專利名稱：晶片鍵合的鋁鎵銦氮結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是按照與Defense Advanced Research Projects Agency(DARPA)簽訂的合同MDA972-96-3-0014，在政府的支持下完成的。聯(lián)邦政府對本發(fā)明具有一定的權利。
本發(fā)明涉及光發(fā)射領域，特別是涉及為AlxGayInzN器件的兩面制備高質量反射面。
垂直腔光電結構包括有源區(qū)，它由置于摻雜、未摻雜或包含p-n結的限制層之間的光發(fā)射層構成。該結構還至少包含一個在垂直于光發(fā)射層的方向上形成F-P腔的反射鏡。在GaN/AlxGayInzN/AlxGa1-xN(在AlxGayInzN中x+y+z＝1，在AlxGa1-xN中x≤1)材料系中制備垂直腔光電結構提出了與其它III-V族材料系不同的挑戰(zhàn)。困難的是生長具有高光學品質的AlxGayInzN結構。電流擴展是AlxGayInzN器件的主要問題。電流在p型材料中的橫向擴展比n型材料小30倍。此外，許多襯底的低熱導率增加了器件設計的復雜性，這是因為為了獲得最佳的散熱，器件應當結面向下安裝。
一種垂直腔光電結構，例如垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，需要高質量的反射鏡，例如99.5％的反射率。一種獲得高質量反射鏡的方法是利用半導體生長技術。為了達到適用于VCSEL的分布式布拉格反射器(DBR)所需的高反射率(＞99％)，對于半導體AlxGayInzN DBR的生長存在一些非常關鍵的材料問題，包括裂紋和電導率。這些反射鏡需要多個組份交替改變的銦鋁鎵氮(AlxGayInzN/AlxGayInzN)的周期/層面。與半導體DBR相比，介質DBR(D-DBR)在AlxGayInzN材料系所覆蓋的光譜范圍內相對容易實現(xiàn)超過99％的反射率。這些反射鏡通常是通過蒸發(fā)或濺射技術淀積的，但也可以使用MBE(分子束外延)和MOCVD(金屬有機物化學氣相淀積)。然而，除非去除生長襯底，否則有源區(qū)只有一面能夠接觸D-DBR淀積層。如果可以將D-DBR鍵合和/或淀積在AlxGayInzN有源區(qū)的兩面上，那么制備AlxGayInzN垂直腔光電結構將變得很容易。
晶片鍵合分為兩種基本類型直接晶片鍵合和金屬晶片鍵合。在直接晶片鍵合中，兩個晶片通過鍵合界面上的物質交換鍵合在一起。直接晶片鍵合可以在半導體、氧化物和絕緣材料的任意組合之間進行。鍵合通常是在高溫(＞400℃)和單軸壓力下進行的。Kish等人在美國專利5,502,316中描述了一種合適的直接晶片鍵合技術。在金屬晶片鍵合中，金屬層淀積在兩個鍵合襯底之間使之粘結。Yablonovitch等人在Applied Physicis Letters，vol.56，pp.2419-2421，1990中公開的一個金屬鍵合實例是倒裝鍵合，這是一種在微電子和光電子工業(yè)中用來將器件倒裝在襯底上的技術。因為倒裝鍵合改善了器件的散熱性能，所以襯底的去除取決于器件的結構，傳統(tǒng)上對金屬鍵合層的唯一要求是導電和機械加固。
在“Low threshold，wafer fused long wavelength verticalcavity lasers”中，Applied Physics Letters，vol.64，no.12，1994，pp1463-1465，Dudley等人講述了將AlAs/GaAs半導體DBR直接晶片鍵合到垂直腔結構的一面，而在“Room-Temperature Continuous-WaveOperation of 1.430μm Vertical-Cavity Lasers”中，IEEE PhotnoicsTechnolory Letters，vol.7，no.11，November 1995，Babic等人講述了將半導體DBR直接晶片鍵合到InGaAsP VCSEL的兩面，以利用在AlAs/GaAs之間的大折射率變化。如將要描述的，將D-DBR晶片鍵合到AlxGayInzN比半導體之間的晶片鍵合更復雜，在現(xiàn)有技術中還沒有出現(xiàn)過。
