專利名稱：自支撐(Al,Ga,In)N以及形成自支撐(Al,Ga,In)N的分離方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及形成自支撐制品的方法，以及由此形成的自支撐制品。特別是，本發(fā)明涉及自支撐(Al，Ga，In)N制品，以及通過從基體材料或者(Al，Ga，In)N在其上面生長的層上界面分離(Al，Ga，In)N來制造自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，以用于制造單獨的(Al，Ga，In)N材料，作為適于制造微電子或光電裝置的自支撐體。
背景技術：
美國專利5,679,152描述了在外延上相容的犧牲模板上制造自支撐(Al，Ga，In)N單晶制品，其中在模板上沉積了一層單晶(Al，Ga，In)N，并且在生長溫度下或在生長溫度附近去除犧牲模板，留下自支撐(Al，Ga，In)N。
此方法由于在使用異外延基體材料作為模板時沒有與基體相關的熱膨脹系數(shù)(TCE)的差異，得到低缺陷密度(例如，＜107缺陷/cm2)的材料，這是因為模板是原位去除的。結果，避免了TCE錯配引起的內(nèi)應力，而這一問題通常伴隨異外延材料的冷卻并造成破裂和形態(tài)缺陷。
本發(fā)明涉及自支撐(Al，Ga，In)N制品，以及通過在犧牲模板上生長(Al，Ga，In)N材料并且從模板上界面分離(Al，Ga，In)N材料，制造自支撐(Al，Ga，In)N制品，從而得到具有設計質(zhì)量的單晶(Al，Ga，In)N自支撐制品。
發(fā)明概述本發(fā)明在大的方面涉及制造自支撐制品的方法，該方法包括在基體上沉積用于構成自支撐制品的材料，及制造包括基體與材料之間界面的材料/基體復合制品，并界面改性材料/基體復合制品，將基體與材料分離，得到自支撐制品。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在升高溫度的情況下進行界面改性，例如升高溫度到500℃溫度以內(nèi)，在此溫度下構成自支撐制品的材料在基體上形成，并且在材料/基體復合制品從高溫冷卻到如環(huán)境溫度的較低溫度之前進行界面改性。在這個實施例中，在基體上形成此結構的材料的溫度可以是，例如，600℃或高于600℃。
材料/基體復合制品的界面是基體材料與構成自支撐制品材料之間的三維區(qū)域。界面深度是界面改性過程的函數(shù)，并且界面的面積是由材料/基體復合制品的面積確定的。通常界面深度是l0-4微米到102微米。
本發(fā)明一方面涉及制造自支撐(Al，Ga，In)N的方法，該方法的步驟包括提供外延相容的犧牲模板；在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及將犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
將犧牲模板(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品，這可以以多種方式進行，下面將詳細描述，例如，激發(fā)界面使界面材料分解，并且在(Al，Ga，In)N材料從(Al，Ga，In)N沉積在模板上的高溫冷卻到環(huán)境溫度之前將模板與(Al，Ga，In)N物理分離。
另外，采用界面改性使(Al，Ga，In)N制品與模板分離可以通過加熱和/或冷卻界面，通過激光束沖擊界面，通過使用易于分離的中間層，通過界面材料的其它分解方法，通過在界面上產(chǎn)生氣體，通過聲音照射界面，通過電子束照射界面，通過界面的rf耦合，通過侵蝕，通過界面材料的選擇性弱化，或者通過其它的光學、聲學、物理、化學、熱或能量處理來進行。
這些方法相對于(Al，Ga，In)N在模板上沉積的環(huán)境，可以是在原位或不在原位進行，參見下面的詳細描述。
在一個優(yōu)選的實施例中，界面改性包括通過復合制品的犧牲模板或(Al，Ga，In)N材料對界面沖擊激光能量。
采用界面改性來影響犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離可以在高溫下進行，例如(Al，Ga，In)N材料在模板上的生長溫度，或者在將犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品冷卻到環(huán)境溫度之后進行，或者在(Al，Ga，In)N材料在模板上生長的溫度以下的某些其它溫度下進行。在這種方式下，本發(fā)明的方法可以原位進行，即，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品保持在與(Al，Ga，In)N材料沉積的環(huán)境相同的環(huán)境中，或者也可以是，本發(fā)明的方法可以以非原位的方式進行，其中將犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品從生長環(huán)境中取出并在另外環(huán)境中進行界面改性，以便分離犧牲模板與(Al，Ga，In)N。
在另一個方面，本發(fā)明涉及利用本發(fā)明的方法制造的自支撐制品。
在其它的方面，本發(fā)明涉及犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N之間的界面，其中制品的溫度在(Al，Ga，In)N生長溫度300℃的范圍內(nèi)，界面含有吸收的激光能量。
如同這里使用的，術語“環(huán)境溫度”是指低于40℃的溫度，例如室溫(～25℃)。
如同這里使用的，術語“界面材料”是指下面任何一種材料界面上或其附近的犧牲模板材料；界面上或其附近的未摻雜質(zhì)或摻雜質(zhì)的(Al，Ga，In)N材料；或者界面上或犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的一個或多個界面層材料。
這里使用的術語“(Al，Ga，In)N”廣泛地構義，其包括Al、Ga和In的單元素的各種氮化物，以及這些III族金屬元素的二元、三元和四元化合物。因此，術語(Al，Ga，In)N包括化合物AlN、GaN和InN，以及三元化合物AlGaN、GaInN和AlInN，和四元化合物AlGaInN，如同這個命名中包括的元素。當存在(Al，Ga，In)組成元素中的兩種或多種時，所有可能的成分，包括化學計量比例以及非化學計量比例(相對于合成物中每種(Al，Ga，In)組成元素所占的相對摩爾分數(shù))，都可以在本發(fā)明寬的范圍內(nèi)使用。因此，可以理解的是，本發(fā)明在下面的討論中主要參照GaN材料，而這些討論可以應用于其它各種(Al，Ga，In)N材料的制備。
從下面的內(nèi)容以及所附的權利要求中，可以更加充分理解本發(fā)明的各種其它方面、特征和實施例。
附圖簡述

圖1示意性表示利用激光輻射加熱(Al，Ga，In)N-模板界面；圖2-4表示從犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的頂部到底部(圖2和3)對其發(fā)射激光，形成分離的犧牲模板和自支撐(Al，Ga，In)N單晶片(圖4)；圖5是犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的俯視圖；圖6是圖5的犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在掃描激光照射操作期間的相應視圖，其中激光束在制品上往復穿過，使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料發(fā)生界面分離，并得到(Al，Ga，In)N晶片制品；圖7是圖6的犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在周邊激光照射操作期間的相應視圖，其中激光束轉變?yōu)閳A形運動，從制品的外圍開始，以階梯狀的直徑縮小的圓形連續(xù)進行輻射；圖8示意性地表示犧牲模板/中間層/(Al，Ga，In)N復合制品，其中沖擊的激光能量被中間層吸收使其分解，并將犧牲模板層與(Al，Ga，In)N層分離；圖9示意性表示犧牲模板/中間層/(Al，Ga，In)N復合制品，其中中間層吸收沖擊的激光能量，使其附近的(Al，Ga，In)N材料退化，將犧牲模板與(Al，Ga，In)N產(chǎn)品層分離；圖10示意性表示通過HVPE生長(Al，Ga，In)N以及從犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品背面(穿過模板)將激光發(fā)射到復合制品上的設備；圖11示意性表示使用晶片支架上的蓋板的部分生長和分離系統(tǒng)。
發(fā)明詳述以及優(yōu)選的實施例以下美國專利和美國專利申請的內(nèi)容在此引用其各自的全部內(nèi)容作為參考美國專利申請No.08/188,469，申請日為1994年1月27日，發(fā)明人為Michael A.Tischler等人，現(xiàn)授權為美國專利5,679,152；美國專利申請No.08/955,168，申請日為1997年10月21日，發(fā)明人為Michael A.Tischler等人；美國專利申請No.08/984,473，申請日為1997年12月3日，發(fā)明人為Robert P.Vaudo等人，現(xiàn)授權為美國專利6,156,581；美國專利申請No.09/179,049，申請日為1998年10月26日，發(fā)明人為Robert P.Vaudo等人；美國專利申請No.09/524,062，申請日為2000年3月13日，發(fā)明人為Robert P.Vaudo等人；美國專利申請No.09/605,195，申請日為2000年6月28日，發(fā)明人為Jeffrey S.Flynn等人；美國專利申請No.09/929,789，申請日為2001年8月14日，發(fā)明人為Michael A.Tischler等人；以及美國專利申請No.09/933,943，申請日為2001年8月21日，發(fā)明人為Michael A.Tischler等人。
本發(fā)明一方面涉及制備自支撐(Al，Ga，In)N材料的方法，包括提供外延相容的犧牲模板；在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料；以及通過(Al，Ga，In)N-模板的界面改性將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離。
界面改性可以以很多適合方式中的任何一種來進行，例如，通過在(Al，Ga，In)N材料冷卻到環(huán)境溫度之前加熱(Al，Ga，In)N-模板界面，通過激光束沖擊界面，通過使用易于分離的中間層，通過將界面材料的分解，通過在界面上產(chǎn)生氣體，通過聲音照射界面，通過電子束照射界面，通過界面的rf耦合，通過侵蝕，通過界面材料的選擇性弱化，或者通過其它的光學、聲學、物理、化學、熱或能量處理。聲學處理可以包括直接傳遞到界面上的聲音能量，界面上的界面材料優(yōu)選的是易于分離的，例如，借助于特殊的聲音能量吸收型中間層。化學處理可以包括界面材料的光降解，例如置于界面上的光敏材料，在光激發(fā)條件下釋放出自由基以催化界面分解反應；或者是化學侵蝕，其中界面材料優(yōu)選地易受輸入到犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的環(huán)境中的侵蝕劑侵蝕。對于本領域的一般技術人員，在閱讀下面的內(nèi)容后，將犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品中的犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離的多種方法，將變得顯而易見。
