隨著激光技術(shù)發(fā)展，研發(fā)出紅色波長和紅外波長的更高效的燈泵浦固體激光器設(shè)計，但是這些技術(shù)對于藍色激光器和綠色激光器仍然是挑戰(zhàn)。為了提高這些可見激光的效率，利用高功率二極管(或者半導體)激光器。由纖維鋅礦AlGaInN物質(zhì)系統(tǒng)制作出僅對直接藍色和綠色可行的激光二極管結(jié)構(gòu)。通過GaN在諸如Si、SiC、和藍寶石的異質(zhì)基板上的異質(zhì)外延生長控制由GaN相關(guān)的材料制造的發(fā)光二極管。激光二極管設(shè)備在如此高電流密度下操作，使得與異質(zhì)外延生長相關(guān)聯(lián)的晶體缺陷不可接受。因此，極低缺陷密度、自立式GaN基板已變?yōu)镚aN激光二極管制造的基板的選項。令人遺憾地，這種基板成本高并且效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方式提供了制作半導體激光二極管的方法。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實例的激光二極管的簡化示圖。

圖2a-圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實例的管芯擴展的激光二極管的簡化示圖。

圖3a是實施例中具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿m方向?qū)实那惑w的c平面極性激光二極管的示意圖。

圖3b是實施例中具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿c方向的投影對準的腔體的半極性激光二極管的示意圖。

圖4是實施例中脊形激光二極管的示意性截面。

圖5是實施例中選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的頂視圖。

圖6是實施例中用于外延制作的簡化過程流。

圖7是實施例中選擇性區(qū)域粘結(jié)的簡化側(cè)視圖。

圖8是實例中具有有源區(qū)(active region)保護的外延制作的簡化過程流。

圖9是實例中在粘結(jié)之前具有有源區(qū)保護并且具有脊形形成的外延制作的簡化過程流。

圖10a是實例中的固定PEC底切的簡化示圖(頂視圖)。

圖10b是實例中的固定PEC底切的簡化示圖(側(cè)視圖)。

圖11a是實例中具有金屬固定器的可轉(zhuǎn)移的臺面的頂視圖。

圖11b是實例中的金屬固定器的截面圖。

圖11c是實例中在利用金屬固定器的PEC蝕刻期間形成的示意性電路。

圖12是實例中的被處理以充當基臺的載體晶圓的簡化示圖。

圖13是實例中具有兩種尺寸的管芯擴展的選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的頂視圖。

圖14是實例中針對典型激光二極管器件的處理步驟和材料輸入的流程圖。

圖15是實例中針對利用外延轉(zhuǎn)移至載體晶圓制作的低成本激光器件的處理步驟和材料輸入的流程圖。

圖16是示出實例中的能夠以給定管芯節(jié)距在基板上處理的激光器件的數(shù)目的表。

圖17是實例中的在100mm直徑的載體晶圓上針對各種基板尺寸的可粘結(jié)區(qū)域的示圖。

圖18是示出實例中的在外延轉(zhuǎn)移至載體之后能夠在50微米寬的管芯上處理的激光器件的數(shù)目的表。

圖19是示出實例中的用于將小區(qū)域GaN基板制作為芯片規(guī)模封裝件的過程流的示圖。

圖20是實例中的將由GaN晶圓制作的典型激光器管芯與在轉(zhuǎn)移的激光器管芯上制作并且從載體晶圓單片化的激光器件相比較的示意圖。

圖21示出用于本發(fā)明的實施方式的外延結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，用于c平面激光器的另外常規(guī)的外延設(shè)計包含犧牲層和n接觸層，犧牲層和n接觸層促進根據(jù)本發(fā)明的外延器件層的轉(zhuǎn)移并且與轉(zhuǎn)移的器件的暴露的n側(cè)面點接觸。

圖22示出用于本發(fā)明的實施方式的外延結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中，期望轉(zhuǎn)移的外延器件層的兩側(cè)利用透明導電氧化物包覆。

圖23示出利用AlGaN包覆的常規(guī)的c平面激光二極管的外延結(jié)構(gòu)的示意性圖示和實例，在實例中，薄外延結(jié)構(gòu)從原始基板轉(zhuǎn)移并且非外延、低折射指數(shù)包覆通過沉積透明導電氧化層應(yīng)用于腔體的兩側(cè)。

圖24示出使用商業(yè)可獲得的光模解決實例中的軟件封裝模擬的TCO包覆c平面激光器的限制因子的曲線圖。虛線對應(yīng)于常規(guī)c平面激光二極管結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的限制因子。TCO包覆和c平面數(shù)據(jù)均對應(yīng)于在圖1中示出的結(jié)構(gòu)。其他實施方式包括非極性或者半極性取向。

圖25是具有雙導電氧化物包覆的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如GaN的n型含鎵和氮的材料中的脊部形成。

圖26是具有雙倍導電氧化物包層的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如GaN的p型含鎵和氮的材料中的脊部形成。

圖27是具有雙導電氧化物包層的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如GaN的n型和p型含鎵和氮的材料中的脊部形成。

圖28是示出了由TCO形成的脊部的實例。

圖29示出用于制造單片集成的多發(fā)射器帶激光器件，常常稱作激光棒的標準方法。

圖30是根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件的一個實施方式的示意性截面，其中，激光條帶并聯(lián)電連接。

圖31示出根據(jù)本發(fā)明在圖30中示出的多發(fā)射器激光器件的實施方式的頂視圖。

圖32是根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件的實施方式的示意性截面，其中，激光條帶串聯(lián)電連接。

圖33是根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件的實施方式的示意性截面，其中，激光條帶電氣獨立地可訪問。

圖34示出在根據(jù)本發(fā)明的圖33中示出的多發(fā)射器激光器件的實施方式的頂視圖。

圖35示出針對根據(jù)本發(fā)明的圖31、圖32、及圖33中示出的多發(fā)射器激光器件的三個實施方式的示意性等效電路。

圖36示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的外延晶圓上的單獨的激光條帶在轉(zhuǎn)移至載體晶圓之前之間的幾何關(guān)系。

圖37是根據(jù)本發(fā)明的選擇性區(qū)域粘結(jié)過程的簡化頂視圖并且示出了經(jīng)由選擇性區(qū)域粘結(jié)的管芯擴展過程，產(chǎn)生多發(fā)射器激光器件。

圖38示意性地示出本發(fā)明的一個實施方式，針對根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件的發(fā)射器足夠緊密地隔開以共享共用的光學組件。

圖39示出頂視圖示例性實施方式，示出了根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件利用單個光學元件。

圖40是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的RGB激光器芯片的示圖。

圖41是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的RGB激光器芯片的示圖。

圖42是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于將來自多個外延晶圓的管芯粘結(jié)至相同載體晶圓的處理的示意圖。

圖43是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于將來自多個外延晶圓的管芯粘結(jié)至相同載體晶圓的處理的示意圖。

圖44示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于將獨立可訪問的包含多個管芯的激光器芯片的布局的示意圖。

圖45示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于將獨立可訪問的包括包含多個管芯的金屬通孔的激光器芯片的布局的示意圖。

圖46示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于將獨立可訪問的包含多個管芯的激光器芯片的布局的示意圖。

圖47示意性地描述了實例中針對GaN基發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)的能量轉(zhuǎn)換效率和輸入功率密度。

圖48示意性地描述了本發(fā)明的實例。

圖49示意性地描述了本發(fā)明的替代實例。

圖50示意性地描述了本發(fā)明的替代實例。

圖51是實例中集成的、低成本的激光基光模塊的示意性截面圖。

圖52示意性地描述了來自一個或多個藍色激光器的光的實例。

圖53示意性地描述了本發(fā)明的替代實例中的集成的、低成本的激光基光模塊的替換裝置。

圖54示意性地描述了本發(fā)明的實例中的集成照明裝置。

具體實施方式

本發(fā)明的實施方式提供了制作半導體激光二極管的方法。通常這些器件使用外延沉積制作，接著是外延基板和上覆外延材料上的處理步驟。以下是這些器件的典型構(gòu)造和制作的總體描述。

可以參考下文提供的以下附圖描述。

圖1是處理之后的本技術(shù)領(lǐng)域的GaN基激光二極管的側(cè)視圖示圖。在包含原始的鎵和氮的外延基板100上制作激光二極管，通常，該激光二極管具有外延n-GaN和n-側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p-側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片(pad)層105。標記了激光器管芯節(jié)距。在該器件設(shè)計中，浪費了未直接位于激光器脊部下方的所有外延材料。在實例中，n型包覆層可以由GaN、AlGaN、或InAlGaN構(gòu)成。

圖2a-圖2b是管芯擴展過程之前的含鎵和氮的外延晶圓100以及管芯擴展過程之后的載體晶圓106的側(cè)視圖示圖。該圖示出了大概五倍的擴展和由此從僅含鎵和氮的基板和上覆外延材料能夠制作的激光二極管的數(shù)目的五倍的增加。出于示例性之目的，包括典型的外延和處理層，且典型的外延和處理層包括n-GaN和n-側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p-側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片層105。此外，在管芯擴展處理中，使用犧牲區(qū)107和粘結(jié)材料108。

圖3a是具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿m方向?qū)实那惑w的c平面極性激光二極管的示意圖。示出的是具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿m方向?qū)实那惑w的c平面激光二極管的簡化示意圖。激光條帶區(qū)域通過基本上沿著基本垂直于a方向的m方向的投影的腔體取向而表征。激光條帶區(qū)域具有第一端107和第二端109并且形成在m方向上具有面向彼此的一對切割的反射鏡結(jié)構(gòu)的(0001)c平面含鎵和氮的基板上。

圖3b是具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿c方向的投影對準的腔體的半極性激光二極管的示意圖。示出的是具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿c方向的投影對準的腔體的半極性激光二極管的簡化示意圖。激光條帶區(qū)域通過基本上沿著基本垂直于a方向的c方向的投影的腔體取向而表征。激光條帶區(qū)域具有第一端107和第二端109并且形成在c方向上具有面向彼此的一對切割的反射鏡結(jié)構(gòu)的半極性含鎵和氮的基板上。在實例中，半極性取向可以由{50-51}、{30-31}、{20-21}、{30-32}、{50-5-1}、{30-3-1}、{20-2-1}、或者{30-3-2}取向組成，或者這些取向+/-10度內(nèi)朝向c方向和/或a方向的切割。在其他實施方式中，含鎵和氮的基板可以是非極性基板，諸如m平面基板。

圖4是實例中的脊形激光二極管的示意性截面，并且示出圖示了本技術(shù)領(lǐng)域的激光二極管結(jié)構(gòu)的簡化示意性截面圖。該圖僅僅是一個實例，該實例不應(yīng)過度限制本文權(quán)利要求的范圍。如圖所示，激光設(shè)備包括氮化鎵基板203，其具有底層n型金屬背接觸區(qū)201。在實施方式中，金屬背接觸區(qū)由合適的材料制成，諸如下述那些以及其他材料。在實施方式中，該器件還具有上覆的n型氮化鎵層205、有源區(qū)207、以及被構(gòu)造成激光條帶區(qū)域211的上覆p型氮化鎵層。此外，除了其他特征，該器件還可以包括n側(cè)分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)、p側(cè)引導層或SCH、p-AlGaN EBL。在實施方式中，該器件還具有p++型氮化鎵材料213，以形成接觸區(qū)。

圖5是選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的簡化頂視圖并且示出了經(jīng)由選擇性區(qū)域粘結(jié)的管芯擴展處理。含原始鎵和氮的外延晶圓201已具有外延材料的獨立管芯以及通過處理限定的釋放層。單獨的外延材料管芯被標記202并且以節(jié)距1間隔開。圓形載體晶圓200已制備有圖案化的粘結(jié)墊203。這些粘結(jié)墊以節(jié)距2間隔開，該節(jié)距2是節(jié)距1的偶數(shù)倍，使得在選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的各個反復操作中能夠粘結(jié)所選擇組的外延晶圓。選擇性區(qū)域粘結(jié)處理反復操作繼續(xù)，直到所有外延晶圓已被轉(zhuǎn)移至載體晶圓204?，F(xiàn)在，可選地，可以制備含鎵和氮的外延基板201以用于再利用。

在實例中，圖6是用于外延制作的過程流的簡化示圖，包括管芯擴展過程中的示例性外延制作過程流的側(cè)視圖示圖。含鎵和氮的外延基板100和上覆的外延材料被限定在單個管芯中，粘結(jié)材料108被沉積，并且底切犧牲區(qū)107。出于示例性之目的，包括典型的外延層，并且典型的外延層是n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、以及p-GaN和p側(cè)包覆層103。

在實例中，圖7是實例中的選擇性區(qū)域結(jié)合過程的側(cè)視圖的簡化示圖。所制備的含鎵和氮的外延晶圓100和所制備的載體晶圓106是該過程的起始部件。第一選擇性區(qū)域粘結(jié)反復操作轉(zhuǎn)移外延晶圓的部分，且根據(jù)需要重復另外的反復操作以轉(zhuǎn)移所有外延管芯。一旦完成管芯擴展處理，則能夠繼續(xù)在載體晶圓上執(zhí)行本技術(shù)領(lǐng)域的激光器處理。出于示例性之目的，包括典型的外延層和處理層，且該典型的外延層和處理層為n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片層105。此外，在管芯擴展處理中，使用犧牲區(qū)107和粘結(jié)材料108。

在實例中，圖8是具有有源區(qū)保護的外延制作過程的簡化示圖。所示出的是可替代的外延晶圓制作過程流的側(cè)視圖，在該處理期間，在任何PEC底切蝕刻步驟期間使用側(cè)壁鈍化來保護有源區(qū)。該過程流允許更廣泛地選擇犧牲區(qū)材料和成分。出于示例性之目的，包括典型的基板、外延層以及處理層，并且典型的基板、外延層以及處理層是含鎵和氮的基板100、n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片層105。此外，在管芯擴展處理中，使用犧牲區(qū)107和粘結(jié)材料108。

在實例中，圖9是在結(jié)合之前具有有源區(qū)保護和脊部形成的外延制作過程流的簡化示圖。所示出的是可替代的外延晶圓制作過程流的側(cè)視圖，在該處理期間，在任何PEC底切蝕刻步驟期間使用側(cè)壁鈍化來保護有源區(qū)并且在轉(zhuǎn)移之前在密集的外延晶圓上限定激光器脊部。該過程流通過對密集的外延晶圓執(zhí)行額外的處理步驟，潛在地允許節(jié)約成本。出于示例性之目的，包括典型的基板、外延層以及處理層，并且典型的基板、外延層以及處理層是含鎵和氮的基板100、n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片層105。此外，在管芯擴展處理中，使用犧牲區(qū)107和粘結(jié)材料108。

圖10a是固定PEC底切的簡化實例(頂視圖)。所示出的是在窄臺面(mesa)的選擇性區(qū)域粘結(jié)期間的可替代釋放處理的頂視圖。在本實施方式中，在沉積粘結(jié)金屬303之前，使用自上向下的蝕刻來蝕刻掉區(qū)域300。然后，使用PEC蝕刻來底切比犧牲層的橫向蝕刻距離更寬的區(qū)域301。在選擇性區(qū)域粘結(jié)處理期間，犧牲區(qū)302保持完整并且用作機械支撐。如在“狗骨式(dog-bone)”版本中，諸如這些的固定能夠被放置在窄臺面的末端。固定也能夠被放置在臺面的多側(cè)(參見半島固定)，使得它們經(jīng)由底切并且將在轉(zhuǎn)移期間優(yōu)先折斷的窄連接304附接至臺面。充當應(yīng)力集中器305的幾何特征能夠被增加至將發(fā)生折斷的該固定處以進一步限制。粘結(jié)媒介也能夠部分地延伸至該固定上以防止靠近臺面的折斷。

圖10b是實例中的固定PEC底切的簡化示圖(側(cè)視圖)。所示出的是固定PEC底切的側(cè)視圖。為便于機械支撐，在外延管芯的各端處包括犧牲區(qū)支柱，直至完成該粘結(jié)處理。在粘結(jié)之后，外延材料將切割在粘結(jié)墊與完整的犧牲區(qū)之間的未支撐的薄膜區(qū)域，使能夠執(zhí)行選擇性區(qū)域粘結(jié)處理。出于示例性之目的，包括典型的外延層和處理層，且該典型的外延層和處理層為n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p側(cè)包覆層103、絕緣層104、以及接觸/墊片層105。此外，在管芯擴展處理中，使用犧牲區(qū)107和粘結(jié)材料108。外延材料從含鎵和氮的外延晶圓100被轉(zhuǎn)移至載體晶圓106。下面將更為具體地描述本方法和結(jié)構(gòu)的進一步細節(jié)。

圖11a示出GaN外延材料的可轉(zhuǎn)移臺面的實例的平面示意圖，其中，金屬固定器橋接在臺面的頂部上的粘結(jié)金屬與蝕刻區(qū)段中的陰極金屬之間。

圖11b呈現(xiàn)金屬固定器的位置處的可轉(zhuǎn)移GaN臺面的實例的截面圖。在此，臺面通過化學蝕刻形成并且包括p型包覆層、光電器件的發(fā)光層、n型包覆層、包括犧牲層和犧牲層下面的n型GaN外延層的一部分的量子阱。p接觸金屬首先沉積在p型GaN上以利用p型GaN形成高質(zhì)量電氣接觸。然后，第二金屬堆疊圖案化并且沉積在臺面上，覆蓋p接觸金屬。第二金屬堆疊由n接觸金屬以及充當臺面粘結(jié)墊以及陰極金屬兩者的相對厚的金屬層構(gòu)成，n接觸金屬與犧牲層下面的n型GaN形成良好的電氣接觸。粘結(jié)/陰極金屬還形成覆蓋臺面的邊緣并且提供臺面頂部與基板之間的連續(xù)的連接的厚層。在犧牲層通過選擇性光化學蝕刻移除之后，厚金屬提供機械支撐以使臺面保留在GaN晶圓上的適當?shù)奈恢弥敝吝M行至載體晶圓的粘結(jié)。

圖11c是使用金屬固定器的器件中在犧牲層的光電化學[PEC]蝕刻期間電荷流動的示意圖。可以選擇性地蝕刻犧牲層，即使泵浦光由有源區(qū)吸收。當空穴轉(zhuǎn)移至蝕刻溶液時，通過在晶圓表面分解AlInGaN材料實現(xiàn)PEC處理中的蝕刻。然后，這些空穴在溶液中與在陰極金屬界面從蝕刻溶液提取的電子重新結(jié)合。因此獲得電荷中性。通過使陽極與陰極電短路實現(xiàn)選擇蝕刻。器件發(fā)光層中產(chǎn)生的電子空穴對通過p-n結(jié)的電場從發(fā)光層清除。因為空穴從有源區(qū)清除，所以存在很少或沒有發(fā)光層的蝕刻。載流子的積累產(chǎn)生電勢差，該電勢差驅(qū)動載流子通過金屬固定器，載流子在金屬固定器處重新結(jié)合。犧牲區(qū)中的平帶條件導致空穴的積累，空穴的積累導致犧牲層的快速蝕刻。

圖12是被處理以充當基臺的載體晶圓的簡化示圖。處理載體晶圓402，使得背側(cè)包含可以是環(huán)氧樹脂、金-錫焊料等的粘結(jié)介質(zhì)401。還利用使載體晶圓與覆蓋層電絕緣的第一鈍化層403來處理載體。導電性粘結(jié)墊405覆蓋鈍化層并且允許經(jīng)由探針或引線粘結(jié)粘結(jié)電接入在激光器管芯轉(zhuǎn)移處理期間所使用的粘結(jié)墊108。在激光器管芯406的轉(zhuǎn)移之后，加入覆蓋在管芯上圖案化的激光器件以及底側(cè)接觸片405的一部分的第二電氣接觸和粘結(jié)墊層407。第二鈍化層408使兩個粘結(jié)墊分離。

圖13是實例中具有兩種尺寸的管芯擴展的選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的頂視圖?；?01利用可轉(zhuǎn)移的管芯903圖案化。載體晶圓902在基板上以大于管芯節(jié)距的第二和第四節(jié)距兩者利用粘結(jié)墊904圖案化。在第一粘結(jié)之后，激光器管芯的子組被轉(zhuǎn)移到載體。在第二粘結(jié)之后，轉(zhuǎn)移完整行的管芯。

圖14是實例中針對典型激光二極管器件的處理步驟和材料輸入的流程圖。在此，GaN基板沉積以形成LD器件晶圓。在晶圓前側(cè)制作激光器脊部、以及鈍化層和電氣接觸層。然后使晶圓薄化，去掉晶圓的大部分厚度。處理背面電觸點。然后劃刻并切割晶圓以形成刻面(facet)，添加刻面涂層并且測試激光器件用于品質(zhì)保證。然后將激光棒單片化為單獨的管芯并且附接至基臺。用于GaAsP基的激光器的處理流程將基本類似。

圖15是實例中針對利用外延轉(zhuǎn)移至載體晶圓制作的低成本GaN激光器件的處理步驟和材料輸入的流程圖。在此，GaN基板沉積以形成LD器件晶圓。處理激光器管芯為轉(zhuǎn)移作準備。然后使激光器管芯轉(zhuǎn)移至載體晶圓。然后在載體的管芯上制作激光器脊部、鈍化層和接觸。在使用蝕刻的刻面的情況下，在晶圓上測試器件。然后使載體單片化為單獨的管芯。用于GaAsP基的激光器的處理流程將基本類似。

圖16是示出能夠以給定管芯節(jié)距在基板上處理的激光器件的數(shù)目的表。表示出直徑為25.4mm、32mm的圓形晶圓和2x2cm²正方形晶圓的三種幾何形狀的基板。隨著管芯節(jié)距減小，基板上能夠處理的器件的密度顯著地增加。

圖17是在100mm直徑的載體晶圓1001上針對各種基板尺寸的可粘結(jié)區(qū)域的示圖。在該構(gòu)造中，管芯擴展僅發(fā)生在一種尺寸中?？赡苻D(zhuǎn)移的數(shù)目由基板相對于載體的尺寸和形狀固定。示出了幾個實例，包括25.4mm直徑的晶圓1002、32mm直徑的晶圓1003和2x2cm²的基板1004。

圖18是示出能夠在以各種第二節(jié)距外延轉(zhuǎn)移至載體之后在約50微米寬的管芯上處理的激光器件的數(shù)目的表。第二節(jié)距，例如，載體中的管芯節(jié)距相對于基板上的節(jié)距確定管芯在基板上每個轉(zhuǎn)移步驟可以轉(zhuǎn)移的部分。因此，根據(jù)第一節(jié)距和第二節(jié)距的尺寸，載體晶圓可以包含多個基板、一個基板或者僅單個基板的部分的管芯。

圖19示出了從基板上的外延膜至最終應(yīng)用的制作GaN基激光二極管器件的過程流的繪畫圖示。管芯可以在32mm GaN晶圓上制作然后轉(zhuǎn)移至100mm SiC基板。在管芯加工到激光器件中之后，SiC載體單片化為單獨的激光器芯片，單獨的激光器芯片準備安裝在諸如顯示器、用于普通照明的光源、投影儀以及汽車頭燈等的各種應(yīng)用中。在該實例中，具有約70微米的第一節(jié)距的約50微米寬的臺面可以以約490微米的第二節(jié)距轉(zhuǎn)移至載體晶圓。