在“Dielectrically-Bonded Long Wavelength Vertical CavityLaser on GaAs Substrates Using Strain-Compensated MultipleQuantum Wells”，IEEE Photnoics Technology Letters，vol.5，no.12，December 1994，Chua等人公開了利用旋涂(spin-on)玻璃層將AlAs/GaAs半導體DBR連接到InGaAsP激光器。旋涂玻璃并不適合于在VCSEL中的有源層和DBR之間進行鍵合，因為很難精確地控制旋涂玻璃的厚度，因此，將無法精確地進行VCSEL腔所需的層控制。此外，旋涂玻璃的性質是非均勻的，這將導致腔中的散射和其它損耗。
利用AlxGa1-xN/GaN材料對生長具有適合于VCSEL的反射率，例如大于99％的半導體DBR反射鏡是困難的。參照
圖1，反射率的理論計算表明，為了實現(xiàn)所需的高反射率，需要高折射率對比，這只有通過提高低折射率AlxGa1-xN層中的Al組份和/或包含更多的層周期(材料特性來自于Ambacher等人，MRS Internet Journal of Nitride Semiconductorresearch，2(22)1997)來實現(xiàn)。這兩種方法均具有極強的挑戰(zhàn)性。如果有電流流過DBR層，那么DBR具有導電性是很重要的。為了充分地導電，AlxGa1-xN層必需是充分摻雜的。除非Al組份對于Si(n型)摻雜降低到大約低于50％，對于Mg(p型)摻雜降低到大約低于20％，否則導電率不會很高。然而，如圖1所示，利用Al組份較低的層來實現(xiàn)足夠高的反射率所需的層周期數需要總厚度較大的AlxGa1-xN材料，這加大了外延層破裂的危險性(由于AlN和GaN之間具有較大的晶格失配)，降低了組份控制力。實際上，圖1所示的Al.30Ga.70N/GaN疊層已達2.5μm厚，但遠遠不能滿足VCSEL所需的反射率。這樣，基于這種層對的高反射率DBR需要的總厚度遠大于2.5μm，并且對于給定的AlN和GaN的生長條件和材料特性之間的失配，難以可靠地生長。盡管在層是未摻雜的條件下破裂不是一個主要問題，但是組份控制和AlN/GaN的生長溫度仍將是生長高反射率DBR的巨大挑戰(zhàn)。因此，即使在不需要DBR導電的應用中，也還沒有出現(xiàn)利用AlxGayInzN材料系制備的反射率大于99％的半導體反射鏡疊層。因此，介質DBR反射鏡是優(yōu)選的。
至少一個反射鏡疊層，例如介質分布式布拉格反射器(DBR)或復合D-DBR/半導體DBR置于AlxGayInzN有源區(qū)和主襯底之間。晶片鍵合界面位于主襯底和有源區(qū)之間的某處。任選的過渡鍵合層位于晶片鍵合界面附近，以吸收晶片鍵合界面處的應力和熱系數失配。任選的反射鏡疊層位于AlxGayInzN有源區(qū)附近?？紤]到柔量，或者選擇主襯底，或者選擇過渡鍵合層。
前述發(fā)明的一個實施方案包括具有位于AlxGayInzN有源區(qū)附近的晶片鍵合界面的器件，AlxGayInzN有源區(qū)制備在犧牲襯底上，例如Al2O3。與主襯底粘合的反射鏡疊層直接晶片鍵合到AlxGayInzN有源區(qū)。然后，去除犧牲襯底。粘合技術包括鍵合、淀積和生長。向n型和p型層添加電接觸。
對于具有位于主襯底附近的晶片鍵合界面的另一個實施方案，反射鏡疊層粘合在AlxGayInzN有源區(qū)的頂部。如果利用直接晶片鍵合，那么就將具有適當材料特性的主襯底晶片鍵合到反射鏡疊層?；蛘?，使用金屬鍵合將主襯底鍵合到反射鏡疊層上。去除犧牲襯底。任選的反射鏡疊層粘合到AlxGayInzN有源區(qū)的頂部。向n型和p型層添加電接觸。在直接晶片鍵合過程中，為獲得預期的特性，主襯底的選擇是一項關鍵技術。其它實施方案包括將晶片鍵合界面置于DBR之內。
