧化,以 改善電流與光學限制,因而減少雷射門檻或改件效 率。當一 D-DBR與/或未摻雜之半導體DBR被使用時,此 類層的合併是重要的,因為沒有電流透過它們而被傳導。 空腔根據接觸層所需的厚度而可以是單一或多重波長空 腔’以得到適合的低正向電壓。上述許多結構上的變化為 可能者。一相似的結構亦可以p-與n_型材料轉換的方式而 被製造。 第3 A-F圖圖示地描述對應本發明之一實施例的流程 圖。在第3A圖中’ 一 AlxGayInzN主動區域在例如Al2〇3的 犧牲基材上被製造。在第3B圖中,一第一鏡子積材被 著至一主基材上。供附著用之技術包括結合、沉積與生成 在第3C圖中,該第一,子積材經由晶圓韓貪而被附著 AlxGayItizN主動區域上。對於一 VcSEL,直接晶圓結合應 (2W * 297 公坌) -------------^^ _!11!1 訂—------線 《請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 ' R .) ' R .) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 A7 B7 五、發明說明(9 ) 該被使用’因為具有低光學損失是重要的因素。在第3D 圖中’該犧牲基材被移除。在第3E圖中,任意的第二鏡 子積材被附著至AlxGayInzN主動區域的頂部上a在第3F圖 中’電氣接點被加到任意的第二鏡子積材或AlxGayInzNi 動區域上。形成圖案來界定元件面積並暴露接觸層亦可以 .在處理流程中被執行。 第4八-卩囷圖示地描述另一處理流程圚β在第4A圖中, 一 AlxGayInzN主動區域在一犧牲基材上方被生成。在第4Β 圖中’該第一鏡子積材被附著至AIxGayInzN主動區域上。 在第4C圖中,一主基材經由直接晶圓結合或金眉結合而 被附著至第一鏡子積材上。因為晶與結合是在光學空腔的 外部’由於晶圊厶所造成的損失較不重要。在第4D圖 中,該犧牲基材被移除。在第4E圖中,任意的第二鏡工 積材被附著至AlxGayInzN主動區域上。在第4F圖中,電氣 接點被加到任意的第二鏡子積材或AlxGayInzN主動區域 上。形成圖案來界定元件面積並暴露接觸層也可以在處理 流程中被執行。 供直接晶圓結合用之主基材的選擇是重要的,並被下 列數種性質所影孪:晳蚩僂谈、J1庚性、及應力/應變減緩β 該主基材可以選自一個包括磷化鎵(Gap)、砷化磷fGaAs)、 磷化銦(InP)、或矽(Si)之群組。對於Si,基材較佳的厚度 在1000人與50以111之間。 質量傳送在直接晶圓結合扮演一個重要的角色。在標 準皿-v至m-v的直接晶圓結合,或是m-v至介電結合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) <請先閲讀背面之注*事項再填寫本頁) ^------——訂·-----— —線· 12 A7 五、發明說明(10 中至)一表面在足夠低來維護層品質的溫度下呈現顯著 的質量傳送。相反地,AlxGayIiizN與大多數的介電封料在 與維持高In含量的AlxGayIllzN主動區域之完整性一致的溫 度下(<1GGG°C)不會進行顯著的質量傳送。在—種或兩種 « η材料中質量傳送的缺乏會阻礙晶圓的附著性。對於此 之模式是當兩種材料在結合溫度下皆呈現出顯著的質量傳 送時’兩種材料的結合可以跨越界面而重新排列成最強的 結合。當僅有一種材料呈現顯著的質量傳送時’僅此一種 材料的結合可與其他材料的表面結合對準。在此情況下, 難以形成具有高機械強度的晶圓結合。 順性是材料改變原子或巨觀級形狀而適應應力或應變 之能力。為了本發明之目的,順性被界定以藉由具有比結 σ度低的炫點之.材料’或在材料在低於結合溫度下具有 一可延展/脆化的變換之時’或於基材比〜5〇#111薄時而被 達成。 對於GaP、GaAs、及inP基材之標準瓜-V晶圓結合一 般是在400-1000Χ:的溫度下執行,於此溫度下兩種基材係 皆為順性。至少一種結合材料的順性對於晶圓結合是必須 的,因為材料具有原有的表面粗糙度與/或缺乏微觀或巨 觀級上的平坦度。在1〇001的溫度下,於環境下回火2〇 分鐘的AlxGayInzN結構會造成約2〇%PL強度的減少。因 此’期望將結合溫度保持在l〇〇〇°C以下。在Al2〇3基材上 生成以GaN為主的材料在低於1〇〇crc的溫度下不為順性。 