圖20示出了在基臺上的典型激光器管芯1102和本發(fā)明的器件1101的示意圖。在基臺上的管芯可以是在薄型化為約75微米并且切割為約1.2mm長和約150微米寬的激光器管芯的GaN基板上制作的約1.2mm長乘以約30微米寬的激光器脊部。然后，這些管芯被附接至利用電氣隔離的引線粘結(jié)墊圖案化的更大基臺。引線粘結(jié)墊經(jīng)由引線粘結(jié)和焊料連接分別電氣連接至激光器管芯的頂部和底部。在芯片規(guī)模的器件中，約50微米寬乘以約1.2mm長乘以約2微米厚的激光器管芯的陣列被轉(zhuǎn)移至SiC載體晶圓，使用晶圓規(guī)模的光刻處理制作電連接和引線粘結(jié)墊。所獲得的芯片為約1.2mm長乘以約0.5mm寬，然而應(yīng)注意，能夠通過調(diào)整在載體晶圓上的激光器管芯陣列的節(jié)距來縮放所獲得的芯片的尺寸。在兩個器件中，能夠通過引線粘結(jié)或經(jīng)由諸如彈簧針(pogo-pin)、彈簧卡子等的可拆卸連接進行對墊片的電氣接觸。

相對于AlInGaN激光器件，這些器件包括含鎵和氮的基板(例如，GaN)，但是該基板包括在極性c平面{0001}方位中(可以是諸如非極性的或者半極性的其它的)定向的表面區(qū)域。該器件還具有包括上覆表面區(qū)域的InGaN的含鎵和氮的材料。如本文中所使用的，術(shù)語“基板”可指大塊基板或者可包括諸如含鎵和氮的外延區(qū)域的上覆生長結(jié)構(gòu)、或者諸如n型GaN的功能區(qū)、組合等。

GaN發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)通常在c平面定向基板上生產(chǎn)。在LED的情況下，LED通常是GaN模板，即在化學上不同的基板上異質(zhì)外延生長的薄的GaN膜。例如，GaN膜可以在藍寶石、SiC、硅和尖晶石等上生長。在這種情況下，GaN膜的方位通過基板的晶體結(jié)構(gòu)和方位確定并且GaN層的缺陷率通過GaN與基板之間的晶格失配以及GaN層的生長的細節(jié)確定。在激光二極管的情況下，模板中發(fā)現(xiàn)的高密度擴展缺陷導致不能接受的高失敗率。首先通過使用側(cè)向外延增生產(chǎn)生具有減小缺陷密度的大區(qū)域的模板解決該問題。本領(lǐng)域現(xiàn)狀是使用通過氫化物汽相處延或者氨熱生長減小的缺陷密度晶錠的生長產(chǎn)生的塊GaN基板。在兩種情況下，可以生產(chǎn)相對大的(例如，通常兩英寸直徑或者更大的)GaN晶圓，該GaN晶圓的均勻分布的缺陷的密度相對低。c平面晶圓上的生長對于在非極性和半極性定向GaN晶圓上的生長的有利方面僅在于兩英寸和更大的直徑c平面晶圓目前可用，并且非極性和半極性方位由于它們從c平面定向晶錠的橫切導致在尺寸上通常受限制。

沒有斜切(offcut)的C平面GaN晶圓主要定向，其中，表面法線平行于纖維鋅礦晶格的[0001]方向。晶圓可以具有斜切，其中，晶圓的表面法線朝向<11-20>或者<10-10>方向的一個或者組合傾斜。對于任意的斜切方向，一般地，傾斜指定朝向<11-20>和<10-10>族中發(fā)現(xiàn)的正交對的方向。例如，[10-10]和[1-210]正交并且可以用來指定任意的斜切。通常，斜切將主要地朝向<11-20>或者<10-10>方向的僅一種，其中，僅相對小的偏移。例如，c平面晶圓可以具有朝向[10-10]方向的0.1度與10度之間的斜切或者可以具有朝向[11-20]方向的0.1度與10度之間的斜切。盡管可能有較大的和較小的斜切，但是認為斜切小于0.1度的晶圓標稱在軸上。

晶圓斜切很重要，因為它將確定晶圓表面上原子梯級的密度以及梯級邊緣的終止。因為晶體的任意定向的表面可能具有高的表面能量，所以晶體將趨向于使用許多低能量平面形成近似傾斜的面。通常，斜切c平面晶圓將導致由[0001]梯級表面組成的梯級表面和由棱柱面(即(11-20)或者(10-10))組成的梯級邊緣。由于晶體結(jié)構(gòu)中的各向異性，所以(11-20)梯級邊緣處的不飽和鍵的數(shù)目和構(gòu)造不同于(10-10)梯級邊緣的那些。因為斜切的方向和大小控制梯級邊緣的密度和方位，所以對基板的化學特性的大量控制可以受斜切的影響。許多生長過程，諸如化學有序性、易揮發(fā)種類的合并和堆垛層錯的形成可以與原子在梯級邊緣合并的方式有關(guān)系。因此，基板斜切的合理選擇對獲得最好的外延膜品質(zhì)是關(guān)鍵的。

盡管c平面晶圓大于非極性和半極性定向的晶圓并且提供成本優(yōu)勢，但是它們具有嚴重的缺點。通常由于內(nèi)部極化場，c平面激光器僅需要使用幾個窄的量子阱，內(nèi)部極化場導致不利地影響差分增益的電子和空穴狀態(tài)在寬阱內(nèi)的空間分離。使用很少的窄阱具有限制在有源區(qū)與GaN包覆層之間可以實現(xiàn)的指數(shù)對比的副作用。為了增加有源區(qū)與包覆層之間的指數(shù)對比并且從而增加光學限制，c平面器件通常利用含鋁的包覆層。非極性和半極性定向的激光二極管的吸引人的特征是設(shè)計外延結(jié)構(gòu)的自由度，其中，幾個量子阱可以比c平面中的更厚。這可以允許不需要含Al的包覆層的設(shè)計。

使用含鋁包層存在許多缺點。AlGaN層趨向于比GaN層的電阻更大，尤其當摻雜的p型添加至激光器件的完全串聯(lián)電阻時。AlGaN當在未拉緊的GaN層上生長時也在張力下，限制AlGaN包覆的厚度和成分，AlGaN包覆由于拉伸應(yīng)變在裂縫或者其他擴展缺陷形成之前可以生長。高品質(zhì)AlGaN生長通常還需要比GaN更高的生長溫度和更慢的生長率。與銦相和鎵相相比，含鋁先驅(qū)物在氣相中也更容易起反應(yīng)，導致在生長期間更多粒子的形成和外延膜的相關(guān)污染。四元(AlInGaN)包層是一個可能的替換物，然而，因為使高品質(zhì)AlInGaN生長需要的高溫也抑制銦的合并，所以AlInGaN層在引進更加困難的生長控制的同時僅解決與拉伸應(yīng)變相關(guān)的問題。

應(yīng)用于c平面激光二極管器件的本發(fā)明的有利之處在于允許通過具有等效的或者較低的折射率的非外延或者外部沉積物取代厚度相對高的鋁含量包覆層。例如，InGaN量子阱的任一側(cè)由幾百納米GaN包層組成的薄的器件結(jié)構(gòu)可以包覆有高導電性但是低吸收率的TCO，諸如ZnO、ZnGaO、Ga2O3、ITO等。因為這些材料的折射率比低成分的AlGaN低得多，即使有源區(qū)以別的方式不支持導模，容易制造高限制波導，并且根據(jù)設(shè)計可以具有比利用厚的且相對高的鋁含量的包覆層的常規(guī)的器件更好的光學限制。作為諸如TCO的低指數(shù)材料的替換物，高反射性金屬在不導致不可接受的損失水平的情況下通過使用薄的包層區(qū)域可用于輔助限制模式。這種反射性金屬的實例包括銀、鋁、及金。在某些實施方式中，可以從外延結(jié)構(gòu)去除整個AlGaN包覆層并且在其他實施方式中，薄的和/或較低的鋁含量包覆層可以與諸如TCO的低的指數(shù)異位沉積物和/或反射性金屬同時存在。使用這種結(jié)構(gòu)還改善處理潔凈度，通過顯著地減少生長時間增加生產(chǎn)量并且降低器件電阻率。

在實施方式中，犧牲層與轉(zhuǎn)移之后將暴露的n接觸層一起生長。覆蓋n接觸層的是包括與常規(guī)的c平面激光二極管的那些類似的結(jié)構(gòu)的層。在這個實施方式中，n型GaN緩沖層生長在c平面定位的塊GaN晶圓上。覆蓋緩沖層的是InGaN阱包括的犧牲層，InGaN阱通過GaN勢壘分開，其中，阱成分和厚度選擇為導致阱吸收波長短于450nm的光，盡管在一些實施方式中，吸收邊緣與400nm一樣短并且在其他實施方式中與520nm一樣短。覆蓋犧牲層的是由GaN組成的n型接觸層，該GaN摻雜有濃度為5E18cm-3的硅，盡管在其他實施方式中，摻雜可以介于1E18與1E19cm-3的范圍中間。覆蓋接觸層的是n型AlGaN包覆層，其中，厚度為1微米和平均組成是4％AlN，盡管在其他實施方式中，厚度范圍可以從0.25微米至2微米，平均組成是1％至8％AlN。覆蓋n包層的是n型波導或者單獨限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，輔助提供與包層的指數(shù)對比以改善光模的限制。NSCH是成分為4％InN并且厚度為100nm的InGaN，盡管在其他實施方式中，InGaNn SCH的厚度范圍可以從20nm至300nm并且InN范圍可以從0％至8％并且可以由組成(composition，成分)和厚度變化的幾個層組成。覆蓋n-SCH的是由兩個通過4nm厚的GaN勢壘分離的3.5nm厚的In0.15Ga0.85N量子阱組成的發(fā)光層，盡管在其他實施方式中，可以存在由1至五個通過1nm至25nm厚的GaN或者InGaN勢壘分離的1nm至6nm厚的量子阱組成的發(fā)光層。覆蓋發(fā)光層的是成分為4％InN并且厚度為100nm的InGaNp SCH，盡管在其他實施方式中，nSCH的厚度范圍可以從20nm至300nm并且InN范圍可以從0％至8％并且可以由成分和厚度變化的幾個層組成。覆蓋pSCH的是具有10％AlN的成分的AlGaN電子阻擋層[EBL]，盡管在其他實施方式中，AlGaN EBL成分的范圍可以從0％至30％AlN。覆蓋EBL的是p型AlGaN包覆層，其中，厚度為0.2微米和平均成分是4％AlN，盡管在其他實施方式中，厚度范圍可以從0.25微米至2微米，平均成分是1％至8％AlN。覆蓋p-AlGaN包覆的是厚度為700nm的p-GaN包覆，盡管在其他實施方式中，p-GaN包覆厚度的范圍可以從0nm至1500nm。p-GaN包覆利用允許與器件高品質(zhì)p型電氣接觸的高度摻雜p++或者p接觸層在晶體的自由表面處終止。該器件在圖21中以示意性形式示出。

如對于讀者的進一步背景，難以生產(chǎn)大塊形式的氮化鎵及相關(guān)晶體。能夠生產(chǎn)大面積GaN晶錠的生長技術(shù)仍處于不成熟階段，并且所有定向的成本比諸如Si、GaAs、以及InP等其他半導體基板的相似管芯尺寸昂貴許多。盡管可以商購較大面積、自立式的GaN基板(例如，具有兩英寸或者更大的直徑)，然而，較大面積的非極性和半極性GaN基板的可用性非常受限制。通常，通過c平面取向的晶錠的生長來產(chǎn)生這些取向，然后，該晶錠被以相對c平面成某個陡峭角度切成矩形晶圓。這些晶圓的寬度受c平面定向晶錠的厚度的限制，c平面定向晶錠的厚度反過來通過晶錠生產(chǎn)(例如，通常異質(zhì)基板上的氫化物汽相處延(HVPE))的方法得到限制。這種小型晶圓尺寸在幾個方面受限制。首先，必須在這種小型晶圓上進行外延生長，從而由于晶圓邊緣附近處生長不均勻性導致增加了晶圓的不可使用的區(qū)域部分。其次，在基板上外延生長光電器件層之后，需要對小型晶圓執(zhí)行相同次數(shù)的處理步驟，以制作本領(lǐng)域技術(shù)人員在較大面積晶圓上所使用的最終器件。這些影響促使在這種小型晶圓上制造器件的成本增加，因為所生產(chǎn)的每個器件的成本和不可使用的晶圓區(qū)域部分隨著晶圓尺寸減小而增加。相對不成熟的大塊GaN生長技術(shù)額外地限制了可以生產(chǎn)的基板的總數(shù)目，從而潛在地限制了增大非極性或者半極性GaN基板類器件的可行性。

已知的，GaN基板的所有取向的高成本、增大晶圓尺寸的難度、小型晶圓處理時所固有的低效率、以及對半極性和非極性晶圓的潛在供應(yīng)限制，使得變得極其希望使基板和外延材料的利用率最大化。在制作側(cè)腔激光二極管時，通常情況是由激光器腔長度確定最小管芯長度，但是，由諸如引線粘結(jié)墊的其他器件部件或者諸如在管芯附接過程中用于管芯處理的機械面積的考慮因素確定最小管芯寬度。即，盡管激光器腔長度限制激光器管芯長度，然而，激光器管芯寬度通常遠大于激光器腔寬度。因為GaN基板和外延材料僅對激光器腔區(qū)域內(nèi)和附近至關(guān)重要，所以這提供了發(fā)明新方法以僅形成這些相對昂貴材料之外的激光器腔區(qū)域并且以較低成本材料形成結(jié)合片和芯片的機械結(jié)構(gòu)的極大機遇。盡管引線粘結(jié)墊為～100μm寬，然而，激光器腔寬度的典型尺度為約1μm至30μm。這指的是如果從GaN芯片尺度排除引線粘結(jié)墊寬度限制和機械處理考慮因素，則從單個外延晶圓可制作大于3倍與100倍之間的更多激光二極管管芯。這轉(zhuǎn)變成外延和基板成本的大于3倍至100倍的減少。在傳統(tǒng)器件設(shè)計中，盡管不使用結(jié)構(gòu)支撐之外的半導體的材料性能，然而，相對較大的結(jié)合片由外延晶圓機械支撐。

在另一個實施方式中，低折射率TCO包覆層應(yīng)用于激光二極管的p型和n型側(cè)以提高結(jié)構(gòu)的光學限制。因此，低折射率含鋁層是不必要的，這減小外延結(jié)構(gòu)的整體張力，器件層在生長室中沉積需要的時間及相對厚的器件的串聯(lián)電阻并且結(jié)構(gòu)中不存在AlGaN或者AlInGaN的電阻層。在這個實施方式中，n型GaN緩沖層生長在c平面定位的塊GaN晶圓上。覆蓋緩沖層的是InGaN阱包括的犧牲層，InGaN阱通過GaN勢壘分開，其中，阱成分和厚度選擇為導致阱吸收波長短于450nm的光，盡管在一些實施方式中，吸收邊緣與400nm一樣短并且在其他實施方式中與520nm一樣短。覆蓋犧牲層的是由GaN組成的n型接觸層，該GaN摻雜有濃度為5E18cm-3的硅，盡管在其他實施方式中，摻雜可以介于1E18與1E19cm-3的范圍中間。覆蓋接觸層的是厚度為100納米的n型GaN包覆層，盡管在其他實施方式中，厚度的范圍可以從50納米至1000納米并且可以由范圍從0.5％至10％InN的InGaN合金組成。覆蓋n-GaN包層的是n型波導或者單獨限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，輔助提供與包層的指數(shù)對比以改善光模的限制。nSCH是成分為4％InN并且厚度為100nm的InGaN，盡管在其他實施方式中，nSCH的厚度范圍可以從20nm至300nm并且從0％至8％InN并且可以由成分和厚度變化的幾個層組成。覆蓋n-SCH的是由兩個通過4nm厚的GaN分隔層分開的3.5nm厚的In0.15Ga0.85N量子阱組成的發(fā)光層，盡管在其他實施方式中，可以存在由1至五個通過1nm至25nm厚的GaN或者InGaN分隔層分開的1nm至6nm厚的量子阱組成的發(fā)光層。覆蓋發(fā)光層的是成分為4％InN并且厚度為100nm的InGaNp SCH，盡管在其他實施方式中，nSCH的厚度范圍可以從20nm至300nm并且InN范圍可以從0％至8％并且可以由成分和厚度變化的幾個層組成。覆蓋pSCH的是具有10％AlN的成分的AlGaN電子阻擋層[EBL]，盡管在其他實施方式中，AlGaN EBL的成分的范圍可以從0％至30％AlN。覆蓋接觸層的是厚度為100納米的p型GaN包覆層，盡管在其他實施方式中，厚度的范圍可以從50納米至1000納米并且可以由范圍從0.5％至10％InN的InGaN合金組成。p-GaN包覆利用允許與器件的高品質(zhì)p型電氣接觸的高度摻雜p++或者p-GaN接觸層在晶體的自由表面處終止。該器件在圖22中以示意性形式示出。

圖23示出常規(guī)的c平面激光二極管的最終結(jié)構(gòu)的示意性圖示與具有低指數(shù)、二極管兩側(cè)上的TCO包層的轉(zhuǎn)移的c平面激光二極管的比較。為了清楚起見，未示出金屬接觸層、脊部和相關(guān)的結(jié)構(gòu)，鈍化氧化物及其他器件指定特征。值得注意的是兩種器件之間的外延材料的總厚度的差異。TCO包覆轉(zhuǎn)移器件包括小于0.5微米的外延材料，然而常規(guī)的激光二極管包含越過兩微米的外延材料，其中，由含鋁合金組成的器件的大部分厚度通常以相對低的生長速率生長。由于c平面激光二極管中的量子阱的稀薄，當僅依靠InGaN層與GaN包覆層之間的指數(shù)對比時不可能實現(xiàn)高的光限制因子。為了提供高差分增益的充足的光學約束，添加相對低的指數(shù)AlGaN層。如前面提到的，這些層通常比等量摻雜GaN的層的電阻更大，其中，p型層相對于n型層的差異更大。而且，含鋁層可以獲得的光學約束的程度存在限制。為了獲得高指數(shù)對比，具有很高的鋁含量的層必須生長。然而，這同時導致增加的抵抗力以及增加的拉伸應(yīng)變。實際上，由于AlN與GaN之間在450納米處分別約2.2與約2.4的指數(shù)對比中的相對小的差異導致缺乏指數(shù)對比，所以不可能約束體積非常小的光模。然而，利用透明導電氧化物包覆兩側(cè)的有源區(qū)允許光模約束為非常小的體積，導致相對高的限制因子。這是因為TCO趨向于具有相對小的折射率(例如，約1.9-2.0)。圖24示出模擬常規(guī)的c平面激光結(jié)構(gòu)[短劃線]和在腔體的兩側(cè)利用TCO包層的c平面激光結(jié)構(gòu)[實心點和實線]限制因子的結(jié)果。這些結(jié)構(gòu)對應(yīng)于在圖23示出的那些。y軸給出模擬的限制因子，而x軸示出TCO包覆結(jié)構(gòu)中的GaN包層的厚度?？梢钥闯觯纾贕aN包覆的厚度低于300nm的情況下，TCO包覆結(jié)構(gòu)具有比常規(guī)的c平面激光二極管更高的限制因子。對于非常薄的GaN包層[即，非常薄的腔體]，限制因子高于常規(guī)的激光二極管多達50％。該增加的限制因子直接導致TCO包覆結(jié)構(gòu)中的增加的差分增益。

在又一個實施方式中，圖22中描述的TCO層由反射性金屬替代。作為實例，鋁可以用于n接觸和銀可以在p接觸上使用。在這個實施方式中，金屬用來約束光模而不導致不可接受數(shù)目的模式損耗。

在實例中，該方法使用LD外延結(jié)構(gòu)在極性c平面GaN基板上的常規(guī)平面生長。然后，透明導電氧化物(TCO)沉積在自由外延表面上以形成折射率低于組合物的GaN膜或者AlGaN膜的透明的、導電氣接觸層，組合物的GaN膜或者AlGaN膜可以以提供光模的充足的約束需要的厚度完全應(yīng)變地生長。兩個示例性TCO是氧化銦錫(ITO)和氧化鋅(ZnO)。ITO是用于TCO的商用標準，并且用于包括期望半透明的電氣接觸的顯示器和太陽能電池的各種領(lǐng)域。ZnO提供與GaN相同的晶體結(jié)構(gòu)的直接帶隙半導體的優(yōu)勢并且可以以與AlInGaN合金的生長溫度相比相對低的溫度在GaN上外延生長。ZnO的帶隙也足夠大并且與GaN(約3.3eV)類似，將呈現(xiàn)可以忽略的光的可見波長的帶邊吸收。ZnO可以以各種方式(諸如金屬有機化學氣相沉積、其他氣相沉積技術(shù))沉積，并且形成溶液。在另一個實例中，TCO替換為諸如鋁、銀、金或者其它的反射性金屬。在又一個實例中，采用TCO與反射性金屬的結(jié)合。

然后將晶圓粘結(jié)至承載器(handle)，其中，TCO的自由表面鄰近于粘結(jié)界面。粘結(jié)可以是直接的(即利用TCO與承載材料接觸)或者間接的(即利用設(shè)置在TCO與承載材料之間的粘結(jié)介質(zhì))以改善粘結(jié)特性。例如，該粘結(jié)介質(zhì)可以是Au-Sn焊料、CVD沉積SiO2、聚合物、CVD或者化學沉積的多晶半導體或者金屬等。間接粘結(jié)機制可包括熱壓粘結(jié)、陽極粘結(jié)、玻璃粉粘結(jié)、利用粘合劑的粘結(jié)，粘結(jié)機制的選擇取決于粘結(jié)介質(zhì)的屬性。

熱壓粘結(jié)包括在高溫和高壓下使用設(shè)置在TCO與承載晶圓之間的粘結(jié)介質(zhì)粘結(jié)晶圓。粘結(jié)介質(zhì)可以由多種不同的層組成，但是通常包含至少一個由具有高的表面擴散速率的相對延性材料組成的層(粘結(jié)層)。在很多情況下，該材料是Au、AL或者Cu。粘結(jié)堆疊還可以包括設(shè)置在粘結(jié)層與TCO或者承載晶圓之間的層，該層提高粘附力或者充當TCO或者承載晶圓中的種類應(yīng)該在粘結(jié)層材料中具有高溶解度的擴散勢壘。例如，Si晶圓上的Au粘結(jié)層可以導致Si至粘結(jié)界面的擴散，將減小粘結(jié)強度。擴散勢壘的內(nèi)含物，諸如氧化硅或者氮化物將限制該作用。第二材料的相對薄層可以應(yīng)用于粘結(jié)層的頂表面以提高設(shè)置在TCO和承載上的粘結(jié)層之間的粘附力。具有比金更低(例如，Al、Cu等)的韌性或者沉積為導致粗糙的膜(例如電解沉積)的一些粘結(jié)層材料在粘結(jié)之前可能需要經(jīng)由化學或者機械拋光來平坦化或者減小粗糙程度，并且活性金屬可能需要特定清潔步驟來去除可能妨礙粘結(jié)的氧化物或者有機材料。

金屬層堆疊在空間上可能不均勻。例如，粘結(jié)堆疊的首層可以使用光刻變化以提供對準或者從透明基板的背面看得見的基準符號。

熱壓粘結(jié)可以以相對低的溫度(通常低于500攝氏溫度和高于200攝氏溫度)實現(xiàn)。溫度應(yīng)該足夠高以提高粘結(jié)界面處的粘結(jié)層之間的擴散率，而不是太高以促進每個金屬堆疊中的單層的非故意的合金。壓力的施加提高粘結(jié)速率，并且導致金屬堆疊的一些彈性和塑性變形，這些彈性和塑性變形使金屬堆疊更好地且更均勻地接觸。最佳粘結(jié)溫度、時間和壓力將取決于特定的粘結(jié)材料、形成粘結(jié)界面的表面的粗糙程度和對承載晶圓的破裂的敏感性或者在負荷下對器件層的損壞。