圖1示出對于AlN/GaN和Al.30Ga.70N/GaN DBR，理論反射率和波長的關系。
圖2示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
圖3A-F示出本發(fā)明的流程圖。
圖4A-F示出本發(fā)明的又一流程圖。
圖5示出了淀積在GaN/Al2O3結構上的D-DBR和GaP主襯底之間的直接晶片鍵合界面的掃描電子顯微鏡(SEM)剖面圖。
圖6示出具有金屬鍵合到主襯底的淀積D-DBR的有源區(qū)的SEM剖面圖。襯底已經去除，第二D-DBR淀積在AlxGayInzN有源區(qū)的、與第一D-DBR相對的面上。
圖7示出圖6描述的器件發(fā)射的400-500nm的光發(fā)射譜。模態(tài)峰描述了垂直腔結構。
介質分布式布拉格反射器(D-DBR)包括多個疊在一起的低損耗介質對，其中材料對中的一種材料具有較低的折射率，另一種材料具有較高的折射率。一些可能的介質DBR反射鏡基于二氧化硅(SiO2)和氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鉿(HfO2)層對，可以實現(xiàn)藍垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)所需的高反射率，例如＞99.5％，和諧振腔光發(fā)射器件(RCLED)所需的高反射率，例如60％或更高。SiO2/HfO2疊層對最令人感興趣，因為它們可以用來在350-500nm的波長范圍內制備反射率高于99％的反射鏡疊層。利用交替的SiO2和HfO2層制備的D-DBR在高達1050℃的溫度下仍能保持機械穩(wěn)定，為后續(xù)工藝提供了便利。
圖2示出了優(yōu)選實施方案。在圖2中，第一反射鏡疊層14，例如高反射率的DBR粘合在適當的襯底上。反射鏡疊層14包括下述材料中的一種或多種絕緣體、半導體和金屬。第一反射鏡疊層14晶片鍵合到生長在犧牲襯底上的AlxGayInzN有源區(qū)18的p型頂層18b。AlxGayInzN垂直腔光電結構18在期望的波長范圍內具有高增益。晶片鍵合界面16必需具有散射非常低的、極佳的光學質量。晶片鍵合界面16可以包括任選的過渡鍵合層(未示出)。任選的第二反射鏡疊層20，例如D-DBR(圖2所示)在與第一反射鏡疊層14相對的面上粘合到AlxGayInzN垂直腔光電結構18。對任選的第二反射鏡疊層20和AlxGayInzN有源區(qū)18的n型層18a、p型層18b進行圖形化，并通過刻蝕產生歐姆接觸所需的區(qū)域。對于VCSEL，反射鏡的反射率必需非常高，＞99％。對于RCLED，可以放松對反射鏡反射率的要求(＞60％)。
對于反射鏡疊層14，另一種方法是粘合到AlxGayInzN有源區(qū)。然后，晶片鍵合界面16位于反射鏡疊層14和主襯底12之間。這種結構也可以具有任選的第二反射鏡疊層20。與前兩種方法相關的另一種方法必需在兩個反射鏡疊層中的一個或兩個之中形成直接晶片鍵合。圖2示出了幾個晶片鍵合界面16的可能位置。
通過插入經刻蝕和/或氧化可以提高電流限制和光限制的AlxGayInzN層可以在n型或p型有源區(qū)材料中實現(xiàn)電流限制，由此降低了激射閾值或提高了器件效率。當使用D-DBR和/或未摻雜的半導體DBR時，引入該層是很重要的，因為沒有電流流過該層。根據所需的接觸層的厚度，腔可以是單波長或多波長腔，以便獲得適當的低正偏電壓?？梢詫ι鲜鼋Y構進行多種修改。交換p型和n型材料也可以制備類似的結構。