在本發(fā)明的方法中，(Al，Ga，In)N的沉積可以通過任何適合的方法進行，包括氫化物氣相外延生長(HVPE)、金屬有機物氣相外延生長(MOVPE)、化學氣相沉積(CVD)以及分子束外延生長(MBE)，但不限于此。美國專利5,679,152，美國專利6,156,581，美國專利申請No.09/179,049和美國專利申請No.09/524,062描述了制備(Al，Ga，In)N單晶材料的方法，其厚度足以達到從模板上分離后的自我支持(即自支撐)程度。
本發(fā)明方法制備的自支撐(Al，Ga，In)N制品適于用作基體，用于制備微電子和/或光電子裝置或者裝置的先驅體結構。本發(fā)明的自支撐(Al，Ga，In)N制品具有三維(x，y，z)特征，在本發(fā)明的一個實施例中，x，y方向的每個尺寸至少為100微米，z方向至少為1μm。在本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例中，單晶自支撐(Al，Ga，In)N制品是圓柱形的或圓盤形的，其直徑為d以及厚度為z，其中d至少為100μm，z至少為1μm。在一個特別優(yōu)選的實施例中，每個d和z尺寸至少為200μm。在又一個實施例中，單晶自支撐(Al，Ga，In)N制品的厚度z至少為100微米，直徑至少為2.5厘米。
像背景部分中討論的一樣，在冷卻到環(huán)境溫度之前去除犧牲材料的一個特別優(yōu)勢在于，避免了TCE差別引起的缺陷和裂紋。為了最大程度發(fā)揮這個優(yōu)勢，在生長溫度的±300℃之內(nèi)執(zhí)行分離操作是有利的。但是，分離溫度也可以控制在生長溫度、比生長溫度低的溫度或者比生長溫度高的溫度，以便處理TCE差別，使材料中的熱應力達到最低程度(或予以控制)。生長過程的其它條件(例如，壓力)可以選擇性地在分離步驟進行控制，本領域的一般技術人員根據(jù)這里的內(nèi)容能恰當?shù)睾腿菀椎卮_定這些。
在分離過程，(Al，Ga，In)N中，(Al，Ga，In)N-模板界面被局部加熱到引起一種材料的分解，導致兩種材料(模板材料和(Al，Ga，In)N材料)的分離。
加熱(Al，Ga，In)N-模板界面的優(yōu)選方法是使用激光照射，如圖1的示意性表示。復合結構10包括犧牲模板12，(Al，Ga，In)N材料16在其上面生長，模板材料和(Al，Ga，In)N材料之間形成界面14。相干光束20，例如，由Nd:YAG激光(圖1中未圖示)產(chǎn)生的，其傳播透過犧牲模板12，犧牲模板12對于選定的激光照射是透光的；然后沖擊到(Al，Ga，In)N材料，而(Al，Ga，In)N材料對于選定的激光(Nd:YAG(355nm)的第3諧波僅僅被AlGaInN材料吸收，大約Eg＜3.49eV)在界面14的沖擊區(qū)18是不透光的。在與犧牲模板的界面處不透光的(Al，Ga，In)N材料中吸收的激光能量，導致界面處材料的化學和/或物理變化。所造成的界面材料的退化影響犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離。
在一個說明性的實施例中，犧牲模板由蘭寶石制成，足夠光束功率密度的高能激光束直接穿透過蘭寶石并在(Al，Ga，In)N材料中吸收，使(Al，Ga，In)N的薄界面層中產(chǎn)生熱分解，從而(Al，Ga，In)N與模板分開，成為自支撐(Al，Ga，In)N晶體。在這個實施例中，光源的能量大于(Al，Ga，In)N材料的能帶隙，從而能被有效地吸收；但小于蘭寶石的能帶隙，從而光透過蘭寶石。例如，Nd:YAG激光(355nm)的第3諧波適于GaN-蘭寶石系統(tǒng)，在1000℃的分離閾值大于150mJ/cm2。激光能量的閾值(引起熱分解或其它物理和/或化學降解變化)取決于很多因素，包括光束大小和能量分布，波長和吸收的激光能量，進行分離的溫度以及可分解材料的分解溫度，但不限于此。
使(Al，Ga，In)N和模板層達到充分分離所采用的有用的激光束主要特征是(i)激光的光子能量較大，大于(Al，Ga，In)N和犧牲模板材料之一的能帶隙，而小于另一種材料的能帶隙；(ii)激光的功率密度足夠高，能引起界面材料的化學和/或物理變化，從而至少能減弱犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面結合力；(iii)所用照射的短脈沖，減小進入材料的熱擴散深度(界面以外)，減小由吸收的激光能量產(chǎn)生的沖擊波，并且一般地減小得到的(Al，Ga，In)N材料中物理和/或化學變化量，從而將單晶(Al，Ga，In)N產(chǎn)品材料的損壞降低到最低程度；(iv)與所用照射的脈沖，以及所用照射光束在犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品上的選擇性掃描一起作用，利用能有效分離晶體區(qū)的脈沖率；以及(v)盡管大多數(shù)的光束外形都可以使用(高斯型(Gaussein)，大禮帽型(Top Hat)，等等)，但均勻的、圓柱形對稱的以及從高能量到低能量逐漸過渡的光束外形是所期望的。
除了光束外形以外，所用的光束質(zhì)量越好(較好校準的以及接近理想高斯光束外形)，光束在穿過光學或件達到樣品之前運動時可保持適當形狀的時間越長。這個因素是重要的，例如，如果必須或需要將激光定位在離生長反應器較遠的距離或者使用一個激光單元來適應多種(Al，Ga，In)N生長室(反應器)?？拷鼱奚０?(Al，Ga，In)N復合制品(晶片)的光束均化器或散射體能用于使光束外形邊緣不特別。粗糙化的石英或模板背面的粗糙加工面能用于實現(xiàn)激光照射能量的選擇性光束均勻度，上述激光照射能量是聚焦在犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品上的。
為了分離出比光束直徑大的面積，激光束可以橫過犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品掃描，如圖2、3和4所示。
通過為釋放的氣體(界面材料分解產(chǎn)生的，是所用照射沖擊產(chǎn)生的結果)提供通道，使之逸出犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，從而很好地實現(xiàn)掃描。在所用激光能量下(Al，Ga，In)N的熱分解將釋放出作為分解反應產(chǎn)物的N2。但是，N2陷在界面上，將導致產(chǎn)生裂紋的非均勻應力。因此，掃描最好從晶片的邊緣開始，并逐漸向內(nèi)運動，從而使釋放的N2容易逸出。
圖2表示犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品10，其中相干光束20透過犧牲模板12傳輸，從制品10的頂部沿箭頭A所示方向向下運動，從而沖擊區(qū)18分解形成槽。隨著光束20向界面14運動，作為分解產(chǎn)物的N2通過沖擊區(qū)18的槽逸出犧牲模板/(Al，Ga，In)N制品10。
圖3表示犧牲模板/(Al，Ga，In)N制品10，此時相干光束20結束其運動到達制品的底部邊緣，完成界面14的分解，將犧牲模板12與(Al，Ga，In)N層16分開，從而使后者形成自支撐(Al，Ga，In)N晶片產(chǎn)品，如圖4所示。
在沖擊影響犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離期間，激光束的掃描圖包括激光束沿適于分離操作的預定圖的平移。例如，激光束可以方便地前后掃描，和/或沿圓周運動(對于大多數(shù)晶片這是圓形圖)。掃描的完成是通過物理地移動晶片，通過偏轉激光束，或者是二者的結合。在犧牲模板/(Al，Ga，In)N界面的脈沖激光照射中，激光脈沖之間的步進尺寸可以從界面上激光束斑尺寸的1到200％，但更優(yōu)選的是從分離閾值以上的激光束斑尺寸的10到50％。
盡管通過在(Al，Ga，In)N材料在犧牲模板上生長的溫度附近執(zhí)行激光分離，使應變減小到最低程度，但在本發(fā)明的廣泛實踐中也可以在低于生長溫度的較低溫度下執(zhí)行激光分離操作，例如，在環(huán)境溫度下。因為在明顯低于生長溫度的溫度下照射犧牲模板/(Al，Ga，In)N界面，使模板和(Al，Ga，In)N材料分離，因為沿(Al，Ga，In)N晶面的激光掃描減少了殘余應變導致的裂紋。這種沿晶面的掃描在高溫下可能是重要的，但當復合體處于應力下的條件時更重要。
作為一個例子，在c面蘭寶石上生長的c面GaN，當在犧牲模板/(Al，Ga，In)N制品冷卻到室溫并重新加熱到生長溫度附近的溫度進行激光分離時，沿GaN<1120>面掃描減少了裂紋的發(fā)生率和程度。一般需要平行于(Al，Ga，In)N的a面或沿低指數(shù)面掃描。
盡管光束掃描是有用的，但如果能得到具有足夠大光束尺寸和功率密度的激光來覆蓋樣品，就可以對整個樣品單獨使用光束脈沖分離。
圖5是犧牲模板/(Al，Ga，In)N制品30的俯視圖。
圖6是犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在掃描激光照射操作期間的相應視圖，其中激光束在制品上往復穿過，使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料發(fā)生界面分離，并得到(Al，Ga，In)N晶片制品。
圖7是犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在圓周激光照射操作期間的相應視圖，其中激光束沿圓周運動，從制品30的外圍開始，以階梯狀的直徑縮小的圓弧形連續(xù)進行，如圖所示。
激光分離過程需要激光到達(Al，Ga，In)N與模板材料之間的界面。為了達到這個目的，激光照射必須穿過(Al，Ga，In)N與模板材料中的一個，并被這些材料中的另一個吸收。對于(Al，Ga，In)N生長，激光照射的路徑取決于犧牲模板的性質(zhì)。
例如，如果模板是諸如蘭寶石的材料，具有比(Al，Ga，In)N大的能帶隙，激光束能穿透蘭寶石(稱為材料背面層，因為這“一側”在生長過程中是“背面”或支持層)，(Al，Ga，In)N材料吸收激光束。
但是，當模板具有比(Al，Ga，In)N低的能帶隙時(例如，Si、GaAs、SiC、InP、低能帶隙(Al，Ga，In)N等)，激光束能穿透(Al，Ga，In)N材料并且被犧牲模板吸收。吸收的光產(chǎn)生加熱，使一種材料產(chǎn)生化學變化。一般地，具有比(Al，Ga，In)N材料大的能帶隙能量的模板是被照射的背面。構成犧牲模板的說明性材料包括蘭寶石、大能帶隙的(Al，Ga，In)N、尖晶石，等等，但不限于此。
另外，在(Al，Ga，In)N/模板界面上可以使用一種或多種中間層來吸收光。這種中間層的適合材料包括那些由于鄰近層加熱而更容易分解的材料，提高或促進(Al，Ga，In)N生長的材料，或者二者的綜合。如果采用能帶隙比(Al，Ga，In)N層和模板小的激光能量吸收層，激光能穿透犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的任一個表面。例如，在蘭寶石表面上生長10微米的InGaN層，接著在InGaN層上生長厚的GaN層。易于在InGaN層中吸收的以用于使InGaN層發(fā)生化學或物理變化的光，也容易穿透GaN或蘭寶石層。
通過嚴重摻雜的(Al，Ga，In)N層，有效地減小能帶隙，也可以形成中間層。例如，可以使用摻雜劑Si、O或Ge形成明顯的n型摻雜的(Al，Ga，In)N層，更容易吸收入射的照射。另外，可以使用摻雜劑Mg、Zn、Be，形成明顯p型摻雜的(Al，Ga，In)N層，更容易吸收入射輻射。為了這個目的，摻雜劑濃度超過1×1018cm-3是優(yōu)選的。高度缺陷區(qū)，例如在蘭寶石上的GaN中發(fā)現(xiàn)的，能使能帶隙減小。