用來製造供寬帶間隙半導體用之高反射率D-DBRs的介電 本纸張又寬適用令國國家標A (CNSM4"·規格X 297公t ) Ϊ3 --------------裝 it (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ιδ1· ;線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 442982 A7 ---SZ___ 五、發明說明(11 ) 材料在低於lootrc下典型為非順性β因此,結合/支撐基 材與/或中間結合在這些溫度下為順性是重要的β (猜先M讀背面之沒意事項再填寫本頁) 溶點是一個判定材料順性之性質。例如,對於下列材 料 ’ GaAs(Tm=1510K)、GaP(Tm=1750K)、以及 ιηΡ (Tm=133OK) ’可以瞭解順性的相對次序是Ιηρ、GaAs、Gap, 而InP是具有最大順性者。材料一般在低於熔點的溫度下 會進行可1延展/脆性轉變。在高温下這些材料的順性必須 以其中一元素的解吸附作用來被平衡。即使InP在1〇〇〇艺 下為順性’但材料會在該溫度下劇烈地分解,其係因為磷 的解吸附作用的緣故。與此類材料之結合應該被限制在比 結合期間於周圍壓力下之解吸附作用溫度約兩倍的溫度 下。因此,材料之選擇必須與所要求的順性與結合溫度兩 者皆相容。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -t · 非常薄的基材也可以是順性*例如<50仁m之薄石夕為 順性’因為即使是在高曲度半徑處,若基材非常薄則應力 小β此技術對於具有高斷裂硬度之材料非常有用,例如矽 (1127(m/mm2)或AlxGayInzN。然而’具有低斷裂硬度之材 料,例如GaAs(2500N/mm2)在操作期間容易斷裂·»對於具 有厚度>50# m的矽,即使小曲度半徑在材料中會造成高 應力,而使材料斷裂。相同的方式會應用到其他可能的基 材選擇物之材料上》 應力與應變之減緩是因為在生成於A1203上之GaN_ 的高錯配合應力,以及在AlxGayInzN與其他最適合的基材 物質間的熱膨脹係數(CTE)而惡化》與其他被晶圓結合之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公漦) 14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____K五、發明說明(l2 ) 半導體材料對照’在AlxGayInzN與其他半導體材料之間的 CTE錯配合比較大;應力藉由沿著纖鋅礦材料之a#c平面 之不同的CTE錯配合而被合成。在晶圓結合至不同基材 (GaAs CTE=5.8、GaP CTE=6.8、InP=4.5X 10.V°C)上之GaN 中的應力(CTE=5.59,a-平面/3.ΠΧ ΙΟ.6,c-平面/。〇 )需要 以局部的應力緩減為條件,因為主基材的CTE錯配合應該 緊密地配合兩GaN平面之錯配合〇此應力應該在順性材料 中,或是藉由提供局部應力缓減,例如將至少一面結合界 面形成圖案之方式而被適應,該順性材料係於中間結合層 中是軟的或在結合溫度下結合界面處為液體。中間結合層 選自一個包括含有鹵化物(例如CaFJ、ZnO、銦(In)、錫 (Sn)、鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)及 E -VI材料之合 金與介電體之群組。 電流分布對於以GaN為主的元件是另一個主要的關 聯。在p-形材料中的橫向電流分布為〜30x,小於在η-型材 料中的橫向電流分布。雖然在主動層之兩側上製造高反射 率的鏡子對於一良好的空腔是必須者,但橫向Ρ-層電流分 布之問題會因為D-DBRs的絕緣本質而變得更嚴重。一種 在P-層中改進電流分布之方式是製造導電透明半導體之複 合DBR與介電積材。該積材的半導體部分藉由增加p_層的 厚度而改善電流分布,而介電基材改進低半導體反射率, 而達到高於99%的總鏡子反射率。雖然因為n_型層具有較 高的導電度故不是很重要’但此相同的步驟可以被應用到 η-型鏡子上= 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 衣紙張尺度適用命國國家標m ;CMS)A4規烙(210 X 297公龙) 15 442 9 8 2 a? ___一 ___B7_____ 五、發明說明(13 ) 電流聚集層之加入會藉由僅將電流導入空腔中而進一 步改善電流分布,並且對於VCSEL會是必須的β該電流 聚集層可以被用到帶有或未帶有複合半導體/介電DBR之 垂直空腔光電子結構上,並且可以被加到一複合鏡子之半 導體部分中。