圖3A-F示出本發(fā)明實施方案的流程圖。在圖3A中，AlxGayInzN有源區(qū)制備在犧牲襯底上，例如Al2O3。在圖3B中，第一反射鏡疊層粘合到主襯底。粘合技術包括鍵合、淀積和生長。在圖3C中，第一反射鏡疊層通過晶片鍵合粘合到AlxGayInzN有源區(qū)。對于VCSEL，應當使用直接晶片鍵合，因為低光學損耗是非常關鍵的。在圖3D中，去除犧牲襯底。在圖3E中，任選的第二反射鏡疊層粘合到AlxGayInzN有源區(qū)的頂部。在圖3F中，電接觸添加到任選的第二反射鏡疊層或AlxGayInzN有源區(qū)。在工藝流程中可以進行圖形化，以便界定器件區(qū)域，暴露出接觸層。
圖4A-F示出另一工藝流程圖。在圖4A中，AlxGayInzN有源區(qū)制備在犧牲襯底上，例如Al2O3。在圖4B中，第一反射鏡疊層粘合到AlxGayInzN有源區(qū)。在圖4C中，主襯底通過直接晶片鍵合或金屬鍵合粘合到第一反射鏡疊層。因為晶片鍵合位于光學腔之外，所以由晶片鍵合引起的損耗并不重要。在圖4D中，去除犧牲襯底。在圖4E中，任選的第二反射鏡疊層粘合到AlxGayInzN有源區(qū)。在圖4F中，電接觸添加到任選的第二反射鏡疊層或AlxGayInzN有源區(qū)。在工藝流程中可以進行圖形化，以便界定器件區(qū)域，暴露出接觸層。
選擇用于直接晶片鍵合的主襯底很關鍵，并且受到幾個特性的影響物質輸運、柔順性和壓應力/張應力釋放。主襯底可以由磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或硅(Si)材料構成的材料組中選擇。對于Si，優(yōu)選的襯底厚度在1000和50μm之間。
物質輸運在直接晶片鍵合過程中具有重要作用。在標準的III-V族與III-V族的直接晶片鍵合中，或者III-V族與絕緣體的鍵合中，至少有一個表面在低得足以保持層質量的溫度下具有顯著的物質輸運效應。與此相反，AlxGayInzN和大多數絕緣材料在保持含In量很高的AlxGayInzN有源層的完整性所需的溫度下(＜1000℃)沒有顯著的物質輸運效應。一種或兩種鍵合材料缺乏物質輸運效應將阻礙晶片粘合。這種效應的模型是當兩種材料在鍵合溫度下均具有顯著的物質輸運效應時，兩種材料的鍵能夠越過界面重新形成更強的鍵。當只有一種材料具有顯著的物質輸運效應時，只有這種材料的鍵能夠與另一種材料的表面鍵匹配。在這種情況下，很難形成機械強度很高的晶片鍵合。
匹配性是材料在原子或宏觀尺度改變其形狀以吸收張力和應力的能力。對于本發(fā)明，柔順性定義為材料具有低于鍵合溫度的熔點，或者是材料在低于鍵合溫度時由可塑性向脆性轉變的時刻，或者是襯底厚度小于50μm的時刻。
GaP、GaAs和InP襯底的標準III-V族晶片鍵合通常在溫度400-1000℃之間進行，在這種溫度下兩種襯底是柔順性的。鍵合材料中至少有一種具有柔順性對于晶片鍵合是很重要的，因為材料不論在微觀尺度還是在宏觀尺度都具有固有的表面粗糙度和/或缺乏完整性。在1000℃下，AlxGayInzN結構在N2氣氛中淬火20分鐘可以使PL密度降低大約20％。因此，期望將鍵合溫度保持在1000℃以下。生長在A1203襯底上的GaN基材料在鍵合溫度低于1000℃時沒有柔順性。用于為寬禁帶半導體產生高反射率D-DBR的絕緣材料通常在1000℃以下沒有柔順性。因此，重要的是保證鍵合/支撐襯底和/或過渡鍵合在某些溫度下是柔順性的。
熔點是一個確定材料柔順性的特征。例如，對于下述材料，GaAs(Tm＝1510K)、GaP(Tm＝1750K)和InP(Tm＝1330K)，可以看出，柔順性的相對順序是InP、GaAs和GaP，其中InP最具柔順性。材料在熔點以下的溫度經歷由可塑性向脆性的轉變這些材料在高溫下的柔順性必需與元素之一的解吸附作用平衡。盡管InP在1000℃是柔順性的，但是材料在該溫度下由于磷的解吸附作用而嚴重地分解。在鍵合過程的壓力氣氛中，與這種材料的鍵合必需限制在大約低于分解溫度兩倍的溫度下。因此，選擇的材料必需滿足所需的柔順性和鍵合溫度。