被照射的模板的后側或前側可以是均勻的，或者它們也可以是形成圖案的，從而允許特定區(qū)域內(nèi)的激光分離。犧牲模板形成圖案或者使用形成圖案的中間層可以用于例如達到橫向外延過度生長(LEO)，這作為一項減少缺陷的工藝，或者便于在優(yōu)選方向上滑移或開裂。
選擇中間層，例如，使它們可以被選擇性地侵蝕或分解，以將生長的(Al，Ga，In)N與犧牲模板分離。另外，可以選擇中間層以連接到熱源或相反，以便于有助于分離(Al，Ga，In)N材料的化學或物理變化方式。
例如，圖8示意性地表示犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板層38和(Al，Ga，In)N層42，二者被中間層40隔開。激光束36照射到中間層上，使中間層分解，并將犧牲模板層38與(Al，Ga，In)N層42分離。
圖9示意性地表示犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板層38和(Al，Ga，In)N層42，二者被中間層40隔開。照射到中間層上的激光束36被中間層吸收。但是，在此實施例中，中間層吸收的激光束能量導致中間層附近的(Al，Ga，In)N材料分解。這種(Al，Ga，In)N材料的分解使犧牲模板層38與(Al，Ga，In)N層42分離。
在分離過程，需要光束照射到(Al，Ga，In)N-模板界面上，這意味著激光必須根據(jù)模板材料和激光從犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的(Al，Ga，In)N一側或模板一側照射到界面上。因此需要選擇用于分離的模板材料和激光能量使穿過犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的模板(從模板一側照射犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品)或穿過(Al，Ga，In)N材料(從(Al，Ga，In)N一側照射犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品)的激光束通道不明顯阻礙(吸收或反射)光束。例如，如果采用UV激光照射犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的模板一側，則需要模板對于激光產(chǎn)生的UV照射是高度透光的。
激光束通道通過周圍環(huán)境，即產(chǎn)生的激光束與犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品之間的環(huán)境，也必須考慮，以保證照射到制品上的光束具有合適的特征(強度)，使模板與(Al，Ga，In)N分離。并且，激光束的入射角不能太小，以致于光束被干涉表面反射。
在一個例證性的實施例中，采用UV激光，在犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面直接采用有益的UV透明石英，并且傳播UV激光照射。另外，可以使用蘭寶石、AlN或其它對用于分離的光是透明的材料，但這些材料必須與其在生長室(反應器)內(nèi)的位置相容。例如，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品可以放置在HVPE反應器中，并可以暴露在腐蝕性氣體中和高溫下，因此模板材料必須是與反應器環(huán)境相容的(例如，保持用于支撐在其上面生長的(Al，Ga，In)N材料的結構強度，以及直接作用在復合制品界面區(qū)的照射能量的透射率)。
圖10示意性表示原位激光分離設備，用于通過HVPE引導(Al，Ga，In)N生長以及從復合制品背面(穿過模板)將激光發(fā)射到犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品上。
在圖10的系統(tǒng)中，激光50與波板52和偏振器54排在一起，用于能量調(diào)制，以提供用于分離的適當特征的照射。激光束在圖10中表示為大的示意性箭頭。通過鏡子56和相關的能量計58可以測量光束的能量，這僅在能量測量過程中使用。因此能量測量可用于表征激光束，從而采用適當?shù)牟ò?2和偏振器54的位置/設定用于能量調(diào)制。
在分離期間的正常操作中激光束照射到鏡子62并反射到x-y掃描器60。x-y掃描器60選擇性地移動激光束，引導它到達鏡子64，由此穿過裝在(Al，Ga，In)N生長反應器66中的基座68。復合晶片制品放在基座68上，并包括在犧牲模板72上生長的(Al，Ga，In)N層70。
犧牲模板能透過激光束，從而穿過基座68的光束通過犧牲模板72照射到犧牲模板/(Al，Ga，In)N界面。在界面吸收激光能量，使犧牲模板72與(Al，Ga，In)N材料分離，得到自支撐(Al，Ga，In)N單晶制品形式的(Al，Ga，In)N材料。
生長反應器66可以制造和布置成執(zhí)行上述的HVPE，或者另外，也可以使用為另外的(Al，Ga，In)N生長工藝制備和布置的生長反應器，例如，用于執(zhí)行MOVPE、CVD、MBE或者用于在基體上沉積/生長(Al，Ga，In)N材料的本領域公知的方法或工藝。
在圖10的系統(tǒng)中利用x-y掃描儀60進行掃描，激光束的通道在基座68的犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的整個橫截面積上沒有障礙。因此這也需要基座具有適當大的橫截面積，從而光束能掃過模板上形成的整個(Al，Ga，In)N生長區(qū)。另外，基座上的犧牲模板/(Al，Ga，In)N 復合制品可以旋轉和運動，使(Al，Ga，In)N材料的整個生長區(qū)分離。也可以綜合激光偏轉和晶片運動(例如，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品可以進行旋轉，而激光束偏轉從邊緣掃描到中心)。為了控制熱量從大基座開口處的損失，在基座下端可以放置一個或多個透明擋板。
由于將基座68用作犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的支撐結構，因此優(yōu)選地基座68對于激光束具有高透過性。對于紫外線激光，例如，基座可以UV透明石英制成，使光穿透到犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品。為了成為入射激光照射的非吸收劑，這種石英材料優(yōu)選的是無氣泡的并含有最小的顆粒。也可以采用其它的對于UV照射是透明的，或者至少是高透過率的制造材料(例如蘭寶石、AlN等等)。對于其它類型的激光照射(如，紅外、氙、受激準分子、CO2等)，用于制造基座的適合材料，對于本領域一般技術人員很容易確定。
在犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品中使用透明背面材料的另外優(yōu)勢在于，在犧牲模板上沉積(Al，Ga，In)N期間可以直接監(jiān)視生長過程，通過反饋控制裝置和技術，這種監(jiān)視可以用于控制生長過程。這種反饋閉環(huán)操作容易實施，用作(Al，Ga，In)N生長和原位分離系統(tǒng)中的整個工藝控制子系統(tǒng)的一部分。
基座或其它反應器壁材料的表面，或者甚至是犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的犧牲模板背面，可以被修飾后使其形狀適應照射到復合制品的犧牲模板/(Al，Ga，In)N界面上的光束。例如，這些表面可以粗糙化，使入射光束漫散射，或者使它們的形狀變成一系列的微透鏡，便于特殊區(qū)域的聚焦，或者可以將它們進行裝飾，防止某些區(qū)域的發(fā)光。
在(Al，Ga，In)N生長和分離系統(tǒng)的裝配中，必須很仔細地進行光學選擇和移動，從而使它們與激光波長相容，并且使犧牲模板與(Al，Ga，In)N 材料互相分離的操作過程中反射最小。優(yōu)選地應使反射最小，因為它們可以導致光束外形的干涉或負面變化。作為一種部分釋放技術，干涉邊緣也可以與光帶一起用于執(zhí)行分離，這將在下面詳細討論。
在(Al，Ga，In)N生長和分離系統(tǒng)中，生長反應器具有用與生長環(huán)境相容的材料制成的合適結構，例如，生長環(huán)境可以包括溫度達1200℃的生長條件，諸如NH3、HCl和GaCl等氣相反應物的存在，以及可以是低于大氣壓的、高于大氣壓的或者等于大氣壓的不同壓力大小。
在使用背面照射進行分離操作時，(Al，Ga，In)N在上面生長的模板必須對于激光照射是透明的，如前所述，并且模板和復合晶片制品支架(如，基座和其中使用的任何晶片安裝或定位零件)必須保持為無激光吸收沉積，如同背面(Al，Ga，In)N一樣。
采用防止背面沉積的各種方法是有利的。
例如，圖10中示意性地表示的系統(tǒng)，設計成使晶片停留在相同位置來進行生長和模板去除。這種布置將生長與模板去除操作之間的溫度變化減小到最低程度。生長和模板去除過程的實施也可以通過在反應器的一個或多個室或部分中在犧牲模板上生長(Al，Ga，In)N層，將得到的復合晶片制品運送到單獨的模板去除室或區(qū)域。復合晶片制品可以在運送過程中進行加熱，以便減小溫度變化。
模板去除操作的實施可以按照上述背面照射方法的相應方式進行，將激光照射到犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品前面，其中使用適當?shù)募す?以及激光照射能量的波長)，例如，使激光束照射穿過(Al，Ga，In)N并熱分解中間層或模板。
作為另一種執(zhí)行分離步驟的方法，可以生長具有不同化學計量比(以及相應的不同能帶隙)的幾種不同的界面層，以使用可調(diào)諧激光分離幾個層。
如上所述，模板的背面和復合晶片制品支架優(yōu)選地保持無激光吸收沉積，并且在本發(fā)明的實施過程中，防止復合制品的側面和頂表面邊緣的沉積也是有利的，以便于LILO過程。如果沉積(Al，Ga，In)N材料的相同氣體到達犧牲模板的背面并且反應，產(chǎn)生的沉積將防止激光束到達分離界面。為了避免這種負面影響并且將背面沉積減小到最低程度，可以采用以下方法。
在一個方法中，利用真空、靜電力或其它不阻礙或嚴重衰減激光照射的裝置或技術，可以從背面將復合晶片制品牢固地夾持，將復合晶片制品足夠牢固地夾持在平的復合晶片制品支架上，以阻止生長氣體流與犧牲模板背面接觸。
作為另一個方法，可以用惰性氣體吹掃復合晶片制品中的犧牲模板背面，使生長氣體遠離犧牲模板的背面或者阻止背面的反應。
再一個方法是，諸如硼硅酸鹽玻璃的材料，其對于激光照射是透明的，在生長和模板去除溫度下軟化或熔化，不能除去重要雜質(zhì)的氣體或者與生長過程的氣體反應，可以用于密封背面，使之不接觸生長過程氣體(例如，源反應物氣體，生長過程的產(chǎn)物氣體，以及任何相關的載體、稀釋劑等氣體)?？梢园磸秃暇破返男螤钐峁┖线m的玻璃，或者在生長之前將玻璃涂覆在犧牲模板背面。玻璃材料也可以用于改變應力，并且可以相應地選擇特殊TCE的玻璃，將應力降低到最低程度，或在復合晶片制品中引入適當應力。玻璃材料可以用于覆蓋整個犧牲模板背面，或者它們可以用于覆蓋犧牲模板的外周，從而作為密封。
在防止背面沉積的另外不同方法中，犧牲模板的背面和復合晶片制品支架可以涂覆阻止沉積的材料，例如，利用濺射、蒸發(fā)或等離子強化的化學氣相沉積(PECVD)涂覆SiO2或Si3N4。通過將一種或多種生長氣體元素吸附到固體表面減小到最低程度，可以將不希望的沉積減小到最低程度。另外，在分離之前可以去除阻擋層(例如，通過原位侵蝕或其它技術去除生長阻擋層)，從而同時去除任何可以存在的沉積。