粘結(jié)界面不需要由晶圓表面的全部組成。例如，而非粘結(jié)金屬的毯式沉積，光刻處理可以用來使金屬沉積在由沒有粘結(jié)金屬的區(qū)域分開的間斷的區(qū)域中。在弱粘結(jié)或者沒有粘結(jié)的限定區(qū)域輔助后續(xù)處理步驟、或者需要氣隙的情況下，這可能是有利的。其一個實例是使用外延生長的犧牲層的濕蝕刻去除GaN基板。為了進入犧牲層，必須在外延晶圓的兩個表面的任一個中蝕刻通孔，并且如果從晶圓的粘結(jié)側(cè)蝕刻通孔，更加容易保持晶圓用于重新使用。一旦粘結(jié)，通道中產(chǎn)生的蝕刻通孔可以將蝕刻液從粘結(jié)晶圓的邊緣引導至中心，并且因此基板的包括通孔的區(qū)域沒有與承載晶圓密切接觸使得形成粘結(jié)。

粘結(jié)介質(zhì)也可以是以回流處理或者陽極粘結(jié)的無定形的或者玻璃狀材料。在陽極粘結(jié)中，介質(zhì)是具有高離子含量的玻璃，通過施加大的電場促進物質(zhì)的質(zhì)量輸送。在回流粘結(jié)中，玻璃具有低熔點，并且將在適中壓力和溫度下形成接觸和良好的粘結(jié)。所有玻璃粘結(jié)相對易碎，并且需要玻璃的熱膨脹系數(shù)足夠接近粘結(jié)搭檔晶圓(即，GaN晶圓和承載器)。兩種情況下的玻璃可以經(jīng)由氣相沉積或者利用包括在玻璃上旋轉(zhuǎn)的處理沉積。在兩種情況下，粘結(jié)區(qū)域可以在范圍上受限制并且具有由光刻或者絲印處理限定的幾何結(jié)構(gòu)。

TCO至承載晶圓在沉積在GaN和承載晶圓兩者上的TCO之間或者在外延GaN膜與沉積在承載晶圓上的TCO之間的直接粘結(jié)也可以在高溫和高壓下進行。這里粘結(jié)通過TCO、GaN和/或承載晶圓種類跨粘結(jié)界面的質(zhì)量輸送進行。由于TCO的韌性低，所以結(jié)合表面必須比類似金的金屬的熱壓粘結(jié)中需要的那些明顯更平穩(wěn)。

本發(fā)明的實施方式通常包括一些種類的脊部以提供可以在側(cè)向上約束光模的側(cè)向指數(shù)對比。一種實施方式將脊部蝕刻到外延生長的GaN包覆層中。在該情況下，脊部在TCO沉積和粘結(jié)之前蝕刻到p型GaN層中或者在粘結(jié)并去除基板之后蝕刻到n型層中是無關(guān)緊要的。圖25是具有雙導電氧化物包層的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如實例中的GaN的n型含鎵和氮的材料中的脊部形成。圖26是具有雙導電氧化物包層的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如GaN的p型含鎵和氮的材料中的脊部形成。在該情況下，TCO必須以某種方式平坦化以提供有助于粘結(jié)的表面，除非使用可以容納晶圓表面上的高度上的大的變化的可回流或者塑性變形的粘結(jié)介質(zhì)。圖27是具有雙導電氧化物包層的激光器波導的示例性示意截面，示出諸如GaN的n型和p型含鎵和氮的材料中的脊部形成。圖28是激光器波導的示例性示意截面，其中，側(cè)向波導脊部形成在透明導電氧化物中。

相對于AlInGaN激光器件，這些器件包括含鎵和氮的基板(例如，GaN)，該含鎵和氮的基板包括以半極性[(11-21)、(20-21)、(20-2-1)等]或者非極性[(10-10)或者(11-20)]構(gòu)造定向的表面區(qū)域，但是可以是其他的。該器件還具有包括上覆表面區(qū)域的InGaN的含鎵和氮的材料。在具體實施方式中，如下所述，可以采用半極性或者非極性含鎵基板的激光器件。如本文中所使用的，術(shù)語“基板”可指大塊基板或者可包括諸如含鎵和氮的外延區(qū)域的上覆生長結(jié)構(gòu)、或者諸如n型GaN的功能區(qū)、組合等。我們還針對取向于非極性m面與極性c面之間的半極性晶面研究了外延生長和切割特性。具體地，在晶面的{30-31}和{20-21}族上成長。我們實現(xiàn)了有前途的外延結(jié)構(gòu)和切割，這創(chuàng)建了使激光二極管以約400nm至綠色(例如，500nm至540nm)之間的波長工作的高效二極管的途徑。這些結(jié)果包括450nm范圍內(nèi)的亮藍色外延、520nm范圍內(nèi)的亮綠色外延、以及正交于c方向投影的平滑切割面。

在具體實施方式中，氮化鎵基板構(gòu)件是大塊GaN基板，其特征在于具有半極性或者非極性晶面區(qū)域，但可以是其他基板。在具體實施方式中，大塊的氮化物GaN基板包括氮并且具有約10E5cm^-2與約10E7cm^-2之間或者低于10E5cm^-2的表面位錯密度。氮化物晶體或者晶圓可以包括AL_xIn_yGa_1-x-yN，其中，0≤x，y，x+y≤1。在一個具體實施方式中，氮化物晶體包括GaN。在一個或者多個實施方式中，GaN基板在大致正交或者傾斜于表面的方向上具有螺紋式位錯，約10E5cm^-2與約10E8cm^-2之間的濃度。由于位錯的正交或者傾斜取向的結(jié)果，表面位錯密度介于約10E5cm^-2與約10E7cm^-2之間或者低于約10E5cm^-2。在具體實施方式中，可以在一點切余下的半極性基板上制作該器件，如共同轉(zhuǎn)讓的要求于2009年3月28日提交的美國臨時第61/164,409號的優(yōu)先權(quán)以及2010年3月29日提交的美國序列號12/749,466中所描述的，通過引用將其結(jié)合在此。

激光燒蝕是超越帶隙發(fā)射激光器被用于通過加熱分解吸收犧牲(Al、In、Ga)N層并且促使氮氣的解吸的處理。然后使用王水或者HCl蝕刻掉剩余的Ga污泥。該技術(shù)可以類似地用于PEC蝕刻，在PEC蝕刻中，外延器件與大塊基板之間的犧牲材料蝕刻/燒蝕掉導致外延結(jié)構(gòu)與基板的分離。然后可以圍住并打磨外延膜(已粘結(jié)至操作晶圓)以獲得平面。

PEC蝕刻是可用于蝕刻GaN及其合金的光助濕蝕刻技術(shù)。處理包括超越帶隙激發(fā)源和通過半導體和電解質(zhì)溶液形成的電化學電池。在該情況下，暴露的(Al、In、Ga)N材料表面充當陽極，而在半導體上沉積的金屬墊片充當陰極。超越帶隙光源在半導體中產(chǎn)生電子空穴對。電子從半導體經(jīng)由陰極提取而空穴擴散至材料的表面形成氧化物。因為空穴擴散至表面需要表面上的頻帶彎曲以有利于空穴的收集，雖然已發(fā)展用于蝕刻p型材料的一些方法，但是PEC蝕刻通常僅用于n型材料。然后，氧化物通過半導體的濕蝕刻中產(chǎn)生的電解質(zhì)溶解。以示出在GaN及其合金的蝕刻中有效的包括HCl、KOH、及HNO₃的不同類型的電解質(zhì)。通過選擇有利的電解質(zhì)可以優(yōu)化蝕刻選擇性和蝕刻速率。還可以在半導體與陰極之間產(chǎn)生外部偏離以輔助PEC蝕刻處理。

用于經(jīng)由光化學蝕刻剝離基板的犧牲層至少包含低帶隙或者吸收泵浦光的摻雜層并且具有相對于包圍材料的增強的蝕刻速率。犧牲層可以外延沉積并且可以選擇它們的合金成分和這些的摻雜使得空穴載體壽命和擴散長度高。通過使犧牲層在提升高材料晶體品質(zhì)的生長條件下生長可以避免減小空穴載體壽命和擴散長度的缺陷。犧牲層的實例是吸收外界光源的波長的InGaN層。設(shè)計有極低的蝕刻速率以控制基板去除之后剩余的包覆材料的厚度的蝕刻停止層也可以合并以允許對蝕刻處理的更好的控制。可以僅通過合金成分與摻雜的結(jié)合控制蝕刻停止層的蝕刻特性。潛在蝕刻停止層是具有高于外界光源的帶隙的AlGaN層。另一潛在蝕刻停止層是高度摻雜n型AlGaN或者GaN層，具有減小的少數(shù)載流子擴散長度和壽命從而顯著地減小蝕刻停止材料的蝕刻速率。

在實施方式中，無需使用有源區(qū)保護層，通過使激光二極管pn結(jié)的p側(cè)至n側(cè)的電短路，實現(xiàn)犧牲區(qū)使用光電化學(PEC)蝕刻的選擇性蝕刻。當孔隙轉(zhuǎn)移至蝕刻溶液時，通過在晶圓表面分解AlInGaN材料實現(xiàn)PEC處理中的蝕刻。然后，這些空穴在溶液中與從與蝕刻溶液的陰極金屬界面處提取的電子重新結(jié)合。因此獲得電荷中性。通過陽極與陰極的電短路獲得選擇性蝕刻。器件發(fā)光層中產(chǎn)生的電子空穴對通過pn結(jié)的電場從發(fā)光層清除。因為空穴從有源區(qū)清除，所以存在很少或沒有發(fā)光層的蝕刻。載波的積累產(chǎn)生電勢差，該電勢差通過金屬互連驅(qū)動載波，載波在金屬互連重新結(jié)合。犧牲區(qū)中的平帶條件導致空穴的積累，空穴的積累導致犧牲層的快速蝕刻。在一個實施方式中，使陽極和陰極短路的金屬互連可以用作固定器區(qū)域以在粘結(jié)步驟之前將含鎵和氮的臺面機械地保持在適當位置。

通過多種因素確定犧牲區(qū)和有源區(qū)的相對蝕刻速率，但是蝕刻速率主要通過穩(wěn)定狀態(tài)下在有源區(qū)發(fā)現(xiàn)的空穴的密度確定。如果金屬互連或者固定器的電阻很高，或者如果分別至p型和n型的陰極或者陽極電觸點、包覆區(qū)域的電阻過高或者具有大的肖特基勢壘，那么載流子可能積聚在pn結(jié)的任一側(cè)上。這些載流子將產(chǎn)生抵消耗盡區(qū)域中的磁場的電場并且將減小耗盡區(qū)域中的磁場的大小直至漂移有源區(qū)的光生載流子的速率通過載流子經(jīng)由使陰極和陽極短路的金屬層的重新結(jié)合平衡。一些重新結(jié)合經(jīng)由光化學蝕刻進行并且因為這隨著有源區(qū)中的空穴的密度而變化，所以優(yōu)選防止光誘導的跨有源區(qū)的偏離的積累。

PEC蝕刻可以在TCO的自由表面至承載材料的直接/間接粘結(jié)之前或之后完成。在一種情況下，PEC蝕刻在p側(cè)TCO粘結(jié)至承載材料之后完成并且PEC蝕刻從GaN基板釋放III氮化物外延材料。在另一種情況下，犧牲層的PEC蝕刻在粘結(jié)之前完成使得III氮化物外延材料經(jīng)由由半導體、金屬、或者其他材料形成的固定器區(qū)域機械穩(wěn)定地保持在GaN基板上。然后，TCO沉積在外延材料上并且TCO自由表面粘結(jié)至可以由各種材料組成的承載晶圓。在粘結(jié)之后，向承載晶圓和GaN基板施加機械力以完成III氮化物外延材料從GaN基板的釋放。

基于底切AlInGaAsP的激光二極管可以以類似于GaN基激光二極管的方式生產(chǎn)。存在選擇性地蝕刻一些AlInGaAsP合金的多種濕蝕刻。⁷在一個實施方式中，AlGaAs或者AlGaP犧牲層可以生長地包覆有GaAs蝕刻停止層。當Al_xGa_1-xAs和Al_xGa_1-xP的成分高(x>0.5)時，當利用HF蝕刻時，AlGaAs可以以幾乎完整的選擇性(即AlGaAs的蝕刻速率>GaAs的1E6倍)蝕刻。具有高InP和AlP成分的InGaP和AlInP可以相對于GaAs選擇性地利用HCl蝕刻。GaAs可以相對于使用C₆H₈O₇:H₂O₂:H₂O的AlGaAs選擇性地蝕刻。犧牲層、蝕刻停止層及蝕刻化學試劑的多種其他組合物對微機械加工AlInGaAsP合金領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周知的。

在一個實施方式中，AlInGaAsP器件層暴露于連同犧牲層成分一起選擇的蝕刻溶液使得僅犧牲層受到明顯的蝕刻。如在圖8中所示，在成分的選擇性蝕刻期間在側(cè)壁上使用耐蝕刻保護層，諸如二氧化硅、氮化硅、金屬或者光刻膠等可以防止有源區(qū)蝕刻。

相對于AlInGaAsP激光器件，這些器件包括由GaAs或者Ge制成的基板，但是可以是其他。如本文中所使用的，術(shù)語“基板”可指大塊基板或者可包括諸如含砷或者磷的外延區(qū)域的上覆生長結(jié)構(gòu)、或者諸如n型AlGaAs的功能區(qū)域、組合等。器件具有上覆由GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaAS、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP組成的基板的材料。通常，使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者適合于AlInGaAsP生長的其他外延生長技術(shù)的至少一種外延沉積技術(shù)，來形成這些區(qū)域的每一個。通常，這些器件具有可以分別以低于發(fā)光有源區(qū)的折射率形成為n型包覆層或者p型包覆層的一部分的n型和p型導電層。n包覆層可以由含鋁的AlInGaAsP的合金組成。器件包含在器件的操作期間發(fā)光的有源區(qū)。有源區(qū)可以具有帶隙比周圍量子勢壘低的一種或多種量子阱。單獨限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)可以包括有高于包覆層的折射率以提高光模的限制。SCH和量子阱通常由InGaP、AlInGaP或者InGaAsP組成，但是可以是其他材料。

器件具有形成上覆表面區(qū)域的一部分的激光條帶區(qū)域。激光條帶區(qū)域具有第一端和第二端，第一端和第二端具有一對面對彼此的切割的反射鏡結(jié)構(gòu)。第一切割刻面包括反射涂層而第二切割刻面不包括涂層、防反射涂層，或者暴露含As或P的材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通過根據(jù)實施方式的劃刻和折斷處理或者替代地通過使用諸如活性離子蝕刻(RIE)、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻(ICP)、或者化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)或者其他方法的蝕刻技術(shù)的蝕刻技術(shù)提供。第一鏡面和第二鏡面的每個包括反射涂層。涂層選自二氧化硅、二氧化鉿及二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、包括組合物等。取決于設(shè)計，鏡面還可以包括抗反射涂層。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，利用多個發(fā)射器構(gòu)造成的激光器件制作為形成一種激光棒。通過將多個外延臺面管芯區(qū)域依據(jù)公用載體的單片化放置在公用載體晶圓上的將形成為最終的激光器件的區(qū)域內(nèi)，并且然后在每個外延臺面管芯中形成至少一個激光條帶，形成激光棒。激光棒是需要很高的電力(>10W)激光輸出的應(yīng)用中理想的解決方案。因為本發(fā)明適用于激光棒，所以本發(fā)明可以應(yīng)用于各種應(yīng)用，包括國防及安全、生物醫(yī)學及殺菌消毒、工業(yè)測量及材料處理，以及顯示和照明。

在國防和安全領(lǐng)域，例如，激光棒結(jié)合可以用于例如長距離、高對比度成像的檢測系統(tǒng)用于照明。激光棒可以用于通信，并且用于測距，以及發(fā)光用于遠程生物和化學試劑檢測。另外，因為無數(shù)不同的化合物可檢測，所以激光棒用作環(huán)境感測、大氣控制和監(jiān)測、污染監(jiān)測、及其他生態(tài)監(jiān)測的光源，國防和安全內(nèi)的其他應(yīng)用包括辯論術(shù)、更動的文獻的檢測、假幣檢測及指紋檢測。在這些應(yīng)用中，激光器刺激樣品中的熒光，顯示利用看得見的照明無法測出的信息。激光棒在較高的功率電平用于目標指示，并且作為抵抗追熱及其他類型導彈和武器的對策。激光棒在最高的功率輸出水平用作定向能量武器的高能激光器的發(fā)動機。

在生物醫(yī)學，激光棒用于醫(yī)療診斷應(yīng)用，利用熒光光譜學檢測并且表現(xiàn)特定樣品的組分的特性。除了診斷，激光棒用于醫(yī)療治療和流程，包括眼科學，其中，高峰值功率系統(tǒng)可以用于例如與LASIK相關(guān)聯(lián)的皮瓣切割、角膜雕刻。激光棒廣泛用于皮膚醫(yī)學，例如，臨床應(yīng)用和消費者應(yīng)用的脫毛。激光棒還用于選擇性地切割或者去除組織的手術(shù)應(yīng)用。另外，激光棒可用于殺菌消毒應(yīng)用，因為深UV激光棒產(chǎn)生殺死食物、空氣及水(凈化)中的微生物的特定波長的激光。因此，在類似循環(huán)空氣或者水系統(tǒng)的某些環(huán)境中使用UV激光棒產(chǎn)生對這些環(huán)境中的諸如病原體、病毒及霉菌的微生物的致命效果。與過濾系統(tǒng)耦接的UV激光棒可以從這些環(huán)境中去除有害微生物。

在工業(yè)應(yīng)用中，激光棒用于利用例如機器視覺系統(tǒng)檢查和測量。激光棒用于諸如環(huán)氧的材料的固化，工業(yè)印刷中的涂漆和油墨的固化。激光棒以單模發(fā)射和多模發(fā)射，并且利用單獨可訪問發(fā)射器發(fā)射或并行的發(fā)射器發(fā)射，用于印刷應(yīng)用和復印應(yīng)用。激光棒用于金屬、半導體、及其他高級材料和復合材料的退火和表面處理應(yīng)用。在較高能量密度，激光棒用于例如汽車市場的鉆孔、切割及焊接。

在顯示和照明市場，激光棒頻繁使用。例如，包括電影院、家庭影院、教育及會議室類型投影儀，投影顯示器利用激光棒而不是燈或者LED作為光源。在LCD顯示器中，激光棒用于背后照明或者邊緣照明而不是燈或者LED。在照明市場，激光棒可以用于諸如聚光燈和激光表演的方向性照明的照明應(yīng)用，并且也可以用于更一般照明應(yīng)用，諸如泛光燈、路燈及高亮度電燈泡的光源。

如本發(fā)明中描述的，激光棒可以由包括允許寬的波長覆蓋范圍的GaAs(AlGaAsP)、InP(InGaAsP)及GaN(AlInGaN)的幾個物質(zhì)系統(tǒng)形成并且服務(wù)上述各種應(yīng)用。例如，GaN系統(tǒng)可用于形成在265nm的波長范圍中操作用于殺菌應(yīng)用，在285nm、300nm、365nm、385nm、405nm的波長范圍中操作用于固化和印刷應(yīng)用，在405nm的波長范圍中操作用于平板顯示器及其他消費電子組件的退火的應(yīng)用，在405或者445nm的波長范圍中操作經(jīng)由熒光體泵浦服務(wù)用于照明應(yīng)用，在405nm、420nm或者445nm的波長范圍：用于手術(shù)應(yīng)用，或者在445nm、450nm、465nm、510nm、515nm或者530nm的波長范圍中操作用于顯示應(yīng)用的棒。在替代實例中，GaAs系統(tǒng)可用于形成在635nm的波長范圍中操作用于顯示和光動力治療應(yīng)用，在792nm、803nm、808nm、885nm、915nm、940nm、980nm的波長范圍中操作用于發(fā)揮國防、生物醫(yī)學及工業(yè)型激光器的作用的固態(tài)激光泵浦和纖維激光泵浦應(yīng)用，在810nm的波長范圍中操作用于脫毛應(yīng)用，在830nm的波長范圍中操作用于復印應(yīng)用，或者在1060nm的波長范圍中操作用于材料處理應(yīng)用的棒。在替代實例中，InP系統(tǒng)可用于形成在1470nm的波長范圍中操作用于手術(shù)和皮膚醫(yī)學應(yīng)用或者在1540nm的波長范圍中操作用于國防和安全應(yīng)用的棒。

本發(fā)明允許用于改善激光二極管，具體地，包含共同基板或者諸如激光棒的載體晶圓上超過一個激光二極管帶的單片集成器件的功能性和成本效率的顯著的改進。具體地，GaN基板的高成本和與GaN基激光器相關(guān)聯(lián)的非優(yōu)化產(chǎn)出耦接的外延性使GaN激光棒不實用。利用外延臺面區(qū)域選擇性地轉(zhuǎn)移至載體晶圓用于制作多個激光發(fā)射體的本發(fā)明，外延區(qū)域和含鎵和氮的基板的使用效率急劇增加使得GaN基激光棒或者多發(fā)射器激光器件可以經(jīng)濟地制造。根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器器件的幾個示例性優(yōu)勢列于如下。

1.允許鄰接的激光條帶之間的最小量熱串擾的節(jié)距，同時保持共用光學元件的足夠接近的間隔的激光條帶的最佳間隔。

2.允許共用基板上的激光條帶之間的串聯(lián)和串聯(lián)-并聯(lián)電連接。

3.單獨可訪問的激光條帶。

4.具有增強的產(chǎn)出和較低成本的制造過程。

圖29(1)示出在含鎵和氮的基板上制造單片集成多帶激光器件(經(jīng)常稱作激光棒)的標準方法的實例。在該常規(guī)方法中，多個激光二極管條帶區(qū)域利用共用的n側(cè)接觸層106在上覆共用的含鎵和氮的外延基板110的外延材料中制作，通常，外延利用外延n-GaN和n側(cè)包覆層101、有源區(qū)102、p-GaN和p側(cè)包覆103、絕緣層104和接觸/墊片層105形成在含鎵和氮的外延基板110上。處理的外延晶圓被分為包含兩個或多個激光條帶的多帶激光器管芯并且利用眾所周知的焊接技術(shù)，最常見使用焊料107電地和熱地連接至封裝或者散熱片108。封裝或者散熱片充當共用的電連接并且利用絲焊制成與激光棒的另一側(cè)的相反極性的電氣接觸。在其他實例中，多帶激光器可以形成在GaAs基板或者InP基板上。

利用這種常規(guī)方法制作激光棒以形成多發(fā)射器激光二極管存在幾個缺點。

1.多個、鄰接的激光條帶分開顯著的距離來減小激光條帶之間的熱和光學串擾，通常局限于50％填充因子。這通過減法過程實現(xiàn)，在該減法過程中，從共用的生長基板去除50％昂貴的外延材料。

2.共用的生長基板最常見由導電材料，例如，GaN或者GaAs制作，導致激光條帶之間的大量并聯(lián)的電連接的固有限制。結(jié)果是“低電壓、高電流”(LVHC)電拓撲，該電拓撲需要高成本電路來供電激光棒。

3.大量并聯(lián)的電拓撲阻止單獨的激光條帶分別編址，限制裝配的功能性。

4.大量并聯(lián)的電拓撲可以導致在制造過程期間或者在實地操作期間可能出現(xiàn)的獨特的嚴重故障模式。半導體缺陷經(jīng)常表示為漏電路徑。因此，激光棒上的任何一個缺陷可以導致整個裝配在制造過程期間或者在現(xiàn)場操作期間的故障。