非常薄的襯底也是柔順性的。薄硅，例如＜50μm是柔順性的，因為即使曲率很高，如果襯底很薄，那么壓力也是很小的。這項技術對于斷裂硬度高的材料工作得很好，例如硅(11270N/mm2)或AlxGayInzN。然而，斷裂硬度低的材料，例如GaAs(2500 N/mm2)在處理過程中容易斷裂。對于厚度＞50μm的硅，即使曲率很小也會在材料中產生高應力，導致材料斷裂。同樣的道理也適用于其它可以用作襯底候選材料的材料。
在生長在Al2O3上的GaN內部的高失配應力，以及AlxGayInzN和其它絕大多數適于用作支撐襯底的材料之間的熱膨脹(CTE)失配系數加劇了壓應力和張應力釋放。與其它晶片鍵合的半導體材料不同，AlxGayInzN和其它半導體材料之間的CTE失配更大；壓應力由沿著纖鋅礦材料的a面和c面形成的不同的CTE失配構成。與不同襯底(GaAs CTE＝5.8，GaP＝6.8，InP＝4.5×10-6/C)晶片鍵合的GaN(CTE＝5.59，a面/3.17×10-6。c面/℃)中的壓應力迫使局部壓應力釋放，因為主襯底的CTE失配與GaN面完全匹配。這種壓應力可以在匹配材料中被吸收掉，可以在柔軟的過渡鍵合層中或在鍵合溫度下位于鍵合界面處的液體中被吸收掉，或者通過局部應力釋放，例如將至少一個鍵合界面圖形化來吸收應力。過渡鍵合層由絕緣體，包含鹵化物(例如CaF2)、ZnO、銦(In)、錫(Sn)、鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)的合金和II-VI族材料中選擇。
電流擴展是Ga-N基器件的另一個主要問題。P型材料中的橫向電流擴展比n型材料小30倍。在有源層兩面制備高反射率的反射鏡對于優(yōu)良的光學腔是必需的，p型層的電流擴展問題由于D-DBR的絕緣特性而加劇了。一種改善p型層中的電流擴展的方法是制備由導電透明半導體和絕緣體疊層構成的復合DBR。疊層的半導體部分通過增加p型層的厚度來改善電流擴展，而絕緣體疊層改善了半導體的低反射率，使總反射鏡反射率高于99％。這一過程可以應用于n型反射鏡，盡管這樣做由于n型層具有更高的導電率而變得不重要了。
增加電流限制層將進一步通過將電流只導入光學腔而改善電流擴展，這對于VCSEL是必需的。這可以應用于具有或沒有復合半導體/介質DBR的垂直腔光電結構。盡管電流限制層可以包含在限制層的p型層和n型層中，但是，因為其導電率很低，將電流限制層包含在p型限制層中更有效。
如果D-DBR粘合到有源區(qū)的兩面，那么支撐襯底是必須的，因為原始主襯底必須除去。存在幾種去除藍寶石襯底的方法，其中的藍寶石通常用作生長襯底。下面列出的方法只是可以用于去除生長襯底的眾多技術的一個子集，其中的生長襯底還可以是除藍寶石之外的其它材料。
在激光熔化中，Wong等人和Kelley等人公開的技術使用激光器照射結構的背面(藍寶石面)，該技術中使用的激光器的波長對于藍寶石襯底是透明的，但對于緊鄰襯底的半導體層卻不是。激光能量不會穿透緊鄰的半導體層。如果激光能量足夠強，那么緊鄰藍寶石襯底的半導體層將被加熱到使其分解的溫度點。對于GaN層緊鄰藍寶石襯底的情況，界面處的GaN分解為Ga和N，Ga保留在界面的后面。然后，Ga材料熔化，藍寶石襯底與層結構的其余部分分離。緊鄰藍寶石襯底的層的分解決定于激光器的能量、波長、材料分解溫度和材料的吸收。利用這種技術可以去除藍寶石襯底，以便使D-DBR粘合到有源區(qū)的另一面。然而，使VCSEL界面的損耗最小(＜0.5％)、并且十分光滑以便最大限度地提高腔的諧振特性是十分重要的。這種激光熔化技術具有許多可能使激光界面缺乏VCSEL所需的平坦度的設計變量。另外，VCSEL具有非常嚴格的厚度限制。存在幾種使用激光熔化技術解決這些問題的方法。
緊鄰犧牲生長襯底的層定義為犧牲層，如果層的厚度保證激光器可以使其完全分解。在文獻(wong等人)中公布的結果表明可以完全分解的層厚大約為500，但是該值依賴于激光器的能量、波長和材料分解溫度以及緊鄰襯底的層的吸收。緊鄰犧牲層(與襯底相對)的層，即截止層在激光波長處應具有比犧牲層更高的分解溫度或更低的吸收。截止層將不會受到激光能量的顯著影響，因為它具有更高的分解溫度或更低的吸收。在該結構中，犧牲層由激光器分解，在分解溫度更高或吸收更低的截止層上留下支離破碎的表面。然后，順序地刻蝕、氧化、再刻蝕截止層，或者利用能量和波長均不同的激光器分解截止層。