作為將背面沉積減小到最低程度的再一種方法，可以在犧牲模板和復合晶片制品的邊緣放置生長氣體流的物理阻擋物，用于阻擋氣體的通道，并將不需要區(qū)域的沉積減小到最低程度。例如，可以使用蓋板，它具有開口，使復合晶片制品前面發(fā)生生長，但阻止復合晶片制品背面產(chǎn)生的明顯生長。有利形成和布置蓋板，使激光到達生長區(qū)的界面，同時使分離操作中產(chǎn)生的氣體釋放。例如，在蓋板上可以形成槽，為氣體釋放提供通道。
具有優(yōu)勢的是，一個實施例中的蓋板是錐形的，用于在生長過程中提供遮擋效果并用于減小蓋板上的(Al，Ga，In)N沉積。
圖11示意性地表示在晶片支架82上使用蓋板80的一部分生長和分離系統(tǒng)。犧牲模板84置于晶片支架82上，通過圖11中箭頭G所示的氣流中輸送源氣體，(Al，Ga，In)N材料86在犧牲模板上生長。蓋板80是錐形的，如圖所示，使生長過程中產(chǎn)生的吸附材料的沉積88的定位方式是，不干擾激光能量傳輸?shù)綘奚０?4與在模板上生長的(Al，Ga，In)N材料之間的界面。通過這種安排，圖11中箭頭L所示的激光束沒被干擾就穿過模板照射到界面上。從而，蓋板阻擋了模板的負面生長結果，蓋板從頂部開口開始的錐形表面(向下擴展的通道形狀)，將(Al，Ga，In)N材料向蓋板的結合減小到最低程度。
現(xiàn)在詳細考慮犧牲模板，模板的頂表面，或者與模板相關的邊緣遮蔽表面，其成形的方式為，在分離過程中有利于氣體逸出，同時也阻止模板表面上的生長。實現(xiàn)這個目的的一種方式是，在模板表面邊緣沉積一層SiO2，接著在SiO2層上形成圖案使模板材料露出，從而形成溝槽。如果形狀比(溝槽的高度與寬度之比)足夠大，溝槽中將形成很少或不形成(Al，Ga，In)N。例如，溝槽的布置可以是形成一系列徑向槽，有利于氣體從界面區(qū)域逸出。另外，形成溝槽圖案時，可以使槽分支，以便于分離過程中氣體釋放。
在產(chǎn)生生長的相同設備中執(zhí)行分離過程，使分離操作時能達到較強的靈活性，以及便于控制執(zhí)行分離操作的局部環(huán)境。
如果在超過(Al，Ga，In)N材料分解溫度(例如，GaN為800℃)的溫度下進行分離，在分離過程中的局部環(huán)境中可以產(chǎn)生并保持裂解氮(例如，原子N或NH3)，用于保護復合晶片制品前面不發(fā)生熱分解。在分離過程的局部環(huán)境中可以加入HCl，有助于界面上分解反應之后去除剩余的III族元素。
在分離操作中，分解可以發(fā)生在復合晶片制品背面，并阻止光到達界面。在這種情況下，可以采用連續(xù)激光操作以及用HCl侵蝕，以清除通向界面的通道。另外，可以在諸如N2氣氛的環(huán)境中適當?shù)爻霈F(xiàn)分離環(huán)境。
在有些情況下，如果在發(fā)現(xiàn)金屬的區(qū)域已經(jīng)成功分離，保持界面分解反應產(chǎn)生的III族金屬是有利的。金屬將從已經(jīng)分離的區(qū)域反射激光，防止界面區(qū)域被強光照射進一步損壞。通過監(jiān)視從反射表面反射的光，可以監(jiān)視發(fā)射進展。
執(zhí)行分離的設備中的壓力可以控制，以便平衡分離過程的應力。例如，執(zhí)行分離的室內(nèi)低于大氣壓的條件，有助于氣體從分離界面逸出。一般地，從約10-6Torr到約1010Torr范圍的壓力是與分離過程相容的，并且是優(yōu)選的。較高的壓力可需要較高的分離溫度(更強的加熱或激光能量)。在一個實施例中，分離操作中的局部壓力可以是＞1000Torr，特別是當生長過程在高壓力下進行時。
(Al，Ga，In)N材料和模板層的厚度可以調(diào)節(jié)，使包括模板和(Al，Ga，In)N材料的復合晶片制品中的應力達到最小。應力通常存在于生長溫度下的(Al，Ga，In)N-模板系統(tǒng)中，這是因為膜和模板具有不同的材料性質(zhì)。一般地，薄的犧牲模板比厚層更容易出現(xiàn)應力缺陷和裂紋，因為薄層中積累的相對應力將導致裂紋，以便于釋放應力。較厚的犧牲模板將稍微彎曲，更易于重復使用。
至于(Al，Ga，In)N材料的厚度，在大厚度應力增大與小厚度缺少剛度和強度之間存在一個平衡。(Al，Ga，In)N-模板系統(tǒng)中存在的應力將隨(Al，Ga，In)N厚度的增大而增大，原因有多種因素，包括材料性能隨離開模板距離的增大而變化。未開裂的厚膜更容易處理并且保持其形狀而不損壞。
產(chǎn)品(Al，Ga，In)N材料的自支撐性能與自支撐材料的面積有關。大面積的(Al，Ga，In)N制品需要相對較大的厚度實現(xiàn)自支撐。一般地，當在異質(zhì)模板(“異質(zhì)”在這里是指與(Al，Ga，In)N產(chǎn)品材料不同)上生長時，產(chǎn)品(Al，Ga，In)N的材料質(zhì)量隨厚度的增大而提高。例如，對于直徑為2″的完全分離的產(chǎn)品晶片，需要(Al，Ga，In)N材料在分離前的厚度超過50μm。但是，較薄的薄膜能部分分離，從而部分被犧牲模板支撐。如果未分離的面積小于總面積的50％，冷卻到環(huán)境溫度(例如，室溫)產(chǎn)生的熱應力能完成分離過程。
也可以通過在略低于熱分解溫度(閾值溫度)的溫度下(例如，＜5℃以下)局部加熱犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，來形成便于分離的弱化界面。
另外，在生長之后可以通過化學或物理去除犧牲模板來協(xié)助分離。將分離(Al，Ga，In)N與犧牲模板材料的不同方法互相綜合在一起也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如，通過激光分離與化學侵蝕結合，或者熱/物理/化學步驟的其它結合。
分離過程相對于生長過程的時間可以改變，使材料質(zhì)量達到最好，管理材料中產(chǎn)生的應力，以及提高(Al，Ga，In)N自支撐單晶產(chǎn)品的制造能力。為了制造單獨的(Al，Ga，In)N晶片，分離過程可以在(Al，Ga，In)N生長結束后執(zhí)行，例如，當在犧牲基體上生長出100到1000μm的(Al，Ga，In)N之后。分離可以在生長結束后或在生長過程中進行。
在生長過程中執(zhí)行分離的靈活性使過程可以進行變化，例如，在(Al，Ga，In)N厚度非常薄時部分分離材料，接著繼續(xù)生長。部分分離能在使足夠的材料在生長過程中保持支撐(Al，Ga，In)N材料的同時，有利于應力釋放。由于激光照射產(chǎn)生的熱分解在界面釋放氣體分解產(chǎn)物，利用低激光功率密度進行部分分離，將減少氣體產(chǎn)生并減少裂紋。部分分離的(Al，Ga，In)N可以在生長結束后，通過進一步激光分離、通過冷卻過程中未分離材料的斷裂、或者通過其它適合的熱、機械和/或化學方法，達到完全去除。
另外，當在一個小的區(qū)域內(nèi)(Al，Ga，In)N厚度大于20μm時，可以進行全部分離。也可以采用隨后的加熱(或激光操作)來結束分離，或者當進一步的生長使(Al，Ga，In)N再次附著到模板上或反應器零件上時再次進行分離材料。
在生長過程中和/或生長過程后，可以重復熱分離過程一次到多次，如上所述，可以使用HCl或其它適合的試劑去除在分解之后存在的剩余III族元素(Al，Ga，In)，因為它們可以阻擋激光進一步照射到模板/(Al，Ga，In)N制品的界面上。
除了生長過程中分離，還可以臨時中斷生長而執(zhí)行分離操作。在整個生長-分離交替步驟中，這個順序可以重復一次或多次。
由于在生長溫度附近的分離釋放了與外延生長有關的應力，可以較容易地生長出厚度非常大的(Al，Ga，In)N材料產(chǎn)品，超過1-100mm。然后將自支撐(Al，Ga，In)N制品處理成單個晶片，處理過程詳見2000年3月13日提交的進行中美國專利申請No.09/524,062。
一般地，在生長達到約0.01～100mm時執(zhí)行分離過程是有利的，這取決于所需的(Al，Ga，In)N產(chǎn)品。
盡管在生長溫度或生長溫度附近，在含有模板/(Al，Ga，In)N制品的反應器冷卻到環(huán)境溫度(如，室溫)之前，執(zhí)行分離過程是最優(yōu)選的和有利的，但也可以在模板/(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度之后執(zhí)行分離過程。
一般地，可以在任何適當?shù)臏囟鹊膱?zhí)行分離操作，這對于本領域的一般技術人員根據(jù)本文公開內(nèi)容可以容易地確定。
分離過程可以在高于、低于、等于或基本等于(Al，Ga，In)N在犧牲模板上生長的原始溫度的高溫下執(zhí)行。為了提高性能，執(zhí)行分離的適合溫度在(Al，Ga，In)N材料在模板上的生長溫度的400℃以內(nèi)、300℃以內(nèi)、250℃以內(nèi)、200℃以內(nèi)、150℃以內(nèi)、100℃以內(nèi)、75℃以內(nèi)以及50℃以內(nèi)。模板/(Al，Ga，In)N復合制品的高溫條件的優(yōu)勢在于，至少部分避免TCE應力，從而在高溫條件下分離得到無應力或基本無應力的(Al，Ga，In)N自支撐制品。保護AlGaInN不發(fā)生熱分解是必需的，因為，例如，可以用于含N的周圍環(huán)境。
如上所述，希望有害的光吸收或光衰減沉積不存在于模板/(Al，Ga，In)N復合制品的照射面或者其邊緣，因為這種沉積干擾光照射到需要激光分離的制品上。優(yōu)選地通過(Al，Ga，In)N在模板上的生長過程中利用濺射或PECVD SiO2或其它生長抑制劑將背面沉積減小到最低程度。在這種情況下的抑制劑可以在分離之前化學去除。去除生長抑制劑層對于利用它去除任何的背面沉積具有額外的優(yōu)點。SiO2的厚度大于50nm是優(yōu)選的，厚度大于300nm是最優(yōu)選的。
對原位分離(例如，在執(zhí)行生長過程的反應器中執(zhí)行分離)，通過上述方法阻止背面沉積以及模板/(Al，Ga，In)N復合制品的邊緣沉積是有利的。也可以進行非原位分離，其中從反應器中取出模板/(Al，Ga，In)N復合制品，然后執(zhí)行隨后的分離。非原位分離取消了對不阻擋激光束的需要，而這是原位分離固有的。并且，采用非原位分離為使用過程和裝置布置提供了額外的靈活性，以保護模板/(Al，Ga，In)N復合制品邊緣和背面部分。
在生長之后物理或化學清除模板/(Al，Ga，In)N復合制品邊緣，以便清除在復合制品邊緣生長的厚(Al，Ga，In)N，也可以用作一項處理技術，用于防止附著區(qū)產(chǎn)生(Al，Ga，In)N制品開裂。用于這種清除過度生長的物理技術包括，例如，研磨、切割或沿結晶面劈開，但不限于此?；瘜W清除這種過度生長的實現(xiàn)可以通過侵蝕(在H3PO4或HCl中)沉積，或者使用UV光協(xié)助的侵蝕沉積進行，其中聚焦在特定區(qū)域的UV光提高了侵蝕的速率和程度。
在非原位分離時將激光能量照射到模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面上的激光參數(shù)與原位分離中的相似。
掃描圖案，包括在模板/(Al，Ga，In)N復合制品的邊緣開始掃描，對于非原位分離時產(chǎn)生的氣體的釋放特別重要。由于在非原位分離時模板/(Al，Ga，In)N復合制品中存在較多的應變，沿晶面的掃描比原位分離中進行的掃描更加重要。當可獲得的激光具有足夠的束斑尺寸和光束功率密度以用于分離所有區(qū)域時，使用單光束分離是有利的，而不必進行掃描。