5.用于連接激光棒與封裝或者散熱片的普通焊接技術(shù)導致激光條帶中的熱量產(chǎn)生區(qū)域與散熱片之間的熱障(熱敏電阻)。另外，可能存在與附接至散熱片的焊料相關(guān)聯(lián)的大量成本和復雜度。

圖30是本發(fā)明的一個實施方式的示意性截面，其中，多個激光條帶103形成在定位在共用載體106上的單獨鄰接轉(zhuǎn)移的外延臺面區(qū)域中。在一個實例中，多個激光條帶通過共用的n金屬層101和共用的p金屬層105電連接，通過絕緣層104分開，導致并聯(lián)的電拓撲。共用載體晶圓可以是導電的或者電絕緣的、或者可選擇的絕緣層108，可以在共用的n金屬層之前應(yīng)用于載體晶圓。在共用的n金屬層和共用的p金屬層中的每一個的一個或多個位置107處通過絲焊或者經(jīng)由諸如彈簧針、彈簧卡子等的可卸接頭使多帶激光器與金屬墊片電連接。

圖31示出在圖30中示出的實施方式的頂視示意圖。多個激光條帶103，位于共用載體106上并且電連接至共用的n金屬層101和共用的p金屬層105，從器件的一端發(fā)出激光輻射束110。

圖32是本發(fā)明的另一實施方式的示意性截面，其中，多個激光條帶103，形成在定位在共用載體106上的轉(zhuǎn)移的鄰接外延臺面區(qū)域上，以串聯(lián)電拓撲電連接。共用載體晶圓可以是電絕緣的、或者可選擇的絕緣層108，可以在共用的n金屬層之前應(yīng)用于載體晶圓。在共用的n金屬層和共用的p金屬層中的每一個的一個或多個位置107處通過絲焊或者經(jīng)由諸如彈簧針、彈簧卡子等的可卸接頭使多帶激光器與金屬墊片電連接。

圖33是本發(fā)明的另一實施方式的示意性截面，其中，多個激光條帶103，定位在共用載體106上，以單獨的激光條帶可以分別電訪問的方式連接。共用載體晶圓可以是導電的或者電絕緣的、或者可選擇的絕緣層108，可以在共用的n金屬層之前應(yīng)用于載體晶圓。

圖34示出在圖33中示出的實施方式的平面示意圖。在位置111處使獨立可訪問的激光條帶103中的每個單獨電連接，同時使共用的p金屬層107電連接。覆蓋每個激光條帶的非發(fā)射端中的每一個的單獨的n金屬層可以選擇性地圖案化112，以避免接觸下面的光學刻面。

圖35顯示在圖31、圖32和圖33中示出的三個實施方式的等效電路，其中，多個激光條帶分別以并聯(lián)、串聯(lián)及獨立可訪問的電拓撲的方式連接。對于給定的應(yīng)用，可以優(yōu)化多帶激光器上的獨立的激光條帶的數(shù)目。

圖36示意性地示出外延晶圓上轉(zhuǎn)移至載體晶圓之前的獨立的激光條帶與管芯轉(zhuǎn)移之后載體晶圓上的多個激光條帶之間的期望間隔之間的幾何關(guān)系。單個多帶激光器上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距2)必須是外延晶圓上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距1)的整數(shù)倍數(shù)，N，其中，N>1。共用載體晶圓上的鄰接多帶激光器之間的節(jié)距(節(jié)距2)必須是外延晶圓上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距1)的整數(shù)倍數(shù)，M，其中，M>N。

圖37是選擇性區(qū)域粘結(jié)過程的簡化頂視圖并且示出了經(jīng)由選擇性區(qū)域粘結(jié)的管芯擴展過程，產(chǎn)生多帶激光器。含原始鎵和氮的外延晶圓201已具有外延材料的獨立管芯以及通過處理限定的釋放層。單獨的外延材料管芯被標記202并且以節(jié)距1間隔開。圓形載體晶圓200已制備有圖案化的粘結(jié)墊203。這些粘結(jié)墊以節(jié)距2間隔開，該節(jié)距2是節(jié)距1的偶數(shù)倍，使得在選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的各個反復操作中能夠粘結(jié)所選擇組的外延晶圓。選擇性區(qū)域粘結(jié)處理反復操作繼續(xù)，直到所有外延晶圓已被轉(zhuǎn)移至載體晶圓204。然后載體晶圓以節(jié)距3單片化，產(chǎn)生許多多帶激光器。現(xiàn)在，可選地，可以制備含鎵和氮的外延基板201以用于再利用。

圖38示意性地示出多帶激光器301的一個優(yōu)勢，其中，如果管芯上鄰接的激光條帶足夠密集地隔開，那么光學元件302可以是共享的，簡單化多輸出激光束303的光耦接并且引起激光陣列的降低的實現(xiàn)成本。

圖39示出了圖示多帶激光器301的另一優(yōu)勢的頂視圖，當需要輸出束陣列時，可以使用單個光學元件304諸如(但不限于)圓柱鏡、透鏡陣列、快軸準直透鏡、慢軸準直透鏡、或者其他。

在本發(fā)明的包括多發(fā)射器激光二極管器件的另一實施方式中，形成集成的紅-綠-藍(RGB)芯片。依據(jù)共用載體的單片化，通過在共用的載體晶圓上的將形成為最終激光器件的區(qū)域內(nèi)放置一個或多個紅色外延臺面管芯區(qū)域、一個或多個綠色外延臺面管芯區(qū)域、及一個或多個藍色外延臺面管芯區(qū)域，然后在每個外延臺面管芯中形成至少一個激光條帶，可以形成集成的RGB激光器件。這種RGB激光器件將是應(yīng)用中的理想解決方案，其中，諸如在微型投影儀或者在類似Google眼鏡的增強現(xiàn)實應(yīng)用中將需要非常緊湊的RGB激光光源。

圖40是如根據(jù)實施方式使用選擇性區(qū)域粘結(jié)處理制作的RGB激光器芯片的示圖。三個激光器管芯316被粘結(jié)至載體晶圓310并且被處理成具有激光器特征(脊部、鈍化、電氣接觸等)，使得激光器脊部是平行的。將管芯與載體晶圓材料電氣隔離。提供獨立的頂側(cè)電氣接觸311、312和313的同時在管芯之間共享共用的底部接觸314，使得能夠單獨地操作在每個管芯上的激光器件。在每一個管芯上的激光器件的發(fā)射錐315基本上重疊，僅以小于或等于由激光器管芯跨越的總寬度的距離橫向偏離。在此圖中，激光器芯片已從原始的載體晶圓中單片化。

圖41是根據(jù)實施方式使用選擇性區(qū)域粘結(jié)制作的RGB激光器芯片的示圖。三個激光器管芯316被粘結(jié)至載體晶圓310并且被處理成具有激光器特征(脊部、鈍化、電氣接觸等)，使得激光器脊部是平行的。將管芯與載體晶圓材料電隔離。針對每個管芯的頂側(cè)電氣接觸311、312和313被用作針對下一個管芯的粘結(jié)層，使得管芯被重疊。鈍化層324用于從頂側(cè)電氣接觸分離激光器管芯體，使得電流僅能夠穿過蝕刻的激光器脊部。在此構(gòu)造中，不存在所有激光器管芯的共同電極，而是用于一個管芯的陽極充當下一個的陰極。由于重疊激光器管芯，脊部能夠靠近地被放置在一起。如所示出的，脊部未重疊，但是應(yīng)當認識到，其他構(gòu)造是可能的。例如，脊部能夠在光刻處理的容差范圍內(nèi)側(cè)向?qū)省?/p>

圖42示出了在實現(xiàn)此的處理中在各種步驟期間的載體晶圓的示意性截面圖。管芯502使用上述方法從第一外延晶圓轉(zhuǎn)移至載體晶圓106。然后第二組粘結(jié)墊503沉積在載體晶圓上并且制成使第二墊片的粘結(jié)面高于第一組轉(zhuǎn)移的管芯502的頂表面的厚度。這樣是為了提供管芯的粘結(jié)與第二外延晶圓的足夠間隙。可能包含不同顏色、尺寸、材料和其他這類差異的管芯的第二基板506被用于將第二組的管芯507轉(zhuǎn)移至載體。最后，在允許每個管芯單獨驅(qū)動的電氣接觸層105之前，制作激光器脊部部并且沉積鈍化層104。從第一基板轉(zhuǎn)移至第二基板的管芯以小于載體晶圓504的第二節(jié)距的節(jié)距505隔開。該處理可以延伸至管芯從任意數(shù)目基板的轉(zhuǎn)移，并且每個管芯的任意數(shù)目激光器件從每個基板的轉(zhuǎn)移。

圖43示出了在實現(xiàn)此的處理中在各種步驟期間的載體晶圓的示意性截面圖。管芯502使用上述方法從第一外延晶圓轉(zhuǎn)移至載體晶圓106。在管芯上制作激光器脊部、鈍化層104和脊形電氣接觸105。隨后粘結(jié)墊503沉積覆蓋脊形電氣接觸。然后，可能包含不同顏色、尺寸、材料和其他這類差異的管芯的第二基板506被用于以與第一組的管芯相同的節(jié)距將第二組的管芯507轉(zhuǎn)移至載體。然后，能夠在第二組的管芯上制作激光器脊部、鈍化層和脊形電氣接觸。隨后，能夠執(zhí)行管芯粘結(jié)和激光器件制作循環(huán)來有效地生產(chǎn)由任意數(shù)目的激光器管芯和器件構(gòu)成的多終端器件。

圖44示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的三個多管芯激光器芯片的示意性布局。布局A和附帶截面B示出了由單片化塊的載體晶圓601、從外延基板轉(zhuǎn)移的三個激光器管芯602、以及用于電氣連接至管芯的金屬跡線和墊片603構(gòu)成的激光器芯片。布局A具有直接粘結(jié)至載體晶圓的管芯，該管芯是導電的并且形成連接至載體晶圓的后側(cè)上的金屬墊片605的共用電極。鈍化層606被用于隔離金屬跡線和接觸激光器脊部并且形成激光器件的第二電極的墊片603。脊側(cè)接觸是單獨的并且電氣隔離使得激光器件可以獨立運行。布局C和附帶截面D示出類似的結(jié)構(gòu)，然而，激光器管芯粘結(jié)至金屬層604，金屬層通過鈍化層606與載體晶圓電隔離。粘結(jié)墊605重疊在載體晶圓的后側(cè)上，提供使激光器芯片附接至基臺、散熱片、印刷電路板或者任何其他封裝的裝置。在該結(jié)構(gòu)中，載體晶圓不需要是導電的。布局E和附帶截面F示出與布局C類似的結(jié)構(gòu)，然而，載體晶圓是導電的并且用作激光器臺面的共用電極。鈍化層沉積在載體與后側(cè)粘結(jié)墊605之間以電氣隔離芯片與安裝芯片的基臺、散熱片、電路板或者其他封裝類型。

圖45示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多管芯激光器芯片的示意性布局。布局A和附帶截面B示出了由單片化塊的載體晶圓701、從外延基板轉(zhuǎn)移的三個激光器管芯702、以及用于電氣連接至管芯的金屬跡線和導電性通孔703構(gòu)成的激光器芯片。通孔穿過載體晶圓并且可以由未示出的粘結(jié)墊覆蓋。激光器管芯經(jīng)由共用電極704粘結(jié)至載體，然而對于激光器件的脊側(cè)接觸與共用電極金屬電氣隔離并且被連接至與共用電極隔離的通孔。鈍化層705將激光器管芯和共用電極與位于管芯以下的在管芯以下提供較高導熱性的區(qū)域以促進熱提取但是與激光器管芯電氣隔離的金屬填充通孔隔離。在該實施方式中，載體晶圓必須電絕緣。

圖46示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多管芯激光器芯片的示意性布局和制作。布局A示出了在管芯的粘結(jié)之后、但是在激光器件的單片化和制作之前的芯片。激光器管芯801經(jīng)由粘結(jié)墊802粘結(jié)至載體晶圓804。載體晶圓是導電的并且充當共用電極。粘結(jié)墊805被重疊在載體晶圓的后側(cè)上以提供將芯片附接至散熱片、基臺或封裝件的裝置，以及提供電氣連接至該器件的裝置。鈍化層803使載體晶圓與獨立激光器管芯上的器件進行電氣接觸的導電層807分離。第二鈍化層806被重疊在管芯上，并且導電層被重疊在第二鈍化層上以提供與中間管芯的電氣隔離的電氣接觸。這種布置允許形成連接到激光器脊部的全部長度且同時足夠?qū)捯员憧山尤胍€粘結(jié)的粘結(jié)墊。平面圖C示出了在載體晶圓上制作的這些器件的陣列的一部分。線808和809示出了用于使載體晶圓單片化為獨立的激光器芯片以及形成激光器件的正面和后面的切割的位置。激光器跳劃刻810用于提供針對切割的引線。為了引導切割，這種構(gòu)造將需要單晶體的載體晶圓。

圖47示意性地描述了實例中針對GaN基發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)的能量轉(zhuǎn)換效率vs輸入功率密度。激光二極管的典型操作狀態(tài)遠高于LED，表示激光二極管的輸出功率密度可以遠高于LED。應(yīng)注意，該圖來自參考2。

圖48示意性地描述了本發(fā)明的實例。集成的、低成本的基于激光器的光模塊(3001)由一個或多個藍色激光二極管(3002)和波長轉(zhuǎn)換元件(3003)組成，附接至共用基板(3004)。金屬跡線(3005)允許與共用基板的電互相連接和熱連接。

圖49示意性地描述了本發(fā)明的替代實例。集成的、低成本的基于激光器的光模塊(3006)由一個或多個藍色激光二極管(3002)和波長轉(zhuǎn)換元件(3003)組成，附接至共用基板(3004)。金屬跡線(3005)允許與共用基板的電互相連接和熱連接。

圖50示意性地描述了本發(fā)明的替代實例。集成的、低成本的基于激光器的光模塊(3007)由一個或多個藍色激光二極管(3002)和波長轉(zhuǎn)換元件(3003)組成，附接至共用基板(3004)。金屬跡線(3005)允許與共用基板的電互相連接和熱連接。

圖51(40)是實例中集成的、低成本的激光器基光模塊(3001)的示意性截面圖。一個或多個藍色激光二極管(3002)和波長轉(zhuǎn)換元件(3003)附接至共用基板(3004)。金屬跡線(3005)允許電的相互連接。導熱和導電附接材料(3009)用于將激光二極管和波長轉(zhuǎn)換元件附接至共用基板(3004)?？蛇x的反射元件(3010)可以插入波長轉(zhuǎn)換元件和附接材料之間。如果共用基板是導電的，則可選的電絕緣層(3011)可以應(yīng)用于共用基板。

圖52示意性地描述了來自一種或多種藍色激光二極管(3002)的光通過幾何特征(3013)耦接到波長轉(zhuǎn)換元件(3003)中的實例?？梢岳每蛇x的光學元件(3014)來提高耦接效率?？蛇x的光學反射元件(3009)可以利用與特征(3013)對準的伴隨幾何特征附接至波長轉(zhuǎn)換元件的多側(cè)。

圖53示意性地描述了集成的、低成本的激光器基光模塊(3015)的替代實例，其中，共用基板(3004)是光學透明的。來自一種或多種藍色激光二極管(3002)的光通過在覆蓋波長轉(zhuǎn)換元件的大部分暴露表面的可選的反射元件(3010)中的孔(3013)耦接到波長轉(zhuǎn)換元件(3003)中。如箭頭(3017)所示，光學出口孔(3016)允許光通過透明共用基板向下發(fā)射。

圖54示意性地描述了實例中集成的照明裝置(3019)，其包括一種或多種集成的、低成本的激光器基光源(3020)、散熱器(3021)和用于成型或修改射出光束的頻譜含量的可選的光學元件(3022)、以及可選的集成電子電源(3023)以及可選的電子連接元件(3024)。

如對于讀者的進一步背景，難以生產(chǎn)大塊形式的氮化鎵及相關(guān)晶體。能夠生產(chǎn)大塊GaN晶錠的生長技術(shù)仍處于不成熟階段，并且所有定向的成本比諸如Si、GaAs、以及InP等其他半導體基板的相似管芯尺寸昂貴許多。雖然大塊、自立式GaN基板(例如，直徑為兩英寸或者更大)商業(yè)可利用，但是它們比更常規(guī)的硅、藍寶石、SiC、InP及GaAs基板更昂貴。

已知的，含鎵和氮的基板的高成本、增大晶圓尺寸的難度、小型晶圓處理時所固有的低效率，使變得極其希望使基板和外延材料的利用率最大化。在制作側(cè)腔激光二極管時，通常情況是由激光器腔長度確定最小管芯長度，但是，由諸如引線粘結(jié)墊的其他器件部件或者諸如在管芯附接過程中用于管芯處理的機械面積的考慮因素確定最小管芯寬度。即，盡管激光器腔長度限制激光器管芯長度，然而，激光器管芯寬度通常遠大于激光器腔寬度。因為GaN基板和外延材料僅對激光器腔區(qū)域內(nèi)和附近至關(guān)重要，所以這提供了發(fā)明新方法以僅形成這些相對昂貴材料之外的激光器腔區(qū)域并且以較低成本材料形成結(jié)合片和芯片的機械結(jié)構(gòu)的極大機遇。盡管引線粘結(jié)墊為～100μm寬，然而，激光器腔寬度的典型尺度為約1μm至30μm。這指的是如果從GaN芯片尺度排除引線粘結(jié)墊寬度限制和機械處理考慮因素，則從單個外延晶圓可制作大于3倍與100倍之間的更多激光二極管管芯。這轉(zhuǎn)變成外延和基板成本的大于3倍至100倍的減少。在傳統(tǒng)器件設(shè)計中，盡管不使用結(jié)構(gòu)支撐之外的半導體的材料性能，然而，相對較大的結(jié)合片由外延管芯機械支撐。

在實例中，本發(fā)明是將包括激光二極管的半導體材料從激光二極管外延生長的基板轉(zhuǎn)移至第二基板，載體晶圓的方法。該方法允許一個或多個AlInGaN或者AlInGaP激光器件轉(zhuǎn)移至載體晶圓。激光器件從它們原始的基板至載體晶圓的轉(zhuǎn)移提供幾個優(yōu)勢。首先是使GaN激光器件的數(shù)目最大化，該GaN激光器件可以在含鎵和氮的基板上的給定的外延區(qū)域通過在載體晶圓上鋪開外延材料使得引線粘結(jié)墊或者其他結(jié)構(gòu)元件由相對便宜的載體晶圓機械地支撐制作，同時發(fā)光區(qū)域仍然由必要的外延材料制作。這將極大減小所有鎵和氮基激光二極管的芯片成本。

另一個優(yōu)勢是將光電器件的通常通過除激光二極管以外的組件提供的多個方面集成到載體晶圓中。例如，載體晶圓材料可以選擇為可以用作激光器件材料的機械載體以及提供導電地但是電隔離地連接至激光器件封裝和散熱片的基臺。這是關(guān)鍵的優(yōu)勢，因為所得到的部分，在從載體晶圓分割單獨的芯片之后，是完全功能性激光發(fā)射器件。通常，基臺利用連接至引線粘結(jié)墊的焊料墊片圖案化。在這種意義上講，基臺上的激光器管芯是提供機械支撐以及電接入激光器件的簡單的激光器封裝件并且可以認為所有激光基光源的基本的構(gòu)件塊。通過使載體晶圓與基臺的功能結(jié)合，本發(fā)明避免相對昂貴的拾取和放置及裝配步驟以及單獨的基臺的成本。

另一個優(yōu)勢是允許大部分器件制作步驟在轉(zhuǎn)移至載體晶圓的管芯上進行。因為載體晶圓尺寸是任意的，所以可以選擇足夠大的載體尺寸以允許管芯從多個基板至相同的載體晶圓的粘結(jié)使得更多器件分擔激光器件的制作期間的每個處理步驟的成本，從而顯著地減少制作成本。而且，包封步驟可以直接在載體晶圓上進行，允許使用并行處理方法制作環(huán)境密封的激光器芯片。所得到的器件，包封與否，將是真正的芯片級封裝激光器件。

另一個優(yōu)勢是本發(fā)明在沒有破壞基板的情況下從基板轉(zhuǎn)移包括激光器件的外延材料，從而允許基板回收利用并且重復用于更多器件的生長。在當基板可以回收利用多次的情形下，有效的基板成本迅速接近回收利用的基板的成本而不是原始基板的成本。對于諸如GaN激光二極管的器件，在基板相對于更成熟的化合物半導體材料既小又昂貴的情況下，這些優(yōu)勢可以導致制作激光器件的成本的大大減小。

總之，本發(fā)明的實施方式包括由上覆基板晶圓的表面區(qū)域的器件層組成的光電器件晶圓?；宀牧峡梢允荊aN、藍寶石、SiC、Si及GaAs，但是可以是其他。光電設(shè)備層的一層或多層與基板分離，該一層或多層設(shè)計成通過干蝕刻、濕蝕刻或者由于激光輻射的分解選擇性地可移動。粘結(jié)材料沉積在光電器件層的表面上。粘結(jié)材料還作為毯涂層沉積或者在載體晶圓上圖案化。標準光刻處理用于掩蔽器件晶圓，然后利用干蝕刻處理或者濕蝕刻處理將該器件晶圓蝕刻為暴露犧牲層的打開的通孔。選擇性蝕刻處理用于去除犧牲層同時完整地保留光電器件層。在選擇性去除處理是濕蝕刻的情況下，當選擇性蝕刻不理想時，可以采用保護性的鈍化層來防止器件層暴露于蝕刻。選擇性去除底切器件層。

可以使用掩模的特殊特征，該特殊特征附接至底切器件層，但是該特殊特征本身過大而無法底切，或者由于掩模的設(shè)計包含沒有去除犧牲層的區(qū)域或者這些特征可以由耐蝕刻的金屬或者電介質(zhì)組成。這些特征充當固定器，防止底切器件層從基板分離。至基板的該部分附接也可以通過不完全去除犧牲層實現(xiàn)，使得底切器件層與基板之間存在纖細連接，該纖細連接在粘結(jié)期間可能折斷。然后使載體晶圓與器件晶圓上的粘結(jié)材料的表面接觸并且形成粘結(jié)，該粘結(jié)比底切器件層至固定器或者犧牲層的剩余材料的附接更堅固。在粘結(jié)之后，載體與器件晶圓的分離使器件層轉(zhuǎn)移至載體晶圓。

本發(fā)明允許在基板上以極高密度制作激光器管芯。該高密度大于實際上用于使用當前制作過程建造的激光器件。激光器管芯以比它們在基板上的節(jié)距更大的節(jié)距(例如，較低密度)轉(zhuǎn)移至載體晶圓。載體晶圓可以由不太昂貴的材料，或者具有允許使用載體作為基臺的材料性質(zhì)的材料制成或者載體晶圓可以是包括鈍化層的設(shè)計的晶圓和標準光刻處理制作的電氣元件。一旦轉(zhuǎn)移，可以使用標準光刻處理將管芯處理為激光器件。載體晶圓直徑可以選擇為激光器管芯可以從多個含鎵和氮的基板轉(zhuǎn)移至單個載體并且使用標準光刻處理并行處理為激光器件。

在具體實施方式中，氮化鎵基板構(gòu)件是大塊GaN基板，其特征在于具有極性晶面區(qū)域，但可以是其他基板。在具體實施方式中，大塊氮化物GaN基板包括氮并且具有約10E5cm^-2與約10E7cm^-2之間或者低于10E5cm^-2的表面位錯密度。氮化物晶體或者晶圓可以包括AL_xIn_yGa_1-x-yN，其中，0≤x，y，x+y≤1。在一個具體實施方式中，氮化物晶體包括GaN。在一個或多個實施方式中，GaN基板在大致正交或者傾斜于表面的方向上具有螺紋式位錯，約10E5cm^-2與約10E8cm^-2之間的密度。由于位錯的正交或者傾斜取向的結(jié)果，表面位錯密度介于約10E5cm^-2與約10E7cm^-2之間或者低于約10E5cm^-2。在具體實施方式中，器件可以在略微斜切極性基板上制作。