優(yōu)選的層組合是GaN/AlxGa1-xN，InGaN/AlxGa1-xN和InGaN/GaN。在GaN/AlxGa1-xN組合中，GaN犧牲層將由激光器分解，而A1xGa1-xN截止層不受影響。然后，利用選擇濕法化學刻蝕技術刻蝕掉AlxGa1-xN，并且刻蝕在光滑的AlxGayInzN表面上截止。另外，如果上述的GaN層沒有完全分解，那么剩余的GaN也可以刻蝕掉。因為在開始生長GaN時需要厚緩沖層，VCSEL層界面需要可控的厚度和相當的光滑度，所以這項技術特別有價值。
可以利用一個或多個犧牲層和截止層修正特定層或腔的厚度。利用激光熔化和選擇濕法化學刻蝕技術可以按照順序分解和刻蝕各層對，直到獲得所需的厚度。優(yōu)選的層組合是GaN/AlxGa1-xN，其中GaN是犧牲層，AlxGa1-xN截止層可以利用選擇濕法化學刻蝕技術刻蝕掉。
還存在去除生長襯底的其它方法。一種方法是使用可以通過濕法化學刻蝕技術選擇性地刻蝕掉的AlN。AlN可以用作犧牲層，利用選擇刻蝕AlN以底割結構，從而使AlxGa1-xN層與主襯底分離。另外，可以在高溫下利用溫法氧化工藝氧化AlN層。然后利用刻蝕液，例如HF刻蝕掉AlN氧化物。在另一種方法中，可以剝離襯底，例如通過向材料中注入輕離子。這將在特定深度上產生缺陷。當襯底受到加熱時，材料選擇性地沿位錯裂開，由此襯底與有源層分離。利用化學刻蝕液底割ZnO或其它介質緩沖層還可以用來分離襯底和AlxGayInzN層。這種技術可以應用于2-D或3-D生長技術(例如ELOG中使用的SiO2或其它絕緣材料)，其中AlxGayInzN層只有在越過襯底或在圖形化區(qū)域時是連續(xù)的。
介質DBR淀積在生長在藍寶石襯底上的AlxGayInzN有源區(qū)之上。然后，將DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結構晶片鍵合到主襯底。在情況1中，DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結構直接晶片鍵合到GaP主襯底(見圖3)。在情況2中，DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結構通過CaF2過渡層晶片鍵合到GaP主襯底(圖3，其中未示出過渡層)。在情況3中，D-DBR淀積在主襯底(GaP)上，并直接晶片鍵合到AlxGayInzN有源區(qū)(圖4)。對于情況1和3，鍵合區(qū)面積遠小于情況2，因為沒有使用過渡層。圖5示出情況1結構的鍵合界面的掃描電子顯微鏡(SEM)剖面圖像。界面很光滑，并且在這種放大倍率下見不到空隙。在情況4中，DBR/AlxGayInzN有源區(qū)結構通過CrAuNiCu合金構成的金屬過渡層鍵合到主襯底。圖6示出情況4的SEM剖面，藍寶石襯底已去除，第二D-DBR淀積在與第一D-DBR相對的、AlxGayInzN有源區(qū)的面上。對于所有的器件，D-DBR疊層是SiO2/HfO2，藍寶石襯底是利用激光熔化技術去除的。圖7示出圖6所述的器件產生的400-500nm的光發(fā)射譜。模態(tài)峰是垂直腔結構的特征。
權利要求
1.一種器件，包括襯底；包含n型層、p型層和有源層、且緊鄰襯底的AlxGayInzN結構(18)；第一反射鏡疊層(14)，位于襯底和AlxGayInzN結構的底面之間；晶片鍵合界面(16)，位于第一反射鏡疊層和在襯底與AlxGayInzN結構中選擇的一個之間，具有鍵合溫度；和p型接觸和n型接觸(22a，22b)，p型接觸與p型層電連接，n型接觸與n型層電連接。
2.權利要求1的器件，還包括至少一個緊鄰晶片鍵合界面的過渡鍵合層；和過渡鍵合層和襯底中有一個是柔順性的(compliant)。