太薄而不能自支撐的(Al，Ga，In)N層，可以在分離之前通過重力或結合到適當?shù)奈锢碇谓Y構上而得到支撐。
非原位分離的優(yōu)勢在于，容易到達模板/(Al，Ga，In)N復合制品的前面和背面。能直接到達增大了非原位分離操作的模板和中間層的選擇自由度。
在原位和非原位分離操作中，減小應變和裂紋的中間層是非常有用的。中間層可以在模板進入生長反應器之前放到犧牲模板上，或者也可以在(Al，Ga，In)N材料主動生長開始之前在生長室中原位應用中間層。
在本發(fā)明的廣泛實施中，可以采用薄層的低于最低限度的/部分的分離，形成殘余表面人造物作為隨后生長的種子。也可以采用厚層的低于最低限度的/部分的分離，然后化學侵蝕弱化的界面，作為提高產(chǎn)量的一項技術。在分離過程中從界面釋放的氣體能使膜開裂，減小產(chǎn)量。使用低功率密度減小氣體釋放量，以及在分離過程中減小晶片開裂的可能性。
分離之后，(Al，Ga，In)N制品需要清潔，去除界面分解過程產(chǎn)生的殘余III族金屬。在室溫或高溫下使用酸，例如，HCl或HF，對于這個目的是有效的。
為了避免分離或部分分離之后對(Al，Ga，In)N材料的熱沖擊，需要慢的冷卻過程，最好速度＜10℃/min，盡管為了提高生產(chǎn)率可以采用較快的冷卻。適于獲得具有所需特征的(Al，Ga，In)N最終制品的冷卻速率不是通過不適當?shù)膶嶒炦^程確定的，而是通過時間-溫度制度的經(jīng)驗關系、形貌特征和(Al，Ga，In)N制品的最終使用檢驗來容易確定的。
盡管按照使用激光誘導分離對本發(fā)明進行了基本描述，但也可以使用其它形式的目標界面加熱，例如，使用熱、聲、電子束照射、rf耦合或多重光子過程(例如，進行2種不同波長的激光照射，或者通過UV溢流結合使用對準激光，等等)。多重光子過程在以下的參考文獻中有更詳細的描述，例如，參見Misawa，Hiroaki；Juodkazis，Saulius；Sun，Hong-Bo；Matsuo，Shigeki；Nishii，Junji，F(xiàn)ormation of photoniccrystals by femtosecond laser microfabrication，Proc.SPIE-Int.Soc.Opt.Eng.(2000)，4088(Laser Precision Microfabrication)，29-32；Kuebler，Stephen M.；Cumpston，Brian H.；Ananthavel，Sundaravel；Barlow，Stephen；Ehrlich，Jeffrey E.；Erskine，L.L.；Heikal，Ahmed A.；McCord-Maughon，D.；Qin，J.；Rockel，H.；Rumi，M.；Marder，S.R.；Perry，J.W.，Three-dimensional micro-fabrication using two-photon-activated chemistry，Proc.SPIE-Int.Soc.Opt.Eng.(2000)，3937(Micro-and Nano-photonicMaterials and Devices)，97-105；Sun，Chi-Kuang；Huang，Yong-Liang；Liang，Jian-Chin；Wang，Jiun-Cheng；Gan，Kian-Giap；Kao，F(xiàn)u-Jen；Keller，Stacia；Mack，Michael P.；Mishra，Umesh；Denbaars，Steven P.，Large near resonance third order nonlinearity in GaN，Opt.QuantumElectron.(2000)，32(4/5)，619-640；and Neogi，Arup；Yoshida，Haruhiko；Mozume，Teruo；Georgiev，Nikolai；Akiyama，Tomoyuki；Wada，Osamu，Intersubband-transition-induced interband two-photon absorption byfemtosecond optical excitation，Proc.SPIE-Int.Soc.Opt.Eng.(2000)，3940(Ultrafast Phenomena in Semiconductors IV)，91-97。
盡管這里局部界面加熱已經(jīng)作為一種改變模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面的物理和化學性質(zhì)的方法進行了描述，但本發(fā)明是廣泛構成的，包括使界面發(fā)生物理或化學變化的任何裝置或方法，以便于(Al，Ga，In)N材料與犧牲模板的分離。例如，注入技術，如離子注入，在本發(fā)明的廣泛實施時用于產(chǎn)生弱化斷裂的區(qū)域。另外，均勻地加熱或激發(fā)整個樣品(不僅是局限在界面)，但包括在較小水平加熱或激發(fā)下被弱化的中間層的方法，也被本發(fā)明所包括。作為再一種可行性，利用使界面更具有化學反應性的工藝或中間層，從而使界面區(qū)易于侵蝕掉，包括模板/(Al，Ga，In)N復合制品冷卻到室溫之前侵蝕，這也在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)。
雖然已經(jīng)描述了單獨的(Al，Ga，In)N層以及具有中間層的(Al，Ga，In)N層，但本發(fā)明不限于此，(Al，Ga，In)N制品也可包括在內(nèi)，或者包括與其相關的制品以及外延生長層、裝置結構、裝置先驅體、其它沉積的材料或由這種材料制成的裝置，只要它們不排除采用界面處理以使模板/(Al，Ga，In)N復合制品的模板與(Al，Ga，In)N部分分離。上述的層、結構、先驅體和材料，可以在執(zhí)行分離之前或之后沉積，只要作為(Al，Ga，In)N制品最終使用所必需的和/或適合于其最終使用即可。
另外，盡管這里參考在犧牲模板上形成的(Al，Ga，In)N材料對本發(fā)明進行了基本描述，但本發(fā)明廣泛地包括不同相或不同類型材料之間具有界面的異類復合材料結構，其中界面易于激發(fā)或受到其它改性使界面區(qū)的材料分離成單獨的組成部分，包括可以在高溫下處理以用于界面改性的復合材料結構，將復合體從界面分離成組成部分，或者在高溫處理并冷卻后在環(huán)境溫度下界面分離的相關復合材料結構。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點通過以下的實施例將更加完全地表示出來。
實施例1通過在蘭寶石上HVPE生長GaN，并在生長室中在HVPE生長溫度附近激光分離GaN/蘭寶石復合制品，得到400μm厚的自支撐GaN。
在此方法中，將犧牲(0001)蘭寶石晶片裝入HVPE反應器的生長室。將蘭寶石加熱到約1000℃，并將蘭寶石的表面暴露在GaCl氣體和NH3氣體中165分鐘。GaCl是由HCl流過熔化的Ga形成的，NH3/GaCl比為23。
中斷GaCl流動，并將GaN-蘭寶石復合體控制在生長溫度附近以及處于大氣壓下，保持NH3流動，用于保護GaN表面。
GaN和蘭寶石層的界面分層的分離照射是通過Nd:YAG激光產(chǎn)生的。Nd:YAG激光的第3諧波調(diào)節(jié)到90mJ，使用激光能量計量儀和波板-偏振器組合。激光照射通過UV透過石英基座和蘭寶石模板到達GaN-蘭寶石界面。
在照射期間，GaN-蘭寶石復合體旋轉，激光束是電子-光學調(diào)制的，以便光束從邊緣掃描到中心，直到整個晶片都暴露出來。
GaN和蘭寶石冷卻到室溫。
從生長室中取出自支撐GaN和犧牲蘭寶石。得到的自支撐GaN材料厚度約為400μm，可見光透明并且沒有裂紋，位錯密度小于107cm-2，(0004)雙晶X射線搖擺曲線的半寬小于200arcsec。
實施例2在此實施例中，通過在蘭寶石上HVPE生長GaN，并在高溫下激光分離，得到直徑40mm的自支撐GaN晶片。
執(zhí)行以下的處理步驟(1)(0001)蘭寶石晶片的背面濺射涂覆300nm的SiO2；晶片的邊緣同時形成一些涂層，但防止SiO2在晶片的前面(生長側)沉積；(2)將濺射涂覆的犧牲(0001)蘭寶石晶片裝入水平HVPE反應器的生長室；(3)將蘭寶石加熱到約1000℃，將蘭寶石的表面暴露在GaCl氣體和NH3氣體中180分鐘，GaCl是由HCl流過熔化的Ga形成的，在此方法中NH3/GaCl比為35；(4)中斷GaCl流動；(5)中斷NH3流動；(6)從生長室中取出GaN/蘭寶石復合體；(7)在從生長室中取出后，GaN/蘭寶石復合體保持在室溫下幾天時間；(8)通過綜合使用HF侵蝕SiO2幾小時以及物理研磨，將沉積在蘭寶石一側和GaN-蘭寶石復合體邊緣上的GaN去除；(9)將GaN/蘭寶石復合體裝入真空室中，使GaN表面位于SiC顆粒床內(nèi)；(10)將1cm厚的石英盤放在GaN/蘭寶石復合體上，使其粗化的表面(粗糙加工表面)靠近GaN/蘭寶石復合體，以使激光束均勻；(11)將真空室抽空，并充入N2氣體；(12)將GaN/蘭寶石復合體加熱到約900℃；(13)使用激光能量計量儀和波板-偏振器組合，將Nd:YAG激光的第3諧波照射調(diào)節(jié)到100mJ，接著通過石英窗口、石英盤和蘭寶石將激光照射傳播到真空室，到達GaN/蘭寶石界面；(14)將激光束電子-光學調(diào)制，使光束在晶片上照射，光束從一個邊緣開始，平行掃描GaN的{112bar0}面，直到整個晶片區(qū)域暴露出來；(15)將GaN和蘭寶石冷卻到室溫；(16)將GaN和蘭寶石放入稀釋的HF溶液中30分鐘，然后從HF中取出自支撐GaN，并在去離子水中沖洗；(17)將GaN材料制成直徑40mm的圓晶片，其一個平面?zhèn)仁褂媚Σ令w粒被標明{112bar0}方向；(18)使用9μm和3μm金剛石砂將晶片研磨到均勻厚度并機械拋光；(19)將晶片化學-機械拋光，得到可進行外延生長的GaN晶片。
最終得到的直徑40mm的自支撐GaN晶片厚度約200μm，可見光透明并且沒有裂紋，位錯密度約2×107cm-2，均方根表面粗糙度小于1nm。
雖然按照不同說明方面、特征和實施例對進行了說明性描述，但應該理解的是，在實施本發(fā)明時很多變化、修改和其它實施例也是可能的，因此本發(fā)明廣泛地包括本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有這種變化、修改和其它實施例。
權利要求