通常，基板提供有一個或者多個下列外延生長元素，但并不限于：

○N-GaN包層區(qū)域，具有約50nm至約6000nm厚度，且具有約5E16cm^-3至1E19cm^-3的Si或者氧摻雜度；；

○高銦含量和/或厚InGaN層的InGaN區(qū)域或者超SCH區(qū)域；

○上覆InGaN區(qū)域的較高帶隙應(yīng)力控制區(qū)域；

○可選地，上覆InGaN區(qū)域的SCH區(qū)域；

○量子阱有源區(qū)，包括通過約1.5至15.0nmGaN或者InGaN勢壘分離的一個至五個約1.0-5.5nmInGaN量子阱；

○可選地，p側(cè)SCH層，包括具有約1％與10％之間的銦摩爾分數(shù)和約15nm至約250nm的厚度的InGaN；

○電子阻擋層，包括具有約5％與約20％之間的鋁摩爾分數(shù)和約10nm至約15nm厚度并且摻雜有Mg的AlGaN；

○具有約400nm至約1000nm厚度且具有約5E17cm^-3至約1E19cm^-3的Mg摻雜度的p-GaN包覆層；

○具有約20nm至約40nm厚度且具有約1E20cm^-3至約1E21cm^-3的Mg摻雜度的p++-GaN接觸層。

通常，使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者適合于GaN生長的其他外延生長技術(shù)的至少一種外延沉積技術(shù)，來形成各個區(qū)域。根據(jù)一個或多個實施方式，有源區(qū)可包括一個到約二十個量子阱區(qū)域。例如，為了實現(xiàn)預定的厚度，在將n型Al_uIn_vGa_1-u-vN層沉積預定的時間段之后，沉積有源層。有源層也可包括單個量子阱和具有約2至10個量子阱的多個量子阱。量子阱可包括InGaN阱和GaN阻擋層。在其他實施方式中，阱層和阻擋層分別包括Al_wIn_xGa_1-w-xN和Al_yIn_zGa_1-y-zN，其中，0≤w、x、y、z、w+x、y+z≤1，其中，w<u、y和/或x>v、z，從而阱層的帶隙小于阻擋層和n型層的帶隙。阱層和勢壘層可均具有約1nm與約15nm之間的厚度。在另一實施方式中，有源層包括雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，約10nm至約100nm厚的InGaN或者Al_wIn_xGa_1-w-xN層被GaN或者Al_yIn_zGa_1-y-zN層包圍，其中，w<u,y和/或x>v,z。選擇有源層的成分和結(jié)構(gòu)以提供預選波長的光發(fā)射。有源層可保持未摻雜(或者非有意摻雜)或者可摻雜n型或者p型。

有源區(qū)還可包括電子阻擋區(qū)域和分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，優(yōu)選沉積電子阻擋層。電子阻擋層可包括Al_sIn_tGa_1-s-tN，其中，0≤s,t,s+t≤1，且具有比有源層更高的帶隙，并且可摻雜有p型，或者電子阻擋層包括AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)(包括可替代的AlGaN和GaN層)?？商娲?，可不存在電子阻擋層。應(yīng)注意，p型氮化鎵結(jié)構(gòu)被沉積在電子阻擋層和有源層上方。p型層可具有約10E16cm^-3與10E22cm^-3之間的摻雜度的Mg，并且可具有約5nm與約1000nm之間的厚度。p型層的最外層1nm至50nm可比該層其余部分摻雜得更重，從而能夠改進電氣接觸。

圖4是示出了本技術(shù)領(lǐng)域的GaN激光二極管結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的簡化截面示意圖。該圖僅僅是一個實例，該實例不應(yīng)過度限制本文權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認識到根據(jù)本公開內(nèi)容的其他變化、變型及替換裝置。如圖所示，激光器件包括氮化鎵基板203，其具有底層n型金屬背接觸區(qū)201。在實施方式中，金屬背接觸區(qū)由合適的材料制成，諸如下述那些以及其他材料。接觸區(qū)的進一步細節(jié)可從本發(fā)明的說明書中以及以下更詳細的描述中找到。

在實施方式中，該器件還具有上覆n型氮化鎵層205、有源區(qū)207、以及被構(gòu)造成激光條帶區(qū)域211的上覆p型氮化鎵層。此外，除了其他特征，該器件還包括n側(cè)分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)206、p側(cè)引導層或SCH208、p-AlGaN EBL 209。在實施方式中，該器件還具有p++型氮化鎵材料213，以形成接觸區(qū)。在實施方式中，p++型接觸區(qū)具有合適的厚度，并且可在從約10nm至約50nm的范圍內(nèi)，或者具有其他厚度。在實施方式中，摻雜程度可高于p型包覆區(qū)域和/或大塊區(qū)域。在實施方式中，p++型區(qū)域具有范圍從約10¹⁹Mg/cm³至10²¹Mg/cm³的摻雜濃度或其他濃度。p++型區(qū)域優(yōu)選地在半導體區(qū)域與上覆金屬接觸區(qū)之間形成溝道。在實施方式中，使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或適合于GaN生長的其他外延生長技術(shù)中的至少一種外延沉積技術(shù)形成這些區(qū)中的每個。在實施方式中，外延層是上覆n型氮化鎵層的高質(zhì)量外延層。在一些實施方式中，例如，高質(zhì)量層摻雜有Si或者O以形成n型材料，約10¹⁶cm^-3與約10²⁰cm^-3之間的摻雜濃度。

該器件具有形成上覆斜切晶體取向表面區(qū)域的一部分的激光條帶區(qū)域。作為實例，圖3是具有利用切割或蝕刻的反射鏡沿m方向?qū)实那惑w的c平面極性激光二極管的簡化示意圖。激光條帶區(qū)域以基本垂直于a方向的m方向上顯著的中空取向為特征，但是可以是諸如a方向上基本對準的腔體的其它的。激光條帶區(qū)域具有第一端107和第二端109并且形成在m方向上具有面向彼此的一對切割的反射鏡結(jié)構(gòu)的{0001}含鎵和氮的基板上。第一切割刻面包括反射涂層而第二切割刻面包括沒有涂層、防反射涂層，或者暴露含鎵和氮的材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通過根據(jù)實施方式的劃刻和折斷處理或者替代地通過使用諸如活性離子蝕刻(RIE)、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻(ICP)、或者化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)或者其他方法的蝕刻技術(shù)的蝕刻技術(shù)提供。第一鏡面和第二鏡面的每個包括反射涂層。涂層選自二氧化硅、二氧化鉿及二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、包括組合物等。鏡面取決于設(shè)計還可以包括抗反射涂層。

在具體實施方式中，刻面形成的方法包括使基板服從用于圖案形成的激光器。在優(yōu)選實施方式中，圖案被構(gòu)造用于一個或多個脊形激光器的一對刻面的形成。在優(yōu)選實施方式中，一對刻面彼此面對并且互相平行對準。在優(yōu)選實施方式中，方法使用UV(355nm)激光器來劃刻激光棒。在具體實施方式中，激光器構(gòu)造在系統(tǒng)上，該系統(tǒng)允許以一種或多種不同圖案和輪廓構(gòu)成的準確刻線。在一個或多個實施方式中，激光器劃刻可以取決于應(yīng)用在后側(cè)、前側(cè)、或者前后兩側(cè)上執(zhí)行。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在具體實施方式中，方法使用后側(cè)激光器劃刻等。利用后側(cè)激光器劃刻，方法優(yōu)選形成垂直于GaN基板的后側(cè)上的激光棒的連續(xù)線激光劃刻。在具體實施方式中，激光劃刻通常約15um至20um深或者其他合適的深度。優(yōu)選地，后側(cè)劃刻可以是有利的。即，激光劃刻處理不取決于激光棒的節(jié)距或者其他類似圖案。因此，根據(jù)優(yōu)選實施方式，后側(cè)激光劃刻可以導致每個基板上的更高密度的激光棒。在具體實施方式中，然而，后側(cè)激光劃刻可能導致來自一個或多個刻面上的帶子的殘余物。在具體實施方式中，后側(cè)激光劃刻常常需要基板在帶子上面向下。對于前側(cè)激光劃刻，基板的后側(cè)與帶子接觸。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

激光劃刻圖案：激光器掩模的節(jié)距約200um，但是可以是其他的節(jié)距。在實施方式中，方法使用170um劃刻，對于200um節(jié)距具有30um的虛線。在優(yōu)選實施方式中，在保持激光器的對熱量敏感的熱影響區(qū)遠離激光器脊部的同時使劃刻長度最大化或者增加。

激光劃刻輪廓：鋸齒輪廓通常生產(chǎn)最小的刻面粗糙度。據(jù)信，鋸齒輪廓形狀在材料中產(chǎn)生極高的應(yīng)力集中，這使切割更容易和/或更高效地傳播。

在具體實施方式中，刻面形成的方法包括使基板服從用于圖案形成的機械劃刻。在優(yōu)選實施方式中，圖案被構(gòu)造用于一個或多個脊形激光器的一對刻面的形成。在優(yōu)選實施方式中，一對刻面彼此面對并且互相平行對準。在優(yōu)選實施方式中，方法使用鑲金剛石的劃片在物理上劃刻激光棒，然而對本領(lǐng)域中任何一個技術(shù)人員明顯，鑲有比GaN更硬的任何材料的劃片將是足夠的。在具體實施方式中，激光器構(gòu)造在系統(tǒng)上，該系統(tǒng)允許以一種或多種不同圖案和輪廓構(gòu)成的準確刻線。在一個或多個實施方式中，機械劃刻可以取決于應(yīng)用在后側(cè)、前側(cè)、或者前后兩側(cè)上執(zhí)行。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在具體實施方式中，方法使用后側(cè)劃刻等。對于后側(cè)機械劃刻，方法優(yōu)選形成垂直于GaN基板的后側(cè)上的激光棒的連續(xù)線劃刻。在具體實施方式中，激光劃刻通常約15um至20um深或者其他合適的深度。優(yōu)選地，后側(cè)劃刻可以是有利的。即，機械劃刻處理不取決于激光棒的節(jié)距或者其他類似圖案。因此，根據(jù)優(yōu)選實施方式，后側(cè)劃刻可以導致每個基板上的激光棒的更高密度。在具體實施方式中，然而，后側(cè)機械劃刻可能導致來自一個或多個刻面上的帶子的殘余物。在具體實施方式中，后側(cè)機械劃刻常常需要基板在帶子上面向下。對于前側(cè)機械劃刻，基板的后側(cè)與帶子接觸。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

熟知的是，諸如化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)、電感耦接等離子體(ICP)蝕刻、或者反應(yīng)離子蝕刻(RIE)等蝕刻技術(shù)可導致產(chǎn)生平滑垂直的蝕刻側(cè)壁區(qū)域，其可用作蝕刻的刻面激光二極管中的刻面。在蝕刻刻面過程中，掩模層沉積在晶圓表面上并且在晶圓表面上圖案化。蝕刻掩模層可由諸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)、其組合或者其他電介質(zhì)材料等電介質(zhì)組成。此外，掩模層可包括諸如Ni或Cr等金屬層，但可包括金屬組合堆疊或者包含金屬和電介質(zhì)的堆疊。在另一種方法中，光致抗蝕劑掩?？杀粏为毷褂没蚺c電介質(zhì)和/或金屬組合使用。使用常規(guī)照相平印術(shù)和蝕刻步驟使蝕刻掩模層圖案化。使用接觸式對準儀或者步進式對準儀可執(zhí)行對準光刻。該光刻限定的鏡像為設(shè)計工程師提供了高度控制。在完成使蝕刻掩模的頂部上的光致抗蝕劑掩模圖案化之后，使用濕蝕刻或者干蝕刻技術(shù)將圖案轉(zhuǎn)移到蝕刻掩模。最后，使用選自于CAIBE、ICP、RIE和/或其他技術(shù)的干蝕刻技術(shù)將刻面圖案蝕刻到晶圓上。蝕刻刻面表面必須與晶圓的表面平面具有介于約87度與約93度之間的高度垂直或者介于約89度至約91度之間的高度垂直。蝕刻刻面表面區(qū)域必須非常平滑，具有小于約50nm、20nm、5nm、或者1nm的均方根粗糙度值。最后，蝕刻必須基本上沒有損壞，可以充當非輻射復合中心并且由此減小COMD閾值。已知的是，由于蝕刻的化學特性，CAIBE提供非常平滑且低損壞的側(cè)壁，同時其由于使管芯臺傾斜以補償蝕刻時的任何固定角度的能力，所以可提供高度垂直的蝕刻。

激光條帶的特征在于長度和寬度。長度范圍為約50微米至約3000微米，但優(yōu)選為介于約10微米與約400微米之間、介于約400微米與約800微米之間、或者約800微米和約1600微米之間，但可以是其他尺寸。該帶還具有約0.5微米至約50微米范圍的寬度，但對于單一橫向模式操作，優(yōu)選為介于約0.8微米與約2.5微米之間，并且對于多橫向模式操作，優(yōu)選為介于約2.5um與約35um之間，但可以是其他尺度。在具體實施方式中，該器件具有約0.5微米至約1.5微米范圍的寬度、約1.5微米至約3.0微米范圍的寬度、約3.0微米至約35微米范圍的寬度及其他寬度。在具體實施方式中，盡管可能存在略微的變化，然而，寬度在尺度上基本一致。通常，使用本領(lǐng)域中常規(guī)的掩模和蝕刻處理形成寬度和長度。

通過選自干蝕刻或濕蝕刻的蝕刻處理提供激光條帶。該器件還具有暴露p型接觸區(qū)的上覆電介質(zhì)區(qū)域。上覆接觸區(qū)的是接觸材料，該接觸材料可以是金屬或者導電氧化物或者其組合?？赏ㄟ^熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電鍍、濺射或另一種合適的技術(shù)來沉積p型電氣接觸。上覆基板的拋光區(qū)域的是第二接觸材料，該第二接觸材料可以是金屬或者導電氧化物或其組合并且包括n型電氣接觸?？赏ㄟ^熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電鍍、濺射或另一種合適的技術(shù)來沉積n型電氣接觸。

給出高的含鎵和氮的基板成本，按比例增加含鎵和氮的基板尺寸、小晶圓處理中所固有的低效率及潛在供給限制中的困難，使變得極其期望可用的含鎵和氮的基板的利用最大化并上覆外延材料。在制作側(cè)腔激光二極管時，通常的情況是由諸如引線粘結(jié)墊的器件組件或者機械處理考慮因素而非激光腔寬度來決定最小的管芯尺寸。使管芯尺寸最小化對降低制造成本至關(guān)重要，因為較小的管芯尺寸允許在單個處理操作中在單個晶圓上制作大量的器件。本發(fā)明是一種使器件數(shù)目最大化的方法，該方法通過經(jīng)由管芯擴展過程將外延材料散布到載體晶圓上可從已知的含鎵和氮的基板以及上覆的外延材料制作的器件的數(shù)目最大化。

相對于AlInGaAsP激光器件，這些器件包括由GaAs或者Ge制成的基板，但是可以是其他基板。如本文中所使用的，術(shù)語“基板”可指大塊基板或者可包括諸如含砷或者磷的外延區(qū)域的上覆生長結(jié)構(gòu)、或者諸如n型AlGaAs的功能區(qū)域、組合等。器件具有上覆由GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaAS、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP組成的基板的材料。通常，使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者適合于AlInGaAsP生長的其他外延生長技術(shù)的至少一種外延沉積技術(shù)，來形成這些區(qū)域的每一個。通常，這些器件具有可以分別以低于發(fā)光有源區(qū)的折射率形成為n型包覆層或者p型包覆層的一部分的n型和p型導電層。n包覆層可以由含鋁的AlInGaAsP的合金組成。器件包含在器件的操作期間發(fā)光的有源區(qū)。有源區(qū)可以具有帶隙比周圍量子勢壘低的一種或多種量子阱。單獨限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)可以包括有高于包覆層的折射率以提高光模的限制。SCH和量子阱通常由InGaP、AlInGaP或者InGaAsP組成，但是可以是其他材料。

器件具有形成上覆表面區(qū)域的一部分的激光條帶區(qū)域。激光條帶區(qū)域具有第一端和第二端，第一端和第二端具有一對面對彼此的切割的反射鏡結(jié)構(gòu)。第一切割刻面包括反射涂層而第二切割刻面不包括涂層、防反射涂層，或者暴露含As或P材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通過根據(jù)實施方式的劃刻和折斷處理或者替代地通過使用諸如活性離子蝕刻(RIE)、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻(ICP)、或者化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)或者其他方法的蝕刻技術(shù)的蝕刻技術(shù)提供。第一鏡面和第二鏡面的每個包括反射涂層。涂層選自二氧化硅、二氧化鉿及二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、包括組合物等。取決于設(shè)計，鏡面還可以包括抗反射涂層。

在具體實施方式中，刻面形成的方法包括使基板服從激光器用于圖案形成。在優(yōu)選實施方式中，圖案被構(gòu)造用于一個或多個脊形激光器的一對刻面的形成。在優(yōu)選實施方式中，一對刻面彼此面對并且互相平行對準。在優(yōu)選實施方式中，方法使用UV(355nm)激光器來劃刻激光棒。在具體實施方式中，激光器構(gòu)造在系統(tǒng)上，該系統(tǒng)允許以一種或多種不同圖案和輪廓構(gòu)成的準確刻線。在一個或多個實施方式中，激光器劃刻可以取決于應(yīng)用在后側(cè)、前側(cè)、或者前后兩側(cè)上執(zhí)行。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在具體實施方式中，方法使用后側(cè)激光器劃刻等。利用后側(cè)激光器劃刻，方法優(yōu)選形成垂直于GaN基板的后側(cè)上的激光棒的連續(xù)線激光劃刻。在具體實施方式中，激光劃刻通常約15um至20um深或者其他合適的深度。優(yōu)選地，后側(cè)劃刻可以是有利的。即，激光器劃刻處理不取決于激光棒的節(jié)距或者其他類似圖案。因此，根據(jù)優(yōu)選實施方式，后側(cè)激光劃刻可以導致每個基板上的激光棒的更高密度。在具體實施方式中，然而，后側(cè)激光劃刻可能導致來自一個或多個刻面上的帶子的殘余物。在具體實施方式中，后側(cè)激光劃刻常常需要基板在帶子上面向下。對于前側(cè)激光劃刻，基板的后側(cè)與帶子接觸。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在具體實施方式中，刻面形成的方法包括使基板服從用于圖案形的機械劃刻。在優(yōu)選實施方式中，圖案被構(gòu)造用于一個或多個脊形激光器的一對刻面的形成。在優(yōu)選實施方式中，一對刻面彼此面對并且互相平行對準。在優(yōu)選實施方式中，方法使用鑲金剛石的劃片在物理上劃刻激光棒，然而對本領(lǐng)域中任何一個技術(shù)人員明顯，鑲比GaN更硬的任何材料的劃片將是足夠的。在具體實施方式中，激光器構(gòu)造在系統(tǒng)上，該系統(tǒng)允許以一種或多種不同圖案和輪廓構(gòu)成的準確刻線。在一個或多個實施方式中，機械劃刻可以取決于應(yīng)用在后側(cè)、前側(cè)、或者前后兩側(cè)上執(zhí)行。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在具體實施方式中，方法使用后側(cè)劃刻等。對于后側(cè)機械劃刻，方法優(yōu)選形成垂直于GaN基板的后側(cè)上的激光棒的連續(xù)線劃刻。在具體實施方式中，激光劃刻通常約15um至20um深或者其他合適的深度。優(yōu)選地，后側(cè)劃刻可以是有利的。即，機械劃刻處理不取決于激光棒的節(jié)距或者其他類似圖案。因此，根據(jù)優(yōu)選實施方式，后側(cè)劃刻可以導致每個基板上的激光棒的更高密度。在具體實施方式中，然而，后側(cè)機械劃刻可能導致來自一個或多個刻面上的帶子的殘余物。在具體實施方式中，后側(cè)機械劃刻常常需要基板在帶子上面向下。對于前側(cè)機械劃刻，基板的后側(cè)與帶子接觸。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

熟知的是，諸如化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)、電感耦接等離子體(ICP)蝕刻、或者反應(yīng)離子蝕刻(RIE)等蝕刻技術(shù)可導致產(chǎn)生平滑垂直的蝕刻側(cè)壁區(qū)域，其可用作蝕刻的刻面激光二極管中的刻面。在蝕刻刻面過程中，掩模層沉積在管芯表面上并且在管芯表面上圖案化。蝕刻掩模層可由諸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)、其組合或者其他電介質(zhì)材料等電介質(zhì)組成。此外，掩模層可包括諸如Ni或者Cr等金屬層，但可包括金屬組合堆疊或者包含金屬和電介質(zhì)的堆疊。在另一種方法中，光致抗蝕劑掩?？杀粏为毷褂没蚺c電介質(zhì)和/或金屬組合使用。使用常規(guī)光刻和蝕刻步驟使蝕刻掩模層圖案化。使用接觸式對準儀或者步進式對準儀可執(zhí)行對準光刻。該光刻限定的鏡像為設(shè)計工程師提供了高度控制。在完成使蝕刻掩模的頂部上的光致抗蝕劑掩模圖案化之后，使用濕蝕刻或者干蝕刻技術(shù)將圖案轉(zhuǎn)移到蝕刻掩模。最后，使用選自于CAIBE、ICP、RIE和/或其他技術(shù)的干蝕刻技術(shù)將刻面圖案蝕刻到晶圓上。蝕刻刻面表面必須與晶圓的表面平面具有介于約87度與約93度之間的高度垂直或者介于約89度至約91度之間的高度垂直。蝕刻刻面表面區(qū)域必須非常平滑，具有小于約50nm、20nm、5nm、或者1nm的均方根粗糙度值。最后，蝕刻必須基本上沒有損壞，可以充當非輻射復合中心并且由此減小COMD閾值。已知的是，由于蝕刻的化學特性，CAIBE提供非常平滑且低損壞的側(cè)壁，同時其由于使管芯臺傾斜以補償蝕刻時的任何固定角度的能力，所以可提供高度垂直的蝕刻。

激光條帶的特征在于長度和寬度。長度范圍為約50微米至約3000微米，但優(yōu)選為介于約10微米與約400微米之間、介于約400微米與約800微米之間、或者約800微米和約1600微米之間，但可以是其他尺寸。該帶還具有約0.5微米至約50微米范圍的寬度，但對于單一橫向模式操作，優(yōu)選為介于約0.8微米與約2.5微米之間，并且對于多橫向模式操作，優(yōu)選為介于約2.5um與約35um之間，但可以是其他尺度。在具體實施方式中，盡管可能存在略微的變化，然而，寬度在尺度上基本恒定。通常，使用本領(lǐng)域中常規(guī)的掩模和蝕刻處理形成寬度和長度。

通過選自干蝕刻或濕蝕刻的蝕刻處理提供激光條帶。該器件還具有暴露p型接觸區(qū)的重疊電介質(zhì)區(qū)域。上覆接觸區(qū)的是接觸材料，該接觸材料可以是金屬或者導電氧化物或者其組合?？赏ㄟ^熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電鍍、濺射或另一種合適的技術(shù)來沉積p型電氣接觸。上覆基板的拋光區(qū)域的是第二接觸材料，該第二接觸材料可以是金屬或者導電氧化物或其組合并且包括n型電氣接觸?？赏ㄟ^熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電鍍、濺射或另一種合適的技術(shù)來沉積n型電氣接觸。