雖然電流聚集層會被包括在封閉層之ρ_與η_ 層兩層中’但因為較低的導電度,故此在ρ-封閉層中是最 有效的。 若一 D-DBR被附著到主動區域的兩側上時,則支撐 基材為必要者,因為原本的主基材必須被移除。有數種用 以移除藍寶石基材的方法,該藍寶石典型被作為生長基 材。於下概述的方法僅為可以被用來移除生長基材之技術 的子集,該生長基材以可以是除了藍寶石以外之材料。 在雷射溶化中,一種由Wong,et a〗,與Kelley, et al.,所 揭露具有一波長係對於藍寶石基材會呈透明,但對於相鄰 於基材之半導體層則否之雷射的技術會照亮該結構的背面 (藍寶石側)》雷射能量不能貫透相鄰的半導體層。若雷射 能量足夠,相鄰於藍寶石基材之半導體層會加熱到其分解 點。對於GaN是與藍寶石基材相鄰之層的情況,位於界面 處之層會分解成Ga與N,而留下在界面後的Ga« Ga金屬 接著會被熔化,並且藍寶石基材會被從該層結構的剩餘部 分上移除。相鄰於藍寶石基材之層的分解會視雷射能量、 波長、材料分解溫度、及材料吸收而定。藍寶石基材藉由 此種技術而被移除,而使得D-DBR能夠附著至主動區域 的其他側上。然而,重要的是,VCSEL界面有最小的損 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐) (請先Mtl背面之注意事項再填寫本頁> 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 耗(<0·5%)並非常的平滑’而使空腔的共振特性增加到最 大。此雷射溶化技術具有許多會使雷射界面缺乏VCSel 需要的平坦度之設計變因。此外,VCSELs具有非常緊密 的厚度約束。有數種雷射可以被用來減緩這些問題之方 式。 與犧牲生長基材相鄰之層被界定成一犧牲層,若該層 的厚度會使其將因雷射而被完全地分解·>在文獻(w〇ng,et al.)中所發表的結果表示將會被完全地分解的層厚度為 5 0 0 A ’但是此數值將根據雷射能量、雷射波長、及與基 材相鄰之層的吸收與材料分解溫度。相鄰於犧牲層為阻絕 層之層(相對於該基材)被選擇,其係為阻絕層,以具有較 高的分解溫度或在雷射波長下具有比犧牲層底的吸收。因 為阻絕層具有較高的分解溫度或是低吸收,故其將會被雷 射能量大大地影響。在此結構中’犧牲層被雷射分解,而 在具有較高的分解溫度或較低的吸收的阻絕層處留下一陡 變界面。接著’該阻絕層亦可以被蝕刻、氡化與蝕刻,或 是使用具有不同能量與波長之雷射而分解。 較佳的層組合是 GaN/ALGahN、InGaN/AlxGtxN、 及InGaN/GaN。在GaN/ALGakN組合的情況下,GaN犧牲 層將會因雷射而分解,但AlxGa^N阻絕層將不受到影響。 AlxGa卜XN接著可以運用選擇性濕式化聲姓刻來被蝕刻 掉’以在平滑的AlxGayInzN界面上停止。另一方面,若上 述的GaN層未被完全地分解,留下的GaN可以被蝕刻掉。 因為厚的緩衝層需要在GaN生成的開始,且VCSEL層界面 ’國國家標革(CNS)A4規格(210 X 297公爱} ----------I--裝-------訂·------- -線 (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 17 4429 82 A7 B7 五、發明說明(l5 ) 需要是被控制的厚度且非常的平滑,此技術可以是特別有 用者。 一特別層的厚度可以藉由使用一層或多層犧牲層與阻 絕層來被修裁。藉由雷射熔化與選擇性濕式化學蝕刻,屠 對可以被分解並依序被蝕刻,直至到達所欲的厚度。一較 佳層結合為GaN/AlxGa^N ’在此GaN為犧牲層並且 AkGa^N阻絕層可以被選擇地濕式化學蝕刻。 有另外其他移除生成長材的方法》—種方法是使用可 以運用濕式化學蚀刻而被選擇地蚀刻之A1N » A1N會被用 來作為一犧牲層,在此AlxGayInzN層可以從主基材上藉由 使用A1N選擇性蝕刻被移除,以底切該結構。另一方面, A1N層可以使用濕式氧化方法在升高的溫度下被氧化。接 著,A1N-氧化物可以使用例如HF的蝕刻劑而杜刻掉。在 另一方法中,基材可以被剝離’例如以輕質離子植入材料 中。此種方法會在一定的深度處產生缺陷。當基材被加熱 時’材料會透過錯位而選擇地裂開,並且基材被與主動層 分離。經由化學蝕刻劑底切ZnO或其他介電緩衝層可以被 用來從AlxGayInzN層上移除基材。此技術可以被應用到2_ D或3-D生長技術(例如Si02或其他在ELOG中所使用的介 電體),在此AlxGayInzN層橫過基材是連績的或是僅在經 形成圖案區塊t為連續的。