1.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括如下步驟提供外延相容的犧牲模板；在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品進行界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括將能量局限在界面上。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括將界面加熱到一個激活或引發(fā)物理或化學變化的溫度。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括將界面冷卻到低于生長溫度的溫度。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括在能量方面改性界面。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括在能量方面激發(fā)界面。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括在界面上提供中間層。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于使用摻雜劑摻雜中間層。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于摻雜劑包括從下面組中選擇的至少一種摻雜元素Si、Ge、O、Mg、Be和/或Zn。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括在界面產(chǎn)生氣體。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括分解界面材料。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用聲音能量沖擊界面。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用從下面的組中選擇的沖擊介質(zhì)沖擊界面質(zhì)子、離子和粒子束。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光束沖擊界面。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括rf耦合到導電界面。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括侵蝕界面。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括選擇性弱化界面材料。
18.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括對界面材料進行光降解。
19.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括從下面的組中選擇的方法光子、聲音、物理、化學、熱和能量的方法。
20.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟包括氫化物氣相外延生長(HVPE)。
21.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟包括金屬有機物氣相外延生長(MOVPE)。
22.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟包括化學氣相沉積(CVD)。
23.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟包括分子束外延生長(MBE)。
24.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度是在執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度的500℃內(nèi)。
25.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度是在執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度的300℃內(nèi)。
26.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度是在執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度的100℃內(nèi)。
27.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度是在執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度的150℃內(nèi)。
28.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度是在執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度的100℃內(nèi)。
29.如權利要求1所述的方法，其特征在于執(zhí)行對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的溫度與執(zhí)行在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的溫度基本上是相等的。
30.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括利用來自Nd:YAG激光的激光能量沖擊界面，所述激光的波長在355nm附近。
31.如權利要求1所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在1000℃的分離閾值大于150mJ/cm2。
32.如權利要求1所述的方法，其特征在于犧牲模板由蘭寶石制成。
33.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有的光子能量大于(Al，Ga，In)N材料和犧牲模板材料中一種材料的能帶隙，并小于另一種材料的能帶隙。
34.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有的功率密度足夠高，能引發(fā)界面材料的化學和/或物理變化，從而至少弱化相應模板和(Al，Ga，In)N材料的界面結合。
35.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量是脈沖的。
36.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有高斯型光束形狀。
37.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有大禮帽型光束形狀。
38.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有從高能量(光束中心)到低能量(光束邊緣)的均勻的、圓柱形對稱的過渡。
39.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量具有從高能量(光束中心)到低能量(光束邊緣)的均勻的、圓柱形對稱的以及逐漸的過渡。
40.如權利要求1所述的方法，其特征在于犧牲模板在其背面具有粗糙化的石英或進行了粗糙面加工。
41.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量按照預定的掃描圖案進行沖擊，包括激光束和/或犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的平移。
42.如權利要41所述的方法，其特征在于平移運動包括光柵狀(rastering)運動。
43.如權利要41所述的方法，其特征在于平移運動包括沿同心圓向內(nèi)做圓周運動。
44.如權利要41所述的方法，其特征在于平移運動包括脈沖的步進運動，其連續(xù)激光脈沖間的步長尺寸約是界面上激光光束束斑尺寸的1到200％。
45.如權利要41所述的方法，其特征在于平移運動包括脈沖的步進運動，其連續(xù)激光脈沖間的步長尺寸約是分離域值之上的激光光束束斑尺寸的10到50％。
46.如權利要41所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量沿(Al，Ga，In)N晶面按照預定的掃描圖案進行沖擊。
47.如權利要41所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量沿(Al，Ga，In)N晶面按照預定的掃描圖案進行沖擊，其中(Al，Ga，In)N材料包括c面GaN，犧牲模板包括c面蘭寶石，掃描圖案包括沿c面GaN的(11-20)方向進行掃描。
48.如權利要求1所述的方法，其特征在于界面包括形成圖案的界面材料。
49.如權利要求1所述的方法，其特征在于界面包括形成圖案的中間層。
50.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量按照預定的掃描圖案進行沖擊，在界面上形成氣體逸出通道。
51.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量透過犧牲模板傳播到界面上。
52.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，所述激光能量透過(Al，Ga，In)N傳播到界面上。
53.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟期間，模板被蓋板遮擋。
54.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟期間，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面被硼硅酸鹽玻璃密封。
55.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟期間，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面被SiO2材料密封。
56.如權利要求1所述的方法，其特征在于在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟期間，犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面被Si3N4材料密封。
57.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，是在輸入裂化氮的處理環(huán)境中進行的。
58.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，是在輸入HCl的處理環(huán)境中進行的。
59.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，是在壓力為10-6到1010Torr的處理環(huán)境中進行的。
60.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括用激光能量沖擊界面，并監(jiān)視激光能量的反射率，用于控制該方法。
61.如權利要求1所述的方法，其特征在于在對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的開始，犧牲模板上的(Al，Ga，In)N材料的厚度大于50μm。
62.如權利要求1所述的方法，其特征在于在對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟的開始，犧牲模板上的(Al，Ga，In)N材料的厚度約在100到1000μm的范圍內(nèi)。
63.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料部分分離。
64.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料部分分離，其中未分離的面積小于界面上犧牲模板總面積的50％，并且還包括將犧牲模板/(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度，以完成犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離。
65.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括研磨、切割或沿低指數(shù)晶面劈開。