本發(fā)明需要選擇性去除一個或多個外延層以允許激光器件層的剝離。上述典型器件結(jié)構(gòu)中的所有外延層通常用于最終的器件使得并無一個外延層可以從結(jié)構(gòu)去除。在大多數(shù)情況下犧牲層必須添加至外延結(jié)構(gòu)。該層具有以下特性a)可以相對于外延結(jié)構(gòu)中的相鄰層選擇性地蝕刻，b)可以以不誘導器件層中消極影響性能的缺陷的方式生長及c)可以在功能器件層與基板之間生長使得犧牲層的選擇性去除引起器件層的底切。在一些實施方式中，犧牲層是外延結(jié)構(gòu)中通常發(fā)現(xiàn)的層。例如，當使用激光剝離來選擇性地去除光電器件中的生長在藍寶石上的材料時，犧牲層可能是鄰近于藍寶石外延表面的氮化物材料。在一些實施方式中，犧牲層可以通過選擇性地修改器件中通常發(fā)現(xiàn)的層的一部分產(chǎn)生。例如，可以誘導n型GaN層在特定深度經(jīng)由控制良好的離子注入過程選擇性地可蝕刻。

在圖6中描述了用于制作底切GaN基激光二極管的一個實施方式。該實施方式使用帶隙選擇性光電化學(PEC)蝕刻底切蝕刻到外延層中的臺面陣列。在圖6中示出外延晶圓的制作。該過程需要包括埋入犧牲區(qū)，這通過帶隙被進行選擇性PEC蝕刻。對于GaN基光電器件，示出了在PEC蝕刻過程中InGaN量子阱作為有效犧牲區(qū)。^1,2在圖6中所示的粘結(jié)金屬沉積之前，圖6中所描述的第一步驟是暴露犧牲層的自頂至下蝕刻。利用暴露的犧牲區(qū)，帶隙選擇性PEC蝕刻用于將臺面底切。在一個實施方式中，在PEC蝕刻過程中，犧牲區(qū)和所有其他層的帶隙被選擇為使得僅犧牲區(qū)吸收光從而用于蝕刻。本發(fā)明的另一實施方式使用具有比有源區(qū)更高的帶隙的犧牲區(qū)，使得兩個層在帶隙PEC蝕刻過程中均吸收。在該實施方式中，如圖8所示，使用側(cè)壁上的絕緣保護層可以防止有源區(qū)在帶隙選擇性PEC蝕刻過程中被蝕刻。圖8中所描述的第一步驟是暴露器件有源區(qū)的蝕刻。該步驟在臺面?zhèn)缺谏铣练e保護絕緣層之前，其用于在后面的犧牲區(qū)底切PEC蝕刻步驟中阻止有源區(qū)的PEC蝕刻。然后，如圖8所示，執(zhí)行第二自頂至下蝕刻以暴露犧牲層并且沉積粘結(jié)金屬。利用暴露的犧牲區(qū)，帶隙選擇性PEC蝕刻用于將臺面底切。此時，使用圖7中所示的選擇性區(qū)域粘結(jié)處理繼續(xù)制作器件。在另一個實施方式中，有源區(qū)通過干蝕刻暴露并且有源區(qū)和犧牲區(qū)均吸收泵浦光。在圍繞有源區(qū)的p型與n型包層之間制作導電通路。如在太陽能電池中，載流子由于耗盡區(qū)域中的電場被從有源區(qū)清除。通過將n型層和p型層電連接在一起，可以不斷從有源區(qū)清除空穴，減緩或者防止PEC蝕刻。

底切AlInGaAsP基激光二極管可以以類似于GaN基激光二極管的方式生產(chǎn)。存在選擇性地蝕刻一些AlInGaAsP合金的多種濕蝕刻。⁷在一個實施方式中，AlGaAs或者AlGaP犧牲層可以生長地包覆有GaAs蝕刻停止層。當Al_xGa_1-xAs和Al_xGa_1-xP的成分高(x>0.5)時，當利用HF蝕刻時，AlGaAs可以以幾乎完整的選擇性(即AlGaAs的蝕刻速率>GaAs的1E6倍)蝕刻。具有高InP和AlP成分的InGaP和AlInP可以相對于GaAs選擇性地利用HCl蝕刻。GaAs可以相對于使用C₆H₈O₇:H₂O₂:H₂O的AlGaAs選擇性地蝕刻。存在微機械加工AlInGaAsP合金的領(lǐng)域的技術(shù)人員周所周知的犧牲層、蝕刻停止層及蝕刻化學試劑的多種其他組合物。

在一個實施方式中，AlInGaAsP器件層暴露于連同犧牲層成分一起選擇的蝕刻溶液使得僅犧牲層受到明顯的蝕刻。如在圖8中所示，在成分的選擇性蝕刻期間在側(cè)壁上使用耐蝕刻保護層，諸如二氧化硅、氮化硅、金屬或者光刻膠等可以防止有源區(qū)蝕刻。圖8中所描述的第一步驟是暴露器件有源區(qū)的蝕刻。該步驟在臺面?zhèn)缺谏铣练e保護絕緣層之前，其用于在后面的犧牲區(qū)底切PEC蝕刻步驟中阻止有源區(qū)的PEC蝕刻。然后，如圖8所示，執(zhí)行第二自頂至下蝕刻以暴露犧牲層并且沉積粘結(jié)金屬。利用暴露的犧牲區(qū)，組成上的選擇性蝕刻用于將臺面底切。此時，使用圖7中所示的選擇性區(qū)域粘結(jié)處理繼續(xù)制作器件。器件層應(yīng)該通過耐蝕刻的材料層與犧牲層分離。這是防止在部分去除犧牲層之后蝕刻到器件層。

圖5中描述了管芯擴展過程的一種優(yōu)選實施方式的頂視圖。起始材料是圖案化的外延和載體晶圓。此處，‘外延晶圓’或者‘外延的晶圓’被定義為由有源區(qū)組成的外延材料生長于其上的原始含鎵和氮的晶圓，而“載體晶圓”被定義為為便于處理而外延層轉(zhuǎn)移至的晶圓?；谌魏螖?shù)目的標準均可選擇載體管芯，標準包括但不限于成本、導熱率、熱擴展系數(shù)、尺寸、導電率、光學性能、以及處理兼容性。以允許使粘結(jié)的外延區(qū)域隨后選擇性地釋放的方式制備圖案化的外延晶圓。圖案化的載體晶圓被制備成使得按順序布置粘結(jié)墊以實現(xiàn)選擇性區(qū)域粘結(jié)過程。通過各種過程流可制備這些晶圓，下面將對其的一些實施方式進行描述。在第一選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟中，外延晶圓與載體晶圓上的預圖案化粘結(jié)墊對準并且壓力、熱、和/或聲處理法的組合用于使臺面粘結(jié)至粘結(jié)墊。粘結(jié)材料可以是各種介質(zhì)，包括但不限于金屬、聚合體、蠟劑、以及氧化物。將僅粘結(jié)與載體晶圓上的粘結(jié)墊接觸的外延管芯。對于商用管芯結(jié)合器，存在次微米對準容差是可能的。然后，移離外延晶圓，在弱外延釋放層折斷外延材料，使得所希望的外延層保留在載體晶圓上。此處，‘選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟’被定義為該過程的單一反復操作。在圖5中描述的實例中，在該第一選擇性粘結(jié)步驟中，轉(zhuǎn)移外延管芯的四分之一，從而保留外延晶圓的四分之三。然后，重復選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟，以將外延管芯的第二四分之一、第三四分之一、以及第四四分之一轉(zhuǎn)移至圖案化的載體晶圓?？梢灾貜驮撨x擇性區(qū)域粘結(jié)任意次數(shù)并且不局限于圖5中所描述的四個步驟。結(jié)果是，載體晶圓上的外延管芯的陣列具有比外延晶圓上的原始管芯節(jié)距更寬的管芯節(jié)距。外延晶圓上的管芯節(jié)距被稱之為節(jié)距1，并且載體晶圓上的管芯節(jié)距被稱之為節(jié)距2，其中，節(jié)距2大于節(jié)距1。此時，可對載體晶圓執(zhí)行標準激光二極管處理。圖1和圖2a至圖2b中分別描述了以本技術(shù)領(lǐng)域的方法和本發(fā)明中所描述的方法制作的器件的側(cè)輪廓圖。本發(fā)明所提供的器件結(jié)構(gòu)僅包含光腔需要的相對昂貴外延材料并且具有位于載體晶圓上的相對較大的粘結(jié)墊和/或其他器件組件。激光器脊部寬度和粘結(jié)墊的典型尺寸分別為<約30μm和>約100μm，從而允許通過本發(fā)明三次或者多次改進外延使用效率。

盡管各種氧化物結(jié)合劑、聚合體結(jié)合劑、蠟劑結(jié)合劑等是潛在適合的，然而，在該操作中，金-金金屬結(jié)合被用作實例。使用市售的管芯粘結(jié)設(shè)備，可能存在次微米對準容差。載體晶圓以使僅選擇的臺面與載體晶圓上的金屬粘結(jié)墊接觸的方式被圖案化。當外延基板被移離時，粘結(jié)臺面在弱犧牲區(qū)處折斷，而未粘結(jié)的臺面保持附接至外延基板。然后，該重復該選擇性區(qū)域粘結(jié)過程以轉(zhuǎn)移希望構(gòu)造的其余臺面。該過程可被重復任意次數(shù)的反復操作并且并不局限于圖7中所描述的兩次反復操作。載體晶圓可以是任意尺寸，包括但不限于約2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、以及12英寸。在轉(zhuǎn)移所有希望的臺面之后，可選地，使用第二帶隙選擇性PEC蝕刻去除任何剩余犧牲區(qū)材料以實現(xiàn)平滑的表面。此時，可對載體晶圓執(zhí)行標準激光二極管處理。本發(fā)明的另一實施方式包括在選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟之前在密集的外延晶圓上制作器件組件。在圖9中所描述的實施方式中，在管芯擴展過程之前，在原始外延晶圓上制作激光器脊部、側(cè)壁鈍化、以及接觸金屬。該過程流僅用于示例性之目而提供并且并不旨在限制在管芯擴展過程之前可被處理的器件組件。因為在管芯擴展過程之前對高密度的外延管芯執(zhí)行額外的步驟，所以該操作流具有潛在的成本優(yōu)勢。圖9中描述了該過程流的細節(jié)示意圖。

在本發(fā)明的另一實施方式中，在各個選擇性粘結(jié)步驟之后，使用各個PEC底切蝕刻以蝕刻僅粘結(jié)臺面的犧牲釋放層。通過僅向下蝕刻以暴露從當前選擇性粘結(jié)步驟移除的臺面的犧牲層來控制被底切的外延管芯。本實施方式的優(yōu)勢在于僅需要非常粗略地控制PEC蝕刻速率。這消除了額外處理步驟的成本和幾何結(jié)構(gòu)約束。

在本發(fā)明的另一實施方式中，粘結(jié)層可以是各種粘結(jié)對，其中包括金屬-金屬、氧化物-氧化物、焊料合金、光致抗蝕劑、聚合體、蠟劑等。

在本發(fā)明的另一實施方式中，通過PEC蝕刻完全移除犧牲區(qū)，并且通過任何其余的缺陷導柱而使臺面保留固定在原位。已知的是，PEC蝕刻保留了充當再組合中心的缺陷周圍的完整材料。^2,3在完成犧牲蝕刻之后，使臺面保持在原位的額外機制包括靜力或者范德華力(VanderWaalsforce)。在一個實施方式中，底切處理控制為不完全去除犧牲層。如圖7中所示，材料的剩余薄帶固定器件層至基板。

在本發(fā)明的另一實施方式中，成型的犧牲區(qū)暴露臺面被蝕刻成保留位于各個外延管芯的端附近的較大區(qū)域(固定器)。粘結(jié)金屬僅放置在要被轉(zhuǎn)移的外延區(qū)域中。然后，執(zhí)行選擇性蝕刻，使得要被轉(zhuǎn)移的外延管芯被完全底切，而端處附近的較大區(qū)域僅被部分底切。位于管芯端處的完整犧牲區(qū)通過選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟提供機械穩(wěn)定性。由于僅底切幾納米的厚度，所以該幾何結(jié)構(gòu)可與標準的粘結(jié)處理相符合。在選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟之后，外延和載體晶圓被機械地分離，從而在粘結(jié)金屬與完整犧牲區(qū)之間的弱點處切割。圖10和圖11中描述了該處理的示例性示意圖。替代地，可以利用鋸切(sawing，鋸割)實現(xiàn)機械分離。作為一個實例，可以使用金剛石鋸條。在完成所希望次數(shù)的重復之后，本技術(shù)領(lǐng)域的激光二極管制作過程可應(yīng)用于管芯擴展載體晶圓。

在另一個實施方式中，固定器(anchor)定位在底切管芯的端部或者側(cè)面使得它們通過材料的窄底切區(qū)域連接。圖10將該構(gòu)造示出為“半島”固定器。窄連接材料304遠離粘結(jié)金屬并且設(shè)計為底切材料在連接材料處而不是跨管芯切割。這具有保持管芯的整個寬度未損壞的優(yōu)勢，將是有利的。在另一個實施方式中，幾何結(jié)構(gòu)特征添加至連接材料以充當應(yīng)力集中器305并且粘結(jié)金屬在窄連接材料上擴展。粘結(jié)金屬增強大塊連接材料。添加這些特征增加對連接將切割的地點的控制。這些特征可以是向連接材料的邊緣提供變窄的連接材料或者凹入的輪廓的三角形、圓形、矩形或者任何偏離。

在另一個實施方式中，固定器具有它們可以被底切的足夠小的橫向范圍，然而，防護層被用于防止蝕刻溶液進入固定器中的犧牲層。該實施方式在當待轉(zhuǎn)移的管芯的寬度大時的情況下是有利的。未加保護的固定器需要更大以防止完全底切，完全底切將減小管芯的密度并且減小外延材料的利用效率。

在另一個實施方式中，固定器位于管芯的端部并且固定器形成連接至所有或者多個管芯的材料的連續(xù)條。這種構(gòu)造是有利的，因為固定器可以圖案化到材料中接近晶圓或者平版印刷掩模的材料利用率以另外方式低的邊緣。這允許器件材料在圖案的中心的利用率即使當管芯尺寸變大時仍然高。

在另一個實施方式中，固定器通過耐蝕刻材料的很好地粘著至外延材料和基板材料的沉積區(qū)域形成。這些區(qū)域覆蓋在蝕刻期間不會被底切的激光器管芯的一部分以及結(jié)構(gòu)的一些部分。這些區(qū)域形成連續(xù)的連接，使得在激光器管芯完全底切之后，它們提供防止激光器管芯從基板脫離的機械支撐。例如，長度為約1.2mm和寬度為約40微米的激光器管芯被蝕刻以暴露犧牲區(qū)。然后，金屬層沉積在激光器管芯的頂部上，激光器管芯的側(cè)壁及圍繞管芯的蝕刻區(qū)域的底部以形成連續(xù)的連接。作為一個實例，金屬層可以包括約20nm的鈦以提供良好的粘附力并且由約500nm的金覆蓋，但是當然可以選擇其他金屬和厚度。涂覆有金屬的激光器管芯側(cè)壁的長度約1nm至約40nm，上部厚度小于激光器管芯的寬度使得犧牲層的接近金屬固定器的區(qū)域被完全蝕刻，通過蝕刻劑進入犧牲層受到限制。

使用如在圖11a、圖11b及圖11c中所示的金屬固定器具有超過使用由外延器件材料制成的固定器的幾個優(yōu)勢。首先是可轉(zhuǎn)移臺面在供體外延晶圓上的密度。由外延材料制成的固定器必須足夠大以不被選擇性蝕刻完全底切，或者必須利用鈍化層以某種方式保護固定器。包括不轉(zhuǎn)移的大特征將減小外延器件晶圓上的一種或多種尺寸的臺面的密度。優(yōu)選使用金屬固定器，因為固定器由耐蝕刻的材料制成并且因此可以制成不影響臺面密度的小的尺寸。第二優(yōu)勢是簡化臺面的處理，因為不再需要單獨的鈍化層來隔離蝕刻溶液與有源區(qū)。去除有源區(qū)保護層減小制作步驟的數(shù)目同時還減小需要的臺面的尺寸。

在實例中，臺面首先經(jīng)由圖案化的掩模的沉積和蝕刻生產(chǎn)以使蝕刻暴露犧牲層下面的高n型摻雜層。高n型摻雜層摻雜為1E18與1E20cm-3的載流子濃度。高n型層在外延生長期間包含在結(jié)構(gòu)中并且允許陰極金屬與n型包層之間的高歐姆和低電阻電氣接觸。臺面的頂部是由高p型摻雜GaN、InGaN或者AlInGaN層組成的p接觸層，該p接觸層提供陽極金屬與p型包層之間的歐姆和低電阻電氣接觸。p接觸金屬可以是Ni、Pd、Pt、Ag連同其它金屬中的一種或多種。p接觸也可以使用透明的導電氧化物(TCO)，諸如與Cd、Mg、Al、Ga、In的一種或多種合金的ZnO或者氧化鋅形成。其他可能的透明導電氧化物包括氧化銦錫(ITO)和氧化鎵等。p接觸金屬或者TCO可以在臺面的蝕刻之前或之后沉積。然后沉積陰極金屬堆疊，并且陰極金屬堆疊由將形成與n型材料良好電氣接觸的第一金屬層構(gòu)成。這將包括Ti、Al及Ni等。陰極金屬堆疊還可以包括專門用于提高粘附力的金屬層。陰極堆疊中的最后層應(yīng)該是促進電子到蝕刻溶液的有效轉(zhuǎn)移的Au、Pt或者Pd連同其它金屬中的一種或多種。最優(yōu)選地，陰極金屬是Pt，因為Pt提供最快速的蝕刻速率。在具體實施方式中，臺面的頂部上的厚金粘結(jié)金屬、連接粘結(jié)金屬與陰極金屬的金屬固定器及陰極金屬堆疊在一個步驟中沉積。這具有減少制作器件需要的步驟的數(shù)目的優(yōu)勢，然而，選擇性蝕刻做出折衷，因為雖然金是在臺面轉(zhuǎn)移期間形成金屬-金屬熱壓縮粘結(jié)的理想金屬，但是與白金相比，金是不太優(yōu)選的陰極金屬并且將引起任何給定的陰極區(qū)域的更低的蝕刻速率。

在具體實施方式中，陰極金屬堆疊還包括旨在增加金屬固定器的強度的金屬層。例如，陰極金屬堆疊可能由100nm的Ti組成以提高陰極金屬堆疊的粘附力并且提供與n型包層的良好的電氣接觸。陰極金屬堆疊然后可以包含鎢層，鎢具有高于金約四倍的彈性模量。包含鎢將減小在臺面被選擇性蝕刻底切之后提供足夠的機械支撐保留臺面需要的金的厚度。

在本發(fā)明的另一實施方式中，通過不同于PEC蝕刻的諸如激光剝離的方式實現(xiàn)外延層的釋放。

在另一個實施方式中，固定器由金屬、氮化硅或者耐選擇性蝕刻的其它材料制作。該實施方式超過部分底切的固定器的優(yōu)勢在于固定器沒有被底切并且因此可以比側(cè)向蝕刻范圍小很多。這允許管芯在基板上更密集的圖案化。

在實施方式中，激光器件外延材料在包含器件層的基板上制作為底切臺面的密集陣列。該圖案節(jié)距被稱之為‘第一節(jié)距’。第一節(jié)距通常是適合于在基板上制作各個外延區(qū)域的設(shè)計寬度，且對于完成的激光器件并不足夠大，完整的激光器件通常希望更大非有源區(qū)或用于接觸等的區(qū)域。例如，這些臺面將具有從約5微米至約30微米或者至約50微米的范圍的第一節(jié)距。各個臺面均是‘管芯’。

在實例中，然后，這些管芯被轉(zhuǎn)移至第二節(jié)距的載體晶圓，使得載體晶圓上的第二節(jié)距大于基板上的第一節(jié)距。在實例中，以第二節(jié)距構(gòu)造管芯，以允許占有載體晶圓一部分的各個管芯成為激光器件，其中包括接觸和其他組件。例如，第二節(jié)距將會是約100微米至約200微米或者至約300微米但是在為了便于處理期望大芯片的情況下可以大至約1mm至2mm或者更大。例如，在載體用作基臺的情況下，第二節(jié)距應(yīng)該大于約1mm以促進拾取與放置和管芯附接處理。第二管芯節(jié)距允許容易的機械處理和用于將引線粘結(jié)墊定位在載體晶圓區(qū)域中的、外延臺面之間的空間，從而能夠從給定的含鎵和氮的基板以及上覆的外延材料制作大量的激光二極管。在圖1和圖2a-圖2b中示出了本技術(shù)領(lǐng)域的管芯擴展激光二極管的側(cè)視圖示意圖。通常，激光器脊部形寬度以及機械和引線粘結(jié)考慮因素所需的寬度的尺寸分別為從約1μm至約30μm和從約100μm至約300μm，從而允許本發(fā)明較大可能地改進含鎵和氮的基板以及上覆外延材料的使用效率。具體地，本發(fā)明通過選擇性區(qū)域粘結(jié)過程以相對于原始外延晶圓增加載體晶圓上的管芯節(jié)距的方式將外延材料的各個管芯轉(zhuǎn)移至載體晶圓，來提高基板晶圓和外延材料的利用率。外延材料的布置允許在更低成本載體晶圓上制作器件組件，該器件組件不需要昂貴的含鎵和氮的基板以及通常在含鎵和氮的基板上制作的上覆外延材料的存在，從而允許更為有效地利用含鎵和氮的基板以及重疊外延材料。

在本發(fā)明的另一實施方式中，通過分裂處理制作激光刻面。如果選擇合適的載體晶圓，則可以使用載體晶圓來限定外延材料中的切割面。這可以提高切割的產(chǎn)率、質(zhì)量、容易度、和/或準確度。

在本發(fā)明的另一實施方式中，通過蝕刻刻面處理制作激光刻面。在蝕刻刻面實施方式中，平板印刷限定的鏡像圖案被蝕刻到鎵和氮上以形成刻面。蝕刻過程可以是選自于電感耦接等離子體蝕刻(ICP)、化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)、或者反應(yīng)離子蝕刻(RIE)的干蝕刻處理?？梢越Y(jié)合管芯擴展過程使用蝕刻刻面過程，以根據(jù)切割、潛在提高的產(chǎn)量以及刻面質(zhì)量避免刻面形成，

在本發(fā)明的另一個實施方式中，激光器管芯也以第三節(jié)距為特征，第三節(jié)距表現(xiàn)激光器管芯在基板上平行于激光器脊部的間隔的特性。第三節(jié)距常常是適用于將激光器管芯中的每一個制作為激光器件的設(shè)計寬度。例如，包含具有長度為約1mm的激光腔的激光器的基板可以具有以約1.05mm至約2mm的第三節(jié)距制作的激光器管芯，但是優(yōu)選地，第三節(jié)距比激光器管芯上制作的激光腔長小于約10％。

在實例中，然后，這些管芯以第二節(jié)距和第四節(jié)距轉(zhuǎn)移至載體晶圓，其中，第二節(jié)距大于第一節(jié)距并且第四節(jié)距大于第三節(jié)距。激光器刻面通過如上所述的蝕刻刻面處理產(chǎn)生。由于第四節(jié)距導致的激光器管芯之間的距離的增加允許元件容易地集成在激光器刻面前面，而第二管芯節(jié)距導致的激光器管芯之間的距離的增加允許容易的機械處理和放置在外延臺面中間的載體晶圓的區(qū)域中的引線粘結(jié)墊的空間，允許由基板和上覆外延材料制作更大數(shù)目的激光二極管。圖18示出了在載體晶圓上的包括第二和第四節(jié)距兩者的轉(zhuǎn)移處理的示意圖。