3.權利要求2的器件，其中AlxGayInzN器件(18)是垂直腔光電結構。
4.權利要求3的器件，其中AlxGayInzN器件(18)還包括位于p型成內部的電流限制層。
5.權利要求2的器件，其中襯底是柔順性的，并且由磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和硅(Si)構成的材料組中選擇。
6.權利要求2的器件，其中過渡鍵合層是柔順性的，并且由絕緣體，包含鹵化物、ZnO、銦、錫、鉻(Cr)、金、鎳和銅的合金，以及II-VI材料構成的材料組中選擇。
7.權利要求2的器件，還包括緊鄰AlxGayInzN結構的頂面的第二反射鏡疊層(20)。
8.權利要求7的器件，其中第一和第二反射鏡疊層(14，20)中至少有一個是從包括介質分布式布拉格反射器和復合分布式布拉格反射器的組中選擇的。
9.權利要求1的器件，還包括緊鄰AlxGayInzN結構的頂面的第二反射鏡疊層(20)。
10.權利要求9的器件，其中第一和第二反射鏡疊層(14，20)中至少有一個是從包括介質分布式布拉格反射器和復合布拉格反射器的組中選擇的。
11.權利要求1的器件，其中AlxGayInzN器件(18)還包括位于p型成內部的電流限制層。
12.權利要求1的器件，其中襯底是柔順性的，并且由磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和硅(Si)構成的材料組中選擇。
13.權利要求1的器件，其中A1xGayInzN器件是垂直腔光電結構。
14.一種制備AlxGayInzN結構的方法，包括以下步驟將主襯底與第一反射鏡疊層粘合；在犧牲生長襯底上制備AlxGayInzN結構；生成晶片鍵合界面；去除犧牲生長襯底；和在AlxGayInzN結構上淀積電接觸。
15.權利要求14的制備AlxGayInzN結構的方法，其中去除犧牲生長襯底的步驟包括激光熔化步驟。
16.權利要求14的制備AlxGayInzN結構的方法，還包括在晶片鍵合界面上粘合過渡鍵合層的步驟。
17.權利要求16的制備AlxGayInzN結構的方法，其中主襯底和過渡鍵合層中的一個是柔順性的。
18.權利要求14的制備AlxGayInzN結構的方法，還包括在AlxGayInzN結構的頂部粘合第二反射鏡疊層的步驟。
19.一種制備AlxGayInzN結構的方法，包括以下步驟在犧牲生長襯底上制備AlxGayInzN結構；將第一反射鏡疊層粘合在AlxGayInzN結構的頂部；將主襯底與第一反射鏡疊層晶片鍵合，以生成晶片鍵合界面；去除犧牲生長襯底；和在AlxGayInzN結構上淀積電接觸。
20.權利要求19的制備AlxGayInzN結構的方法，其中去除犧牲生長襯底的步驟包括激光熔化步驟。
21.權利要求19的制備AlxGayInzN結構的方法，還包括在晶片鍵合界面上粘合過渡鍵合層的步驟。
22.權利要求19的制備AlxGayInzN結構的方法，其中主襯底和過渡鍵合層中的一個是柔順性的。
23.權利要求19的制備AlxGayInzN結構的方法，還包括在AlxGayInzN結構的頂部粘合第二反射鏡疊層的步驟。
全文摘要
利用晶片鍵合或金屬焊接技術可以制備具有垂直光學路徑,例如垂直腔面發(fā)射激光器或諧振腔光發(fā)射或探測器件,并具有高質量反射鏡的光發(fā)射器件。光發(fā)射區(qū)域介于一個或兩個包含介質分布式布拉格反射器(DBR)的反射器疊層之間。介質DBR可以淀積或粘合在光發(fā)射器件上。GaP、GaAs、InP或Si材料的主襯底粘合到其中的一個介質DBR。電接觸添加到光發(fā)射器件。
文檔編號H01S5/183GK1267109SQ9912643
公開日2000年9月20日 申請日期1999年12月16日 優(yōu)先權日1999年2月5日
發(fā)明者C·C·科曼, R·S·克恩, 小F·A·基希, M·R·克拉梅斯, A·V·努米克科, 宋允圭 申請人:惠普公司