66.如權利要求1所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括侵蝕界面。
67.如權利要求1所述的方法，其特征在于在對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟之后，將自支撐(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度。
68.如權利要求67所述的方法，其特征在于以10℃/min的速率將自支撐(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度。
69.一種制備自支撐制品的方法，包括在基體上沉積用于自支撐制品的結構的材料；在高溫下形成材料/基體復合制品，其中包括基體和所述材料間的界面；在高溫下，即(i)結構材料的沉積溫度的500℃內(nèi)，(ii)在環(huán)境溫度以上，將材料/基體復合制品界面改性，以便將基體與材料分離并得到自支撐制品；以及將自支撐制品冷卻到環(huán)境溫度。
70.一種自支撐(Al，Ga，In)N制品，其特征在于，由權利要求1所述的方法制備。
71.一種自支撐制品，其特征在于由權利要求69所述的方法制備。
72.一種犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N之間的界面，其中制品的溫度處于(Al，Ga，In)N生長溫度的300℃內(nèi)，并且界面含有吸收的激光能量。
73.如權利要求72所述的犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其特征在于吸收的激光能量的波長類似于355nm。
74.如權利要求1所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間增強的可分離性，減小的能帶隙，減小的熱分解能力，增強的可侵蝕性，以及增強的生長能力。
75.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，以形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在自支撐(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度之前，對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離，并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
76.如權利要求75所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性的步驟包括從下面的組中選擇的步驟將能量局限在界面上；將界面加熱到一個激活或引發(fā)界面材料物理或化學變化的溫度；冷卻界面；冷卻界面并接著重新加熱界面；在能量方面改性界面；在能量方面激發(fā)界面；在界面上提供中間層；摻雜界面；在界面產(chǎn)生氣體；分解界面材料；用聲音能量沖擊界面；用粒子束能量沖擊界面；rf耦合到導電界面上；侵蝕界面；選擇性弱化界面材料；光降解界面材料。
77.如權利要求75所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的500℃內(nèi)的溫度下進行分離。
78.如權利要求75所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的300℃內(nèi)的溫度下進行分離。
79.如權利要求75所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的100℃內(nèi)的溫度下進行分離。
80.如權利要求75所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間增強的可分離性，減小的能帶隙，減小的熱分解能力，增強的可侵蝕性，以及增強的生長能力。
81.如權利要求75所述的方法，其特征在于對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括從下面組中選擇的步驟在高溫下將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離；斷裂界面以使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離；以及在環(huán)境溫度下完成犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離。
82.如權利要求75所述的方法，還包括在對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品界面改性，以便將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的所述步驟期間，采用氨或其它含N物質(zhì)保護犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的前面材料。
83.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，以形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在自支撐(Al，Ga，In)N制品冷卻到環(huán)境溫度之前，用激光能量沖擊界面，以使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離，并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
84.如權利要求83所述的方法，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟的所述高溫的500℃內(nèi)的溫度下進行分離。
85.如權利要求83所述的方法，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟的所述高溫的300℃內(nèi)的溫度下進行分離。
86.如權利要求83所述的方法，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料的步驟的所述高溫的100℃內(nèi)的溫度下進行分離。
87.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間增強的可分離性，減小的能帶隙，減小的熱分解能力，增強的可侵蝕性，以及增強的生長能力。
88.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種中間層的增強的能量吸收能力；犧牲模板和(Al，Ga，In)N材料的減小的熱分解能力；使界面材料轉換成更易分離的材料的激光能量轉換；以及轉換(Al，Ga，In)N材料的增強的生長能力。
89.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是原位沉積的。
90.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是離開原位沉積的。
91.如權利要求83所述的方法，其特征在于用激光能量沖擊界面，使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括從下面組中選擇的步驟在高溫下將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料至少部分分離；斷裂界面以使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離；以及在環(huán)境溫度下完成犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離。
92.如權利要求83所述的方法，其特征在于通過低于最低限度的分離來弱化界面。
93.如權利要求83所述的方法，還包括在高溫下的分離過程中，采用氨或其它含N物質(zhì)保護犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的前面材料。
94.如權利要求83所述的方法，還包括用HCl從自支撐(Al，Ga，In)N制品中去除殘余的(Al，Ga，In)。
95.如權利要求83所述的方法，其特征在于自支撐(Al，Ga，In)N制品的厚度約為1到1000μm。
96.如權利要求83所述的方法，還包括將自支撐(Al，Ga，In)N制品制成厚度約為100到1000μm的晶片。
97.如權利要求83所述的方法，其特征在于自支撐(Al，Ga，In)N制品是厚度約為1到100μm的(Al，Ga，In)N人造寶石(boule)。
98.如權利要求83所述的方法，其特征在于自支撐(Al，Ga，In)N制品是在沉積步驟過程中分離的。
99.如權利要求83所述的方法，其特征在于自支撐(Al，Ga，In)N制品是在沉積步驟之后分離的。
100.如權利要求83所述的方法，其特征在于將激光能量沖擊到界面上的步驟是以多重沖擊的方式進行的。
101.如權利要求83所述的方法，其特征在于進行了沉積和將激光能量沖擊到界面上后，再另外進行單晶(Al，Ga，In)N材料的沉積。
102.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品從沉積步驟的環(huán)境轉移到另一個環(huán)境。
103.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品保持在與沉積步驟相同的環(huán)境下。
104.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板構成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品中的背面模板，并且將激光能量沖擊到界面的步驟是在激光能量透過所述背面模板的情況下進行的。
105.如權利要求83所述的方法，其特征在于將激光能量沖擊到界面的步驟包括光柵掃描(rastering)。
106.如權利要求83所述的方法，其特征在于將激光能量沖擊到界面的步驟包括光從犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品外側邊緣進行掃描。
107.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板由蘭寶石制成，將激光能量沖擊到界面的步驟包括沿犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的(Al，Ga，In)N材料的{112bar0}方向進行光柵掃描。
108.如權利要求83所述的方法，其特征在于將激光能量沖擊到界面的步驟包括沿犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的(Al，Ga，In)N材料的晶面方向進行光柵掃描。
109.如權利要求83所述的方法，其特征在于(Al，Ga，In)N材料是GaN，激光能量是由Nd:YAG或受激準分子激光提供的。