在本發(fā)明的另一實施方式中，通過選擇的載體晶圓所輔助的分裂處理(cleaving process)實現(xiàn)管芯單片化。例如，如果選擇硅或者GaAs載體晶圓，則存在便利的立方切割面系可用于通過切割的管芯單片化。在本實施方式中，因為僅在載體晶圓材料區(qū)域中出現(xiàn)管芯單片化，所以切割不需要轉(zhuǎn)移到外延材料。

在本發(fā)明的另一個實施方式中，利用鋸切處理實現(xiàn)棒和管芯單片化。鋸切是用于LED及其他半導體器件單片化的得到確認的處理。例如，可以使用DISCO鋸。DISCO的切割鋸以微米測量的精確程度切割半導體晶圓(Si、GaAs等)、玻璃、陶器及各式各樣的其他材料。

在本發(fā)明的另一實施方式中，可結(jié)合晶圓平鋪使用任何上述過程流。作為實例，約7.5mm×約18mm的基板可被平鋪到約2英寸的載體晶圓上，從而允許在多個外延基板上并行地進行頂側(cè)處理和選擇性區(qū)域粘結(jié)，以進一步節(jié)省成本。

在本發(fā)明的另一實施方式中，在選擇性區(qū)域粘結(jié)步驟之后，通過再平面化和表面制作流程來改造基板晶圓?？梢灾貜褪褂猛庋泳A任意實際次數(shù)。⁶

在實例中，本發(fā)明提供用于增加含鎵和氮的激光二極管器件的數(shù)目的方法，含鎵和氮的激光二極管器件可以由給定的外延表面區(qū)域制作；其中，含鎵和氮的外延層覆蓋含鎵和氮的基板。外延材料包括至少以下層：犧牲區(qū)，可以使用帶隙選擇性PEC蝕刻來選擇性地蝕刻；n型包覆區(qū)域；有源區(qū)；包括上覆n型包覆區(qū)域的至少一個有源層；及上覆有源層區(qū)域的p型包覆區(qū)域。含鎵和氮的外延材料以第一管芯節(jié)距圖案化為管芯；管芯從具有第一節(jié)距的含鎵和氮的外延材料轉(zhuǎn)移至載體晶圓以在載體晶圓上形成第二管芯節(jié)距；第二管芯節(jié)距大于第一管芯節(jié)距。

在實例中，每個外延管芯是具有約1μm與約10μm之間的寬度或者約10微米與約50微米的寬度以及約50μm與約3000μm之間的長度的蝕刻臺面。在實例中，載體晶圓上的第二管芯節(jié)距介于約100微米與約200微米之間或者介于約200微米與約300微米之間。在實例中，載體晶圓上的第二管芯節(jié)距在大于外延晶圓上的管芯節(jié)距約2倍至約50倍之間。在實例中，在外延轉(zhuǎn)移之后在載體晶圓上制作半導體激光器件。在實例中，半導體器件包含GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、和/或InAlGaN。在實例中，含鎵和氮的材料生長在極性c面平面、諸如m面的非極性平面或者諸如{50-51}、{30-31}、{20-21}、{30-32}、{50-5-1}、{30-3-1}、{20-2-1}、{30-3-2}的半極性平面、或者朝向c方向和/或a方向+/-10度內(nèi)的這些方位斜切。在實例中，在外延材料的每個管芯上制作一個或者多個激光二極管腔。在實例中，不需要外延材料的器件組件放置在外延管芯之間的空間中。

在本發(fā)明的另一實施方式中，載體晶圓是另一半導體材料、金屬材料、或者陶瓷材料。一些潛在的備選包括硅、砷化鎵、藍寶石、碳化硅、金剛石、氮化鎵、AlN、多晶AlN、磷化銦、鍺、石英、銅、金、銀、鋁、不銹鋼、或者鋼。

在類似于TO密封罐的常用激光器封裝件中，激光器件間接地附接至本身被焊接的封裝件的主體或以提供高導熱性的方法另外附接至散熱器。為了防止激光二極管至封裝的短路，在激光二極管材料與封裝之間提供基臺。該基臺是作為良好熱導體和電絕緣的材料的薄層?；_材料包括提供良好導熱率但低電導率的氮化鋁、藍寶石(Al2O3)、氧化鈹和化學氣相沉積的金剛石。

在本發(fā)明的另一個實施方式中，載體晶圓材料選擇為具有與III族氮化物類似的熱膨脹特性、高導熱性并且作為與標準半導體器件制作過程一致的大面積晶圓可利用。然后將載體晶圓處理為具有允許該載體晶圓還充當激光器件的基臺的結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，激光器件的刻面可以通過將激光器管芯粘結(jié)至輕易地切割的載體晶圓形成。通過使激光器管芯對準，使得刻面的期望平面與單一晶體載體晶圓的容易切割的平面共面。如上所述，然后可以使用機械或者激光劃刻(scribing，劃線)，以引導并且促使載體晶圓中的切割使得該切割相對于激光器管芯和載體晶圓圖案適當?shù)囟ㄎ弧ｉW鋅礦、立方體和菱形格柵晶體適用于具有幾組正交切割面(例如，[110]、[001]等)的切割的載體?？梢酝ㄟ^鋸切或者切割實現(xiàn)載體晶圓分離為單獨的管芯。在使用切割單片化的情況下，如描述的，相同的切割面和技術(shù)可以用于刻面形成。該實施方式提供了多個優(yōu)勢。通過使載體晶圓和基臺的功能結(jié)合，減小了構(gòu)造封裝器件需要的組件與操作的數(shù)目，從而顯著降低了最終激光器件的成本。選擇具有高導熱性(例如，大于約150K/mW)的載體晶圓允許使用具有低熱阻的全厚度載體晶圓(例如>約300微米)，因此不需要載體晶圓的薄化。在本發(fā)明的另一個實施方式中，利用鋸切處理實現(xiàn)棒和管芯單片化。鋸切是用于LED及其他半導體器件分離的得到確認的處理。

在實例中，SiC既用作載體又用作基臺。SiC在來自多個供應(yīng)商的直到約150mm的晶圓直徑中可利用，其中，高導熱性根據(jù)晶體多型體和雜質(zhì)具有從約360W/mK至490W/mK的范圍。圖12示出既用作載體晶圓又用作基臺的SiC晶圓402的示意性截面。在激光器件材料的轉(zhuǎn)移之前，SiC晶圓利用附接至激光器件封裝的粘結(jié)層401制作。SiC晶圓的相對面利用薄的、電絕緣層403、導電跡線和引線粘結(jié)墊405及導電粘結(jié)介質(zhì)108制作。然后，激光器件材料經(jīng)由先前描述的處理轉(zhuǎn)移至載體。電絕緣層408使用標準光刻處理和電氣接觸制作在晶圓上并且引線粘結(jié)墊407在激光器件的頂側(cè)。電絕緣層對確保激光器件與激光器封裝或者散熱片電隔離是重要的，激光器封裝或者散熱片通常接地至其余的激光系統(tǒng)。鈍化層可以定位在載體與外延管芯之間或者在載體晶圓的粘結(jié)至封裝或者散熱片的一側(cè)。單獨的管芯可以從SiC晶圓單片化并且封裝。SiC晶圓在包括六邊形4H和6H以及立方體3C的許多多型體中可利用。SiC的高導熱性允許使用商業(yè)可獲得的SiC晶圓作為無需薄化的基臺。在一些實施方式中，絕緣層403放置在SiC基板402與粘結(jié)層401之間。這允許SiC晶圓用于電接入管芯或者充當用于如在圖15和圖17中所示的許多管芯的共用電極。

在一個實施方式中，激光器管芯轉(zhuǎn)移至載體晶圓使得管芯之間的距離在橫向(即，垂直于激光器脊部方向)上擴展并且平行于激光腔。如在圖13中所示，這可以通過將粘結(jié)墊在載體晶圓上隔開大于激光器管芯在基板上的間隔的更大的節(jié)距獲得。應(yīng)注意，雖然在這種構(gòu)造中使用切割的刻面技術(shù)上可行，但是蝕刻刻面將會是實現(xiàn)的更簡單的處理。這是由于轉(zhuǎn)移的管芯在所有方向上的有限長度的需要，使得切割的刻面將導致在分裂處理期間去除的管芯的前面的擴展區(qū)域。

在本發(fā)明的另一個實施方式中，激光器管芯從多個外延晶圓轉(zhuǎn)移至載體晶圓使得載體晶圓上的每個設(shè)計寬度包含來自多個外延晶圓的管芯。當從多個外延晶圓以緊密間隔轉(zhuǎn)移管芯時，對外延晶圓上的未轉(zhuǎn)移的管芯重要的是不會非故意地接觸并且粘結(jié)至早已轉(zhuǎn)移至載體晶圓的管芯。為了實現(xiàn)這，管芯使用上述方法從第一外延晶圓轉(zhuǎn)移至載體晶圓。然后第二組粘結(jié)墊沉積在載體晶圓上并且制成使第二墊片的粘結(jié)面高于第一組轉(zhuǎn)移的管芯的頂表面的厚度。這樣是為了提供管芯的粘結(jié)與第二外延晶圓的足夠間隙。可能包含不同顏色、尺寸、材料和其他這類差異的管芯的第二基板被用于將第二組的管芯轉(zhuǎn)移至載體。最后，制作激光器脊部并且沉積鈍化層，接著是允許每個管芯單獨驅(qū)動的電氣接觸層。從第一基板轉(zhuǎn)移至第二基板的管芯以小于載體晶圓的第二節(jié)距的節(jié)距隔開。該處理可以延伸至管芯從任意數(shù)目基板的轉(zhuǎn)移，并且每個管芯的任意數(shù)目激光器件從每個基板的轉(zhuǎn)移。

在一些實施方式中，對應(yīng)于一個或多個激光條帶區(qū)域的多個外延臺面管芯轉(zhuǎn)移至單個載體晶圓并且放置在彼此的接近度內(nèi)。在形成激光二極管區(qū)域和電氣接觸區(qū)的后續(xù)處理步驟之后，載體晶圓切為單獨的激光器件。單獨的激光器件將由包含激光條帶區(qū)域的多個外延臺面區(qū)域組成以形成多發(fā)射器激光器件。外延臺面管芯區(qū)域的接近度優(yōu)選在彼此的一毫米內(nèi)，更優(yōu)選地，在彼此約200微米內(nèi)且最優(yōu)選地在彼此約50微米內(nèi)。管芯還粘結(jié)為當激光腔和刻面制作時，發(fā)出的激光束的光軸彼此取向為小于約5度且更優(yōu)選地小于約1度并且最優(yōu)選地小于約0.5度。這具有將耦接從幾個激光器管芯上制作的激光器件的激光需要的光學元件簡化為相同的系統(tǒng)元件，例如，透鏡，纖維光纜等的優(yōu)勢。

在根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射器激光器件的一個實施方式中，形成激光棒，其中，多發(fā)射器激光條帶區(qū)域發(fā)出基本上類似的波長。在實例中，多發(fā)射器激光器件可以在350nm至450nm的范圍、450nm至550nm的范圍、600nm至700nm的范圍、600nm至800nm的范圍、800nm至900nm的范圍、900nm至1000nm的范圍、1000nm至1300nm的范圍、或者1300nm至1600nm的范圍中發(fā)射。在激光棒構(gòu)造中，器件非常適用于需要極高功率的應(yīng)用。例如，多發(fā)射器激光器件可以被構(gòu)造為發(fā)射大于5W、大于50W、大于100W、大于500W、或者大于1kW的光輸出功率。

圖30是根據(jù)本發(fā)明的高功率多發(fā)射器激光器件的一個實施方式的示意性截面，其中，多個激光條帶103形成在定位在共用載體106上的單獨鄰接轉(zhuǎn)移的外延臺面區(qū)域中。在一個實例中，多個激光條帶通過共用的n金屬層101和共用的p金屬層105電連接，通過絕緣層104分開，導致并聯(lián)的電拓撲，其中，鄰接外延臺面區(qū)域的激光條帶區(qū)域并聯(lián)電連接。共用載體晶圓可以是導電的或者電絕緣的、或者可選擇的絕緣層108，可以在共用的n金屬層之前應(yīng)用于載體晶圓。在共用的n金屬層和共用的p金屬層中的每一個的一個或多個位置107處通過引線粘結(jié)或者經(jīng)由諸如彈簧針、彈簧卡子等的可卸接頭使多帶激光器與金屬墊片電連接。

在可替換實施方式中，鄰接外延臺面區(qū)域中的激光條帶區(qū)域串聯(lián)地電連接。圖32是本發(fā)明的串聯(lián)連接的實施方式的示意性截面，其中，多個激光條帶103，形成在定位在共用載體106上的轉(zhuǎn)移的鄰接外延臺面區(qū)域上，以串聯(lián)電拓撲電連接。共用載體晶圓可以是電絕緣的、或者可選擇的絕緣層108，可以在共用的n金屬層之前應(yīng)用于載體晶圓。在共用的n金屬層和共用的p金屬層中的每一個的一個或多個位置107處通過引線粘結(jié)或者經(jīng)由諸如彈簧針、彈簧卡子等的可卸接頭使多帶激光器與金屬墊片電連接。

圖36示意性地示出外延晶圓上轉(zhuǎn)移至載體晶圓之前的獨立的激光條帶與管芯轉(zhuǎn)移之后載體晶圓上的多個激光條帶之間的期望間隔之間的幾何關(guān)系。單個多帶激光器上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距2)必須是外延晶圓上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距1)的整數(shù)倍數(shù)，N，其中，N>1。共用載體晶圓上的鄰接多帶激光器之間的節(jié)距(節(jié)距2)必須是外延晶圓上的鄰接激光條帶之間的節(jié)距(節(jié)距1)的整數(shù)倍數(shù)，M，其中，M>N。

圖37是選擇性區(qū)域粘結(jié)過程的簡化頂視圖并且示出了經(jīng)由選擇性區(qū)域粘結(jié)的管芯擴展過程，產(chǎn)生多帶激光器。含原始鎵和氮的外延晶圓201已具有外延材料的獨立管芯以及通過處理限定的釋放層。單獨的外延材料管芯被標記202并且以節(jié)距1間隔開。圓形載體晶圓200已制備有圖案化的粘結(jié)墊203。這些粘結(jié)墊以節(jié)距2間隔開，該節(jié)距2是節(jié)距1的偶數(shù)倍，使得在選擇性區(qū)域粘結(jié)處理的各個反復操作中能夠粘結(jié)所選擇組的外延晶圓。選擇性區(qū)域粘結(jié)處理反復操作繼續(xù)，直到所有外延晶圓已被轉(zhuǎn)移至載體晶圓204。然后載體晶圓以節(jié)距3單片化，產(chǎn)生許多多帶激光器?，F(xiàn)在，可選地，可以制備含鎵和氮的外延基板201以用于再利用。

高功率激光器系統(tǒng)的最昂貴和復雜方面之一是光耦接和與校準和結(jié)合來自發(fā)射激光條帶區(qū)域的輸出相關(guān)聯(lián)的光學元件。根據(jù)本發(fā)明的主要優(yōu)勢是將形成在鄰接外延臺面區(qū)域中的激光條帶區(qū)域放置足夠接近以使用共用的光學元件或者以與低成本現(xiàn)成提供的常規(guī)的光學器件一致的節(jié)距放置形成在鄰接外延臺面區(qū)域中的激光條帶區(qū)域的特征。圖38示意性地示出實施方式，其中，多帶激光器301足夠緊密地隔開以允許共享光學元件302以簡化多個輸出激光束303的光耦接并且導致激光器陣列的降低的實現(xiàn)成本。

作為多發(fā)射器激光器件實例的替代實例，來自發(fā)射紅色的AlInGaAsP激光器件晶圓(在波長600nm與700nm之間，但是優(yōu)選地620nm與670nm之間發(fā)射)、發(fā)射綠色的GaN激光器件晶圓(在波長500nm與600nm之間，但是優(yōu)選地，510nm與550nm之間發(fā)射)及發(fā)射藍色的GaN激光器件晶圓(在波長400nm與500nm之間，但是優(yōu)選地，430nm與470nm之間發(fā)射)的激光器管芯可以轉(zhuǎn)移至單個載體晶圓。能夠采用類似于上述的那些的結(jié)構(gòu)使用標準光刻處理在管芯和載體晶圓上處理激光器腔體、反射鏡和電氣接觸，使得在每個管芯上的激光器件是獨立可訪問的并且能夠單獨地驅(qū)動。利用干蝕刻處理(例如，RIE、ICP或CAIBE)或通過切割載體晶圓來制作多個刻面。在單片化之后，所獲得的激光器芯片將具有類似于標準激光二極管器件的有效發(fā)射極尺寸(即，約小于200微米)并且將允許紅-綠-藍顏色混合。這類RGB激光器芯片將大大地簡化用于投影和顯示器應(yīng)用的激光器光源的設(shè)計和制作。激光器件將全部彼此對準并且緊密地隔開(即，在約10微米至100微米內(nèi))，從而通過消除對提供諸如透鏡的分離光學元件以及利用系統(tǒng)光學器件分別對準全部發(fā)射器的需要減少制造成本。

在另一實施方式中，多個管芯利用重疊的激光器管芯從多個外延晶圓轉(zhuǎn)移至相同的載體晶圓。圖43示出了在實現(xiàn)該目的的處理中的各種步驟期間的載體晶圓的示意性截面。管芯502使用上述方法從第一外延晶圓轉(zhuǎn)移至載體晶圓106。在管芯上制作激光器脊部、鈍化層104和脊形電氣接觸105。隨后粘結(jié)墊503沉積覆蓋脊形電氣接觸。然后，可能包含不同顏色、尺寸、材料和其他這類差異的管芯的第二基板506被用于以與第一組的管芯相同的節(jié)距將第二組的管芯507轉(zhuǎn)移至載體。然后，能夠在第二組的管芯上制作激光器脊部、鈍化層和脊形電氣接觸。隨后，能夠執(zhí)行管芯粘結(jié)和激光器件制作循環(huán)來有效地生產(chǎn)由如在圖42的截面中示出的任意數(shù)目的激光器管芯和器件構(gòu)成的多終端器件。

作為實例，圖44示出了來自相同或不同基板的三個管芯能夠獨立地被電氣訪問使得能夠獨立地操作在每個管芯上制作的激光器件的各種方法。圖44的(A)和(B)示出了在載體晶圓上的單個重復單元，在此稱為“芯片”的平面視圖和截面圖。為粘結(jié)來自一個或多個基板的管芯而提供三個導電性的粘結(jié)墊602。粘結(jié)墊經(jīng)由導電性載體晶圓電氣連接至還用作用于焊接至基臺、散熱器或者集成至系統(tǒng)中的粘結(jié)墊的共用電極。頂側(cè)電氣接觸被沉積并且從激光器管芯延伸至位于不包含激光器管芯的芯片的區(qū)域的引線粘結(jié)墊603。金屬跡線和墊片通過絕緣層606與載體晶圓隔離。圖44的(C)和(D)示出了底側(cè)電氣接觸由沉積在芯片正面?zhèn)壬系膶щ妼?04制成的類似芯片。在此實例中，頂側(cè)電氣連接和芯片通過絕緣層606彼此以及與載體晶圓隔離，并且在芯片底部上的粘結(jié)墊僅用于安裝和提供良好的導熱性。圖26的(E)和(F)示出了激光器管芯經(jīng)由載體晶圓在它們的底側(cè)上連接至共用電極的類似芯片。在此構(gòu)造中，通過頂側(cè)引線粘結(jié)墊604而不是通過載體晶圓的底側(cè)進行對載體晶圓的電氣接入。

作為實例，圖46示出了轉(zhuǎn)移至載體晶圓的多個激光器管芯的類似構(gòu)造。圖46的(A)示出了在激光器管芯801的轉(zhuǎn)移之后的一個激光器芯片的截面圖。在該實例中，激光器管芯比具有邊界808和809的激光器芯片長。電氣接觸層807(在圖46(B)中示出的)以及電絕緣層806沉積旨在使用標準光刻技術(shù)防止電氣接觸層短路。如在前描述的，激光劃刻器或者機械劃片用于生產(chǎn)促使并引導切割的劃刻標記810。在本附圖中，劃刻標記是利用激光器劃刻工具形成的“跳躍劃刻標記”。在其他實施方式中，劃刻可以機械地形成并且可以使用跳躍或者連續(xù)的劃刻形成在載體晶圓的背面上。然后，激光器芯片在同時形成激光腔的前后刻面的同時沿著方向808切割為棒。然后使用切割、鋸切、通過晶圓激光器劃刻或者其它類似方法沿著方向809單片化激光芯片。

在一個實施方式中，多個激光器管芯粘結(jié)至由絕緣材料組成的并且包含金屬填充通孔的載體晶圓。圖45示出該構(gòu)造的示意圖。激光器管芯下面的通孔通過薄絕緣層705與管芯電隔離。電氣接觸經(jīng)由使用標準光刻技術(shù)沉積并圖案化類似導電和絕緣層的設(shè)置制成。該實施方式可以生產(chǎn)一種芯片，該芯片可以經(jīng)由表面安裝處理附接至封裝件，用于熱考慮不是同樣重要的低功率部件，將允許激光器芯片直接集成在印刷電路板上。

在一些實施方式中，多個激光器管芯轉(zhuǎn)移至單個載體晶圓并且放置在彼此的緊密接近度內(nèi)。緊密接近度的管芯優(yōu)選在彼此的一毫米內(nèi)，更優(yōu)選地，在彼此200微米內(nèi)且最優(yōu)選地在彼此50微米內(nèi)。管芯還粘結(jié)為當激光腔和刻面制作時，發(fā)出的激光束的光軸彼此取向為小于5度且更優(yōu)選地小于1度并且最優(yōu)選地小于0.5度。這具有將耦接從幾個激光器管芯上制作的激光器件的激光需要的光學元件簡化為相同的系統(tǒng)元件，例如，MEMS鏡子陣列，纖維光纜等的優(yōu)勢。

作為實例，激光散斑是投射在表面上的激光焦點的亮度產(chǎn)生空間變化的現(xiàn)象。激光是連貫的，并且因而當被諸如投影屏幕的粗糙表面反射時，屏幕表面的高度變化可以導致激光中的空間變化相長和相消干涉。該特性在類似激光器基投影儀的系統(tǒng)中不是理想的，在該系統(tǒng)中，通過激光的直接投影形成的圖像將具有退化的圖像品質(zhì)。激光散斑可以通過將幾個激光器件結(jié)合為單個來源減少。這在激光器的光譜寬度窄的單模式器件中特別有優(yōu)勢。發(fā)射類似波長(即，波長差異大至50nm且小至1nm)的幾個激光器件可以轉(zhuǎn)移至載體晶圓上相同的激光器芯片。因為激光器管芯可以從不同的基板轉(zhuǎn)移并且以緊密的接近度(10微米至100微米內(nèi))放置在載體晶圓上，可以選擇轉(zhuǎn)移的管芯的波長以期望的量不同，同時保持激光器件-激光器芯片對單個激光發(fā)射器同等起作用的基板。例如，可以制作由六個激光器管芯組成的RGB芯片。管芯的兩個將是發(fā)射峰值波長440nm和450nm的藍光的激光器。管芯的兩個將發(fā)射峰值波長515nm和525nm的綠光。管芯的兩個將發(fā)射峰值波長645nm和655nm的紅光。如對本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，可以選擇波長對以改變紅色、綠色及藍色激光器對中的每一個的表觀顏色同時還改變散斑減少的量；并且波長的間隔增加導致激光散斑的減少增加。