介電DBRs已經被沉積生成在藍寶石基材上的 AlxGayInzN主動區域上。DBR/AlxGayInzN主動區域結構接 著被晶圓結合至主基材上。在情形1中,DBR/AlxGayInzN 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) <請先閱婧背面之注意事項再填寫本頁)
· n n n n n n n^DJI n n 1 ki I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -n n n ϋ I l n n , 18 A7 A7 五、發明說明(1<5 ) B7 主動區域結構被直接晶圓結合至Gap主基材上(參見第3 圖)。在情形2令,DBR/AlxGayInzN主動區域結構經由一中 間CaF〗層而被晶圓結合至一 Gap主基材上(第3圖,在此中 間層未顯示)。在情形3中,D-DBR在一主基材(GaP)上被 沉積’並被直.接晶圓結合至一 AlxGayInzN主動區域上(第4 圖)。對於情形1與3 ’經結合的面積比情形2小很多,因為 沒有使用中間層》第5圖顯示對於情形i結構之結合界面的 掃描式電子顯微鏡(SEM)橫截面影像。該界面平滑並且在 此倍率下未見到空隙__在情形4中,該 動區域結構經由一層由CrAuNiCu合金所構成的金屬中間 層而被結合至一主基材上。第6圖顯示情形4的SEM橫截 面’藍寶石基材已經被移除,且一第二D-DBR在相對於 第一D-DBR之AlxGayInzN主動區域的側邊上被沉積。對於 所有的元件’ D-DBR積材為Si02/Hf02,並且藍寶石基材 使用雷射熔化技術被移除。第7圊顯示來自第6圖所述之元 件從400-500nm的光學發射光譜=> 典型的高峰為一垂直空 腔結構之特徵。 裝--------訂-------*線 (請先閲讀背面之注意事項再填罵本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件標號對照表 12 基材 14 第一鏡子積材 16 晶園結合界面 18 Α1χΟ\ΙηζΙν^動區域 18a η-型層 18b p-型層 20 第二鏡子積材 本紙張.义变適用中 國國家標丑(CNS).A4規格(210 X 297公釐) 19 -
Claims (1)
- 8888 ABCD 442982 六、申請專利範圍 1' 一種用以製造結構之方法,其包含下列步 驟: 將一主基材附著至一第一鐃子積材上; 在一犧牲生長基材上製造一 AlxGayInzN結構; 產生一晶圓結合界面; 藉由雷射溶化而移除該犧牲生長基材:以及 在該八1〇3>2>1結構上沉積電氣接點。 2.如申請專利範園第1項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法,其中該藉由雷射熔化移除該犧牲生長基材之 步驟包含下列步驟: 重複進行N次,在此N21, 在該AlxGayInzN結構與該犧牲生長基材之間生成 具有一分解溫度之犧牲層,並且 連接一具有比該犧牲層高的分解溫度之阻絕層; 以及 以經選擇的雷射波長施加雷射,其中該犧牲生長 基材對於該雷射波長為透明者》 3·如申請專利範圍第2項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法’其中該N犧牲層具有一厚度,使得該層被分 解。 4·如申請專利範圍第3項所述之用以製造AIxGayInzN結構 之方法,其係進—步包含蝕刻N阻絕層之步驟》 5-如申請專利範圍第2項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法’其中該犧牲層為鎵氮化物並且該阻絕層為 本氏張尺度過用中國國私標準(CNS)A4規格⑵〇χ297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 ------訂---------線 — 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印^f -20- 經-部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ8 B8 CS -----一· _____ 08__ 六、申請專利範圍 AlxGayInzN。 