110.如權利要求83所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面沉積至少被從下面組中選擇的步驟部分地抑制在沉積步驟使用蓋板；利用熔化玻璃密封犧牲模板；在所述沉積步驟使用真空來固定地定位犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，而不暴露在(Al，Ga，In)N材料下；在所述沉積步驟物理地牢固定位犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，而不暴露在(Al，Ga，In)N材料下；以及在犧牲模板上使用涂層，以阻止在其背面的沉積。
111.如權利要求83所述的方法，其特征在于通過在犧牲模板上使用涂層而阻止在其背面的沉積，使犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面沉積至少被部分抑制，其中從下面的組中選擇涂層的材料SiO2和Si3N4。
112.如權利要求111所述的方法，其特征在于原位去除涂層材料。
113.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，以形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在沉積步驟的高溫下或在此溫度附近，將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
114.如權利要求113所述的方法，其特征在于分離步驟包括從下面組中選擇的步驟將能量局限在界面上；將界面加熱到一個激活或引發(fā)界面材料物理或化學變化的溫度；冷卻界面；冷卻界面并接著重新加熱界面；在能量方面改性界面；在能量方面激發(fā)界面；在界面上提供中間層；摻雜界面；在界面產(chǎn)生氣體；分解界面材料；用聲音能量沖擊界面；用粒子束能量沖擊界面；rf耦合到導電界面；侵蝕界面；選擇性弱化界面材料；光降解界面材料。
115.如權利要求113所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的500℃內(nèi)的溫度下進行分離。
116.如權利要求113所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的300℃內(nèi)的溫度下進行分離。
117.如權利要求113所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的100℃內(nèi)的溫度下進行分離。
118.如權利要求113所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的增強的可分離性，減小的能帶隙，減小的熱分解能力，增強的可侵蝕性，以及增強的生長能力。
119.如權利要求113所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是原位沉積的。
120.如權利要求113所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是離開原位沉積的。
121.如權利要求113所述的方法，還包括在所述分離過程中，采用氨或其它含N物質(zhì)來保護犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的前面材料。
122.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，以形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在沉積步驟的高溫下或在此溫度附近，采用激光能量沖擊界面來將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
123.如權利要求122所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的500℃內(nèi)的溫度下進行分離。
124.如權利要求122所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的300℃內(nèi)的溫度下進行分離。
125.如權利要求122所述的方法，其特征在于將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，以便得到自支撐(Al，Ga，In)N制品的步驟，包括在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料步驟的所述高溫的100℃內(nèi)的溫度下進行分離。
126.如權利要求122所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層能有效地提供下列情況中的至少一種犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的增強的可分離性，減小的熱分解能力，轉變成更易分離的復合制品的增強的可轉變性，以及增強的生長能力。
127.如權利要求122所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是原位沉積的。
128.如權利要求122所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品在犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間含有至少一層中間層，并且所述至少一層中間層是離開原位沉積的。
129.如權利要求122所述的方法，其特征在于分離步驟包括從下面組中選擇的步驟在高溫下將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料部分分離；斷裂界面使犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離；以及在環(huán)境溫度下完成犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料的分離。
130.如權利要求122所述的方法，還包括在所述分離過程中，采用氨或其它含N物質(zhì)保護犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的前面材料。
131.如權利要求122所述的方法，還包括用HCl從自支撐(Al，Ga，In)N制品中去除殘余的(Al，Ga，In)。
132.如權利要求122所述的方法，包括在惰性氣氛中進行沉積和/或分離步驟。
133.如權利要求122所述的方法，還包括將自支撐(Al，Ga，In)N制品制成厚度約為0.1到100mm的晶片。
134.如權利要求122所述的方法，還包括在自支撐(Al，Ga，In)N制品上生長另外的(Al，Ga，In)N。
135.如權利要求122所述的方法，其特征在于犧牲模板由蘭寶石制成，分離步驟包括沿犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的(Al，Ga，In)N材料的{112bar0}方向進行光柵掃描。
136.如權利要求122所述的方法，其特征在于分離步驟包括沿犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的(Al，Ga，In)N材料的晶面方向進行光柵掃描。
137.如權利要求122所述的方法，其特征在于(Al，Ga，In)N材料是GaN，激光能量是由Nd:YAG或受激準分子激光提供的。
138.如權利要求122所述的方法，其特征在于犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面沉積至少被從下面組中選擇的步驟部分地抑制在沉積步驟使用蓋板；利用熔化玻璃密封犧牲模板；在所述沉積步驟使用真空固定地定位犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，而不暴露在(Al，Ga，In)N材料下；在所述沉積步驟物理地牢固定位犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，而不暴露在(Al，Ga，In)N材料下；以及在犧牲模板上使用涂層，阻止在其背面的沉積。
139.如權利要求122所述的方法，其特征在于通過在犧牲模板上使用涂層而阻止在其背面的沉積，使犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品的背面沉積被至少部分抑制，其中涂層的材料從下面的組中選擇SiO2和Si3N4。
140.如權利要求122所述的方法，其特征在于通過侵蝕去除涂層材料，并且侵蝕還去除吸收激光能量的沉積物。
141.如權利要求122所述的方法，其特征在于將沉積步驟得到的吸收能量材料的邊緣沉積物去除，包括從下面組中選擇的去除步驟物理研磨、鋸切、劈開和化學去除。
142.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下通過HVPE在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在冷卻到環(huán)境溫度之前，采用激光能量沖擊界面而將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
143.一種制備自支撐(Al，Ga，In)N制品的方法，包括以下步驟提供外延相容的犧牲模板；在高溫下通過HVPE在模板上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料，形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品，其中包括犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料之間的界面；以及在生長溫度的溫度下或在此溫度附近，采用激光能量沖擊界面而將犧牲模板與(Al，Ga，In)N材料分離，得到自支撐(Al，Ga，In)N制品。
144.一種裝置，包括或者源自按權利要求1所述方法生產(chǎn)的自支撐(Al，Ga，In)N制品。
145.如權利要求144所述的裝置，包括微電子、光電或微機電的裝置。
146.一種裝置，包括或者源自按權利要求75所述方法生產(chǎn)的自支撐(Al，Ga，In)N制品。
147.一種裝置先驅體，具有如權利要求1所述的裝置。
148.一種自支撐(Al，Ga，In)N材料，包括或源自按權利要求1所述方法生產(chǎn)的自支撐(Al，Ga，In)N制品。
全文摘要
一種形成自支撐(Al，Ga，In)N制品(10)的方法，其步驟包括提供外延相容的犧牲模板(12)；在模板(12)上沉積單晶(Al，Ga，In)N材料(16)，形成犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品(10)，其中包括犧牲模板(12)與(Al，Ga，In)N材料(16)之間的界面(14)；以及對犧牲模板/(Al，Ga，In)N復合制品(10)進行界面改性，使犧牲模板(12)與(Al，Ga，In)N材料(16)分離并得到自支撐(Al，Ga，In)N制品(10)，通過這種方法制造的自支撐(Al，Ga，In)N制品(10)具有優(yōu)異的形態(tài)特征，并且適于用作基體，例如，用于制造微電子和/或光電裝置以及裝置的先驅結構。
文檔編號C30B33/00GK1551824SQ02817479
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權日2001年9月5日
發(fā)明者羅伯特·P·沃多, 羅伯特 P 沃多, R 布蘭德斯, 喬治·R·布蘭德斯, A 蒂施勒, 邁克爾·A·蒂施勒, K 凱利, 邁克爾·K·凱利 申請人:克利公司