作為實例，來自發(fā)紅色的AlInGaAsP激光器件晶圓、發(fā)綠色的GaN激光器件晶圓和發(fā)藍色的GaN激光器件晶圓的激光器管芯能夠被轉(zhuǎn)移至單個載體晶圓。能夠采用類似于上述和在圖40和41中示出的那些的結(jié)構(gòu)使用標準光刻處理在管芯和載體晶圓上處理激光器腔體、反射鏡和電氣接觸，使得在每個管芯上的激光器件是獨立可訪問的并且能夠單獨地驅(qū)動。利用干蝕刻處理(例如，RIE、ICP或CAIBE)或通過切割載體晶圓來制作多個刻面。在單片化之后，所獲得的激光器芯片將具有類似于標準激光二極管器件的有效發(fā)射極尺寸(即，小于200微米)并且將允許紅-綠-藍顏色混合。針對每種顏色的多個激光器管芯能夠從多個基板轉(zhuǎn)移，允許每種顏色的工程化去瑕疵(speckle，斑點)。這類RGB激光器芯片將大大地簡化用于投影和顯示器應(yīng)用的激光器光源的設(shè)計和制作。激光器件將處于緊密的接近度(即，在10微米至100微米內(nèi))從而產(chǎn)生更小光學器件的需求。激光器件均彼此對準，從而通過消除所有發(fā)射極與系統(tǒng)光學器件分別對準的需要而降低制作成本。

在圖40中示出了針對激光器管芯的這類發(fā)紅光、綠光和藍光的光電器件的實例。這種RGB激光器芯片由能夠由多種不同材料構(gòu)成的載體晶圓310組成。各自具有制作成它們的單個激光器件結(jié)構(gòu)的三個激光器管芯316粘結(jié)至載體。激光器管芯粘結(jié)至p側(cè)向下的載體，并且粘結(jié)墊形成共用p電極314。電鈍化層(例如，二氧化硅、氮化硅等)使用光刻技術(shù)選擇性地沉積并且單個的n電極311、312及313接著沉積。圖40示出了在單片化之后的單個激光器芯片，然而由于粘結(jié)處理的本質(zhì)，能夠在任意尺寸的載體晶圓上平行地制作許多激光器芯片。載體晶圓材料的選擇取決于應(yīng)用。在一些實施方式中，其中針對激光器件的光學功率很低(100mW以下)，由于大直徑、低成本的Si晶圓的可用性，Si可以被選擇為載體晶圓。在實施方式中，其中發(fā)射功率很大(例如，大于1W)并且器件的熱阻必須保持很低以確保高效率，由于SiC的高導熱率，SiC將是合適的載體晶圓材料。

在一些實施方式中，RGB激光器或者SLED芯片通過粘結(jié)光電管芯形成使得它們相互部分或者全部重疊。在圖41中示出激光器管芯的這種構(gòu)造。在此，脊形側(cè)電氣接觸還形成下一個激光器管芯的部分或者全部粘結(jié)層。通過包括諸如二氧化硅、氮化硅等的鈍化層，電流可以局限于僅通過脊部流動。該激光器芯片構(gòu)造可以操作為在激光器件之間無需電流匹配的多終端器件。該構(gòu)造具有允許激光器脊部在側(cè)向上很接近地隔開的優(yōu)勢，并且盡管在圖40中示出可能不與其他構(gòu)造重疊的脊部，但是包括脊部相互重疊的構(gòu)造。例如，在具有2微米寬的脊部和光刻技術(shù)的側(cè)向?qū)实?微米容許誤差的低功率器件中，發(fā)射器橫跨小于16微米的總橫向距離，或者大致典型GaN激光器管芯的10％是可能的。在相同的低功率器件中，其中，epi管芯厚度是2微米和粘結(jié)層厚度是1微米，RGB發(fā)射器的垂直跨度總共是僅8微米。不同地是，該構(gòu)造將用于高功率部件，因為高功率部件難以從最上面的管芯有效地吸取熱量。

本發(fā)明的實施方式促進激光器件以相對于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法極其低的成本生產(chǎn)。圖14示出了針對傳統(tǒng)的激光二極管制作處理的過程流和材料輸入。提供基板。激光器件外延生長在基板上。然后處理晶圓的外延(即，前和后)側(cè)以產(chǎn)生激光二極管脊部和電氣接觸。晶圓然后薄化以促進切割。薄化處理消耗大部分基板，將所消耗的基板轉(zhuǎn)變?yōu)闈{料。然后，薄化的晶圓被垂直于激光器脊部切割以產(chǎn)生前刻面和后刻面，并且然后可以出于品質(zhì)保證目的測試所得到的激光器件的線性陣列、或者“棒”并且多個棒可以堆疊用于根據(jù)激光器的應(yīng)用利用高反射涂層或者抗反射涂層涂覆刻面。最后，激光器件從棒單片化并且附接至基臺，基臺提供用于放置管芯的電絕緣平臺，允許電接入激光器件的基板側(cè)，并且激光器件的基板側(cè)焊接或以其他方式附著于激光器封裝或者散熱片。

在傳統(tǒng)的工作流程中，激光器件以一密度在外延晶圓上進行處理，該密度不由激光器脊部的尺寸固定，而是由需要處理并電連接至器件需要的材料的面積固定。因為每個晶圓的器件的數(shù)目(尤其在趨向于小的商業(yè)可獲得的GaN基板上)低，這導致每個器件相對高的處理成本。而且，在激光器件的單片化之后，在粘結(jié)處理之前，必須進行兩次連續(xù)的拾取和放置處理；一次是激光器管芯粘結(jié)至基臺和第二次是基臺粘結(jié)至激光器封裝件。

在圖15中示出了由本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的改善的制作處理。提供一種基板，該基板可以是原始的基板或者在先前使用之后回收的基板。外延層生長在基板上然后處理為用于轉(zhuǎn)移的管芯。因為管芯可以以比基板上的節(jié)距更大的節(jié)距粘結(jié)至載體，所以基板上可以制備的管芯的數(shù)目相當大。這減小處理每個管芯的成本。圖16示出了能夠在各種尺寸的基板上處理的器件的數(shù)目。脊部長度被假定為1mm，并且脊部之間的節(jié)距從約50微米變化至約3000微米。實際上，節(jié)距不能比約100微米至150微米小很多，因為管芯必須足夠大以處理并且支撐引線粘結(jié)。作為實例，在使用標準工作流程的1英寸直徑的基板上，可以制成管芯節(jié)距為約150微米的接近3400個器件。使用該外延轉(zhuǎn)移處理，管芯節(jié)距可以縮小至約50微米或更小，其中，管芯寬度由激光器脊部寬度確定。作為實例，對于使用外延轉(zhuǎn)移工作流程的1英寸直徑的基板，其中，管芯節(jié)距約50微米，每個晶圓可以制成越過10000個管芯。這不僅減小用于處理的每個管芯的成本而且減小用于外延處理和基板的每個管芯的成本。

當管芯轉(zhuǎn)移至載體晶圓時，在每個粘結(jié)步驟轉(zhuǎn)移管芯的特定部分。該部分由基板上的管芯的節(jié)距(即，第一節(jié)距)和載體的節(jié)距(即，第二節(jié)距)的相對尺寸確定。圖17示出了在100mm直徑的圓形載體晶圓上針對小基板的粘結(jié)構(gòu)造的若干實例。這是一個粘結(jié)構(gòu)造的示例，其中，載體晶圓沒有完全被管芯占據(jù)，盡管可以更完整地填充載體。例如，來自基板的限制區(qū)域的管芯可以粘結(jié)在載體的邊緣處，其中，基板的未粘結(jié)的區(qū)域延伸到載體的邊緣外。作為另一實例，載體可以部分被臺面占據(jù)，然后第二組粘結(jié)墊可以在載體上圖案化，厚度比第一組粘結(jié)墊更大，從而提供粘結(jié)在原始的粘結(jié)之間的空閑位置中的間隙。

這還積極有益于處理的成本。圖18示出了能夠轉(zhuǎn)移至100mm直徑載體晶圓的器件的數(shù)目的表。假設(shè)基板上的管芯節(jié)距是約50微米，并且載體上的管芯節(jié)距，即第二節(jié)距改變。當?shù)诙?jié)距是150微米時，可以看出當從1英寸直徑晶圓轉(zhuǎn)移時在100mm直徑載體上可以并行處理的器件的數(shù)目近似30000。這高達在具有約150微米節(jié)距的1英寸直徑基板上可以處理的器件的數(shù)目的10倍。在這個實例中，第二節(jié)距比第一節(jié)距大大約3倍，使得能夠制成從基板至載體的三個轉(zhuǎn)移。在這個實例中，管芯可以從超過一個基板轉(zhuǎn)移至載體。在一些實施方式中，第二節(jié)距1mm左右或者更大，需要比載體上可利用的位置更多的轉(zhuǎn)移。在另一個實施方式中，第一節(jié)距和第二節(jié)距為基板上粘結(jié)可利用的位置的數(shù)目等于基板上的臺面的數(shù)目。

一旦載體晶圓被管芯占據(jù)，晶圓級處理可用于將管芯制作為激光器件。例如，在許多實施方式中，粘結(jié)介質(zhì)和管芯具有小于約10微米的總厚度，使得可以使用標準光致抗蝕劑、光致抗蝕劑分配技術(shù)及接觸和投影光刻工具和技術(shù)來使晶圓圖案化。使用蒸發(fā)器、濺射機和CVD沉積工具，特征的長寬比與薄膜(諸如金屬層和電介質(zhì)層)的沉積一致。在一些實施方式中，前刻面可以由厚的電介質(zhì)層保護同時分配環(huán)氧樹脂重疊激光器管芯和載體芯片，包封激光器件并且密封激光器件防止可能使性能退化的污染物和環(huán)境因素。在此，然后，將具有真正的芯片尺寸激光封裝件，該芯片尺寸激光封裝件使用標準半導體制造技術(shù)和裝備在管芯級上制作，一旦從載體晶圓單片化，將準備安裝在激光系統(tǒng)。

而且，通過使用搭疊、打磨及化學機械拋光的一種或多種的結(jié)合使表面復原至外延就緒狀態(tài)，基板可以再循環(huán)?；逶傺h(huán)需要消除轉(zhuǎn)移處理剩余的晶圓高度上的任何變化。該消除通過利用研磨漿料搭疊晶圓表面實現(xiàn)。研磨介質(zhì)將會是二氧化硅、氧化鋁、碳化硅或者金剛石的一種或多種。首先使用逐漸變小的粒徑平坦化晶圓表面然后去除原始去除處理誘導的對晶體的表面下的損壞。在約0.1微米至100微米的范圍的原始的粒徑之前，可以使用約1微米至10微米范圍內(nèi)的原始的粒徑。最后步驟是化學機械拋光(CMP)，通常包括水溶液中懸浮的膠體氧化硅。CMP步驟恢復通常以低密度晶體缺陷和低RMS(<約10nm)粗糙度為特征的“外延就緒”表面。最后清潔步驟可包括使用表面活性劑去除剩余的漿料以及清掃以去除諸如暴露于酸性溶液(例如HCl、HCl：HNO₃、HF等)和暴露于溶劑(例如，異丙醇、甲醇及丙酮)的污染物。我們估計基板可以重復利用超過10次而沒有厚度上的顯著的變化。在一些實施方式中，外延層包括厚的緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)隨后被重復利用處理去除，從而保留基板的有效厚度沒有變化。

作為實例，使用關(guān)于處理和材料成本的基本假設(shè)，諸如重復利用基板10次及大面積(即，大于2cm²)GaN基板的可用性，可以示出發(fā)藍光、GaN基激光器件成本低于￥0.50每光學瓦特并且通過將管芯從4.5cm²GaN基板轉(zhuǎn)移至200mm SiC載體可以低至￥0.10每光學瓦特。該價格是本技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)光二極管的激烈競爭并且可以允許激光源廣泛滲透諸如普通照明的LED當前服務(wù)的市場。

在實例中，本發(fā)明公開了基于高效率、低成本的藍色激光二極管和致密的波長轉(zhuǎn)換器的集成陣列的集成低成本激光基光源，其在維持從固態(tài)光源期望的高能量效率和長產(chǎn)品使用壽命的優(yōu)勢的同時能夠產(chǎn)生超過LED基光源的光源亮度水平。此外，公開了提供超過LED基產(chǎn)品的產(chǎn)品性能的基于集成低成本激光基光源的照明系統(tǒng)。

在實例中，我們發(fā)現(xiàn)由于被限定為每單位立體角的光密度的光源亮度而限制了傳統(tǒng)的GaN基固態(tài)光源和產(chǎn)品?？紤]到集光率的光學概念，眾所周知亮度無法在光學裝配中增加；因此照明系統(tǒng)的亮度或者強度受光源的亮度的限制。針對GaN LED光源，存在已知為“跌落”的眾所周知的現(xiàn)象，其中，隨著在輸入功率密度方面的增加能量效率迅速下降。由于在LED(自發(fā)發(fā)射)和激光二極管(受激發(fā)射)之間的載流子重新結(jié)合機制的不同，在GaN激光二極管中看不到這種效率跌落的現(xiàn)象。這在針對GaN基LED和激光二極管而示意性地示出了能量轉(zhuǎn)換效率的圖40中被顯示。清晰的是，當以高功率密度操作時激光二極管能夠?qū)崿F(xiàn)顯著高于LED的轉(zhuǎn)換效率。此外，來自LED的發(fā)光圖案在器件的表面上方是各向同性的，然而針對激光二極管，在較好限定的連貫的波束中光從小出射面發(fā)射。針對激光二極管的發(fā)射區(qū)域小了若干量級，從而產(chǎn)生高于LED若干量級的光源亮度。光源亮度的這種優(yōu)勢可以通過例如燈泡或燈具的光學系統(tǒng)來維持，從而產(chǎn)生針對激光二極管的固有優(yōu)勢。

在實例中，參考激光二極管在下文中提供了針對LED的諸如熒光體的波長轉(zhuǎn)換材料的簡要總結(jié)。針對LED，熒光體與LED光源一樣大或者大于LED光源。針對激光二極管模塊，熒光體尺寸獨立于管芯尺寸，并且可以從若干激光二極管光源泵哺。針對LED，熒光體位于管芯上或管芯周圍。散熱很弱，或直接通過LED管芯散熱。針對激光二極管，熒光體與管芯相鄰或遠離管芯，能使其較好地散熱，能實現(xiàn)高輸入功率密度。針對LED，熒光體向后發(fā)射至LED管芯，導致顯著的效率和成本的折中。針對激光二極管模塊，能夠獨立地調(diào)整熒光體的環(huán)境以產(chǎn)生具有少量或不增加成本的高效率。針對激光二極管模塊的熒光體優(yōu)化能夠包括高度透明的、非分散的、陶瓷熒光體板。可以通過摻雜水平確定減小的溫度靈敏度。反射器能夠被加入陶瓷熒光體的后側(cè)，從而降低損失。熒光體能夠被成型為增加耦接并且降低后反射。當然，能夠存在額外的改變、修改和替代。

在實例中，本發(fā)明提供了一種激光基光模塊，該激光基光模塊包含一種或多種低成本的激光二極管的；一種或多種波長轉(zhuǎn)換元件；以及提供在激光二極管和波長轉(zhuǎn)換元件之間的電氣和熱連接的共用基板。在實例中，低成本的激光二極管由包含GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInGaN、其組合物等的外延材料構(gòu)成。在實例中，其中，低成本的激光二極管的發(fā)射波長處于200nm和520nm的范圍中。

在實例中，低成本的激光二極管的優(yōu)選發(fā)射波長處于440nm和460nm的范圍中。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是熒光體材料。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是包含石榴石基質(zhì)材料和摻雜元素的熒光體。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是包含釔鋁石榴石基質(zhì)材料和稀土摻雜元素以及其他的熒光體。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是包含選自以下一種或多種的稀土摻雜元素的熒光體：Ce、Nd、Er、Yb、Ho、Tm、Dy和Sm、其組合等。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是高密度熒光體元件。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件是具有大于90％純基質(zhì)晶體的密度的高密度熒光體元件。

在實例中，從一種或多種低成本激光二極管發(fā)射的光通過波長轉(zhuǎn)換元件部分地被轉(zhuǎn)換。在實例中，在波長轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的部分轉(zhuǎn)換的光發(fā)射產(chǎn)生外觀上是白色的顏色點。

在實例中，白光的顏色點位于點的普朗克黑體軌跡上。在實例中，白光的顏色點位于點的普朗克黑體軌跡的小于0.010的du’v’內(nèi)。在實例中，白光的顏色點優(yōu)選位于點的普朗克黑體軌跡的小于0.03的du’v’內(nèi)。

在實例中，共用基板是熱導率大于100W/m-K的固體材料。在實例中，共用基板優(yōu)選是熱導率大于200W/m-K的固體材料。在實例中，共用基板優(yōu)選是熱導率大于400W/m-K的固體材料。在實例中，共用基板優(yōu)選是具有電絕緣體的固體材料，該電絕緣體的電阻率大于1x10^6ohm-cm。在實例中，共用基板優(yōu)選是具有薄膜材料的固體材料，該薄膜材料提供電氣1x10^6ohm-cm。在實例中，共用基板選自Al2O3、AlN、SiC、BeO及金剛石的一種或多種。在實例中，共用基板優(yōu)選由晶體SiC組成。在實例中，共用基板優(yōu)選由晶體SiC組成，其中，頂表面上沉積Si3N4的薄膜。在實例中，共用基板包含提供一個或多個低成本的激光二極管之間的導電連接的金屬跡線。在實例中，共用基板包含提供一個或多個低成本的激光二極管與共用基板之間的導熱連接的金屬跡線。

在實例中，一個或多個低成本的激光二極管利用焊料材料附接至共用基板上的金屬跡線。在實例中，一個或多個低成本的激光二極管利用焊料材料(優(yōu)選選自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一種或多種)附接至共用基板上的金屬跡線。

在實例中，波長轉(zhuǎn)換材料利用焊料材料附接至共用基板上的金屬跡線。在實例中，波長轉(zhuǎn)換材料利用焊料材料(優(yōu)選選自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一種或多種)附接至共用基板上的金屬跡線。

在實例中，一種或多種低成本的激光二極管和波長轉(zhuǎn)換材料利用類似焊料的材料(優(yōu)選選自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一種或多種)附接至共用基板上的金屬跡線。在實例中，兩個或更多個低成本激光二極管附接至具有以電氣系列方式布置的二極管的共用基板。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件包含插入在波長轉(zhuǎn)換元件和至共用基板上的金屬跡線的導熱性連接之間的光學反射材料。

在實例中，插入在波長轉(zhuǎn)換元件和至共用基板上的金屬跡線的導熱性連接之間的光學反射材料具有大于50％的反射率值。

在實例中，插入在波長轉(zhuǎn)換元件和至共用基板上的金屬跡線的導熱性連接之間的光學反射材料具有大于80％的反射率值。在實例中，插入在波長轉(zhuǎn)換元件和至共用基板上的金屬跡線的導熱性連接之間的光學反射材料具有大于90％的反射率值。在實例中，光束成型元件放置在低成本的激光二極管與波長轉(zhuǎn)換元件之間。

在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件包含與一種或多種低成本激光二極管的每一個對準的幾何特征。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件在垂直于共用基板和一種或多種低成本激光二極管的邊緣的主要部分上進一步包含光學反射材料，并且其中，與低成本激光二極管的每一個對準的幾何特征不包括光學反射材料。在實例中，共用基板是光學透明的。在實例中，波長轉(zhuǎn)換元件部分附接至透明的共用基板。在實例中，波長轉(zhuǎn)換的光通過共用基板來引導。在實例中，波長轉(zhuǎn)換器包含至少頂表面上的光學反射材料。在實例中，一種或多種低成本激光二極管和波長轉(zhuǎn)換元件包含在密封元件內(nèi)以降低向周邊環(huán)境的暴露。在實例中，一種或多種低成本激光二極管和波長轉(zhuǎn)換元件包括在密封元件內(nèi)以降低向周邊環(huán)境的暴露。

在實例中，包含至少激光基光模塊的固態(tài)照明元件具有波束成型元件。在實例中，波束成型元件提供光學波束，其中，大于80％的發(fā)射光包含在30度的發(fā)射角內(nèi)。在實例中，波束成型元件提供光學波束，其中，大于80％的發(fā)射光優(yōu)選包含在10度的發(fā)射角內(nèi)。在實例中，該形式處于現(xiàn)有的MR、PAR和AR111燈的通常接受的標準形狀和尺寸內(nèi)。在實例中，固態(tài)照明元件進一步包含集成的電子電源以使激光基光模塊電氣通電。在實例中，固態(tài)照明元件進一步包含具有在通常接受的標準內(nèi)的輸入功率的集成電子電源。當然，可存在其他變化、變型以及替換物。

在本文中使用的術(shù)語GaN基板與基于III族氮化物的材料相關(guān)聯(lián)，這些材料包括GaN、InGaN、AlGaN或用作起始材料的其他包含III族的合金或成分。這種起始材料包括極性GaN基板(即，最大區(qū)域表面標稱為(hkl)面，其中，h＝k＝0，并且l是非零的基板)。

在本文中使用的術(shù)語基板與GaN基板以及另一種基板相關(guān)聯(lián)，在該種基板上，可以外延生長GaN、InGaN、AlGaN或者其他用作起始材料的含III族合金或者成分。這種基板包括SiC、藍寶石、硅及鍺等?；暹€可以指其上可以外延生長GaAs、AlAs、InAs、GaP、AlP、InP或者其他類似用作起始材料的含III族合金或者成分的基板。這種基板包括GaAs、GaP、Ge及Si等。

如本文中所使用，術(shù)語載體或載體晶圓是指外延器件材料被轉(zhuǎn)移至其的晶圓。載體可以由單個材料組成并且是單晶體或多晶體。載體也可以是多種材料的復合材料。例如，載體能夠是標準尺寸的硅晶圓，或者其能夠由多晶AlN構(gòu)成。

如本文中所使用，術(shù)語基臺是指為了促進封裝、粘結(jié)至散熱器和電氣接觸，激光器件粘結(jié)至其的材料目標?；_與基板、載體晶圓和封裝件或散熱片分隔開。

如所示出的，本器件能夠封閉在適宜的封裝件中。這類封裝件能夠包括諸如在TO-38和TO-56標頭中的封裝件。也可以存在諸如TO-9或平坦包的其他適宜的封裝設(shè)計和方法，其中，光纖耦接是所需要的并且甚至是非標準的封裝。在具體實施方式中，能夠在封裝構(gòu)造中實現(xiàn)本器件。

在其他實施方式中，本激光器件可構(gòu)造在各種應(yīng)用中。這種應(yīng)用包括激光顯示器、度量衡、通信、衛(wèi)生保健和手術(shù)、信息技術(shù)等。作為實例，本激光器件可以提供在諸如2010年5月27日提交的美國序列號12/789，303中描述的激光顯示器中，該美國序列號要求2009年5月29日提交的美國臨時號61/182，105和2009年5月29日提交的61/182，106的優(yōu)先權(quán)，因此其各自通過引用合并于此。

盡管上述是具體實施方式的全面描述，然而，可以使用各種變形、可替代的構(gòu)造以及等同物。例如，封裝器件可包括上述以及本說明書之外的元件的任意組合。如本文中所使用的，術(shù)語“基板”可指大塊基板或者可包括諸如含鎵和氮的外延區(qū)域的上覆生長結(jié)構(gòu)、或者諸如n型GaN的功能區(qū)域、組合等。另外，實例示出兩個正常構(gòu)造的波導結(jié)構(gòu)，可以存在變化，例如，其他角度和偏振度。

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