6‘如申请專利範圍第1項所述之用以製造AixGayInzN結構 之方法,其中該藉由雷射熔化來移除該犧牲生長基材 之步驟包含下列步驟: 重複進行N次,在此Ngi, 在該AlxGayInzN結構與該犧牲生長基材之間生成 一犧牲層,並且 連接一阻絕層;以及 以經選擇的雷射波長施加雷射,其中該阻絕層在 該經選擇的雷射波長下具有一吸收強度,並且該犧牲 基材對於該經選擇的雷射波長為透明者。 7.如申請專利範圍第6項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法’其中該N犧牲層具有一厚度’使得該層被分 解。 8·如申請專利範圍第7項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法’其係進一步包含餘刻該N阻絕層之步驟。 9. 如申請專利範圍第6項所述之用以製造AlxGayInzN結構 之方法’其中該犧牲層為鎵氮化物並且該阻絕層為 AlxGayInzN。 10. —種用以製造AlxGayInzN結構之方法,其係包含下列 步驟: 將一 AlxGayInzN結構製造至一犧牲生長基材上; 在一 AlsGayInzN結構之頂部上沉積一第一鏡子積 材; ^--------t---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一 21 8888 ABCC 申請專利範圍 將一主基材晶圓結合至該第一鏡子積材上,以產 生一晶園結合界面; 藉由雷射熔化來移除該犧牲生長基材;以及 在該八1)(〇^7111#結構上沉積電氣接點。 如申請專利範圍第10項所述之用以製造AlxGayInz]s^ 構之方法’其令該藉由雷射熔化移除該犧牲生長基材 之步驟包含下列步驟: 重複進行N次,在此Ngl, 在該AlxGayInzN結構與該犧牲生長基材之間生成 具有一分解溫度之犧牲層,並且 連接一具有比該犧牲層高的分解溫度之阻絕層; 以及 以經選擇的雷射波長施加雷射,其中該犧牲生長 基材對於該雷射波長為透明者。 12. 如申請專利範圍第11項所述之用以製造AlxGayInzNg 構之方法,其中該]^释牲層具有一厚度,使得該層被 分解。 13. 如申請專利範圍第12項所述之用以製造A1xGayInzNg 構之方法,其係進一步包含蝕刻該N阻絕層之步驟。 14. 如申請專利範圍第u項所述之用以製造結 構之方法’其中該犧牲層為鎵氮化物且該阻絕層為 AlxGayInzN » 15. 如申請專利範圍第1〇項所述之用以製造A^GayInzNg 構之方法,其中該藉由雷射熔化來移除該犧牲生長基 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) <請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) ---I I f I I ^------I--^ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22六、申請專利範圍 材之步驟包含下列步驟: 重複進行N次,在此Ngl, 在該AlxGaylnzN結構與該犧牲基材之間生成一犧 牲層,並且 連接一阻絕層;以及 以經選擇的雷射波長施加雷射’其中該阻絕層在 該經選擇的雷射波長下具有一吸收強度,並且該犧牲 生長基材對於該經選擇的雷射波長為透明者。 16. 如申請專利範圍第15項所述之用以製造AlxGayInzN結 構之方法,其中該N犧牲層具有一厚度,使得該層被 分解。 17. 如申請專利範圍第16項所述之用以製造 構之方法,其係進一步包含蝕刻該N阻絕層之步驟。 18. 如申請專利範圍第15項所述之用以製造 構之方法’其中該犧牲層為鎵氮化物且該阻絕層為 AlxGayIiizN。 -------------裝--------訂.--------線 (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 23
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