利用改進的基板材料用法制造含鎵和氮的激光器件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制備半導體激光二極管的方法。
【背景技術】
[0002]在I960年，Theodore H.Maiman在Malibu (馬里布)的Hughes研宄實驗室首次演示了激光器。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種用于制備半導體激光二極管的方法。提供用于制造含鎵和氮的激光二極管器件的方法，所述方法包括:提供具有表面區域的含鎵和氮的基板；形成與所述表面區域重疊的外延材料，所述外延材料包括η型包層區域、包括與所述η型包層區域重疊的至少一個有源層的有源區域、以及與所述有源層區域重疊的P型包層區域；使所述外延材料圖案化以形成多個芯片(dice)，所述芯片中的每個均對應于至少一個激光器件，特征在于一對芯片之間的第一節距(pitch，間距)，所述第一節距小于設計寬度；將所述多個芯片中的每個轉移至載體晶片，使得每對芯片均被配置為在每對芯片之間具有第二節距，所述第二節距大于對應于所述設計寬度的所述第一節距。
【附圖說明】
[0004]圖1是根據當前技術水平的激光二極管的簡化示圖。
[0005]圖2的(A)和(B)是根據本發明的實施例的芯片(die，小片)擴展的激光二極管的簡化示圖。
[0006]圖3是實施例中脊形激光二極管的示意性截面。
[0007]圖4的㈧至圖4的(F)是實施例中選擇性區域結合過程的俯視圖。
[0008]圖5是實施例中用于外延制備的簡化過程流。
[0009]圖6是實施例中選擇性區域結合的簡化側視圖示圖。
[0010]圖7是實施例中具有有源區域(active reg1n)保護的外延制備的簡化過程流。
[0011]圖8是實施例中在結合之前具有有源區域保護并且具有脊形形成的外延制備的簡化過程流。
[0012]圖9是實施例中的固定PEC下切的簡化示圖(俯視圖)。
[0013]圖10是實施例中的固定PEC下切的簡化示圖(側視圖)。
【具體實施方式】
[0014]參考圖1，圖1是處理之后的本技術領域的GaN基激光二極管的側視圖示圖。在包含原始鎵和氮的外延基板110上制備激光二極管，通常，外延基板I1具有外延n-GaN和η-側包層101、有源區域102、p-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊接(pad)層105。標記了激光器芯片節距。在該器件設計中，浪費了未直接位于激光脊下方的所有外延材料。在實施例中，η型包層可包括GaN、AlGaN或者InAlGaN。
[0015]現參考圖2的㈧和(B)，圖2的㈧和⑶是芯片擴展過程之前的含鎵和氮的外延晶片100以及芯片擴展過程之后的載體晶片106的側視圖示圖。該圖示出了大概五倍擴展和由此從僅含鎵和氮并且疊層了外延材料的基板可制備的激光二極管的數目的五倍增加。出于示例性之目的，包括典型的外延層和處理層，典型的外延層和處理層為η-GaN和η-側包層101、有源區域102、p-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊接層105。此外，在芯片擴展過程中，使用犧牲區域107和結合材料108。
[0016]圖3是實施例中脊形激光二極管的示意性截面，并且顯示示出了本技術領域激光二極管結構的簡化示意性截面圖。該示圖僅是示例，其不應過度地限制本發明中所要求保護的范圍。如圖所示，激光器件包括氮化鎵基板203，其具有下層η型金屬背面接觸區域
201。在實施方式中，金屬背面接觸區域由諸如下面標注的以及其他合適的材料制成。在實施方式中，該器件還具有疊層的η型氮化鎵層205 (可替代地，其可以是AlGaN)、有源區域207、以及被構造為激光條帶區域211的疊層ρ型氮化鎵層(可替代地，其可以是AlGaNhM夕卜，除此之外，該器件還包括η-側分別限制異質結構(SCH) 206,ρ-側引導層或者SCH 208、P-AlGaN EBL 209。在實施方式中，該器件還具有ρ++型氮化鎵材料213以形成接觸區域。
[0017]圖4的㈧至(F)是選擇性區域結合過程的俯視圖的簡化示圖并且示出了經由選擇性區域結合的芯片擴展過程。含原始鎵和氮的外延晶片(wafer，硅片，晶圓)201具有外延材料的獨立芯片以及通過處理限定的釋放層。單獨的外延材料芯片被標記為202并且以節距I間隔開。圓形載體晶片200被制備有圖案化的接合墊(bonding pad，焊盤)203。這些接合墊以節距2間隔開，節距2是節距I的偶數倍，使得在選擇性區域結合過程的各個反復操作中可以將所選擇組的外延芯片結合。選擇性區域結合過程反復操作持續至所有外延芯片被轉移至載體晶片204。現在，可選地，可以制備含鎵和氮的外延基板201以用于再利用。
[0018]在實施例中，圖5是用于外延制備的過程流的簡化示圖，包括芯片擴展過程中的示例性外延制備過程流的側視圖示圖。含鎵和氮的外延基板100和疊置的外延材料被限定在各個芯片中，結合材料108被沉積，并且下切犧牲區域107。出于示例性目的，包括典型的外延層，并且典型的外延層是諸如GaN或AlGaN的η-GaN和η-側包層101、有源區域102、以及諸如GaN或AlGaN的ρ-GaN和ρ-側包層103。
[0019]在實施例中，圖6是實施例中的選擇性區域結合過程的側視圖的簡化示圖。所制備的含鎵和氮的外延晶片100和所制備的載體晶片106是該過程的起始部件。第一選擇性區域結合反復操作轉移外延芯片的部分，且根據需要重復另外的反復操作以轉移所有外延芯片。一旦完成芯片擴展過程，則繼續對載體晶片執行本技術的激光處理。出于示例性之目的，包括典型的外延和處理層，并且典型的外延和處理層是諸如GaN或AlGaN的η-GaN和η-側包層101、有源區域102、諸如GaN或AlGaN的ρ-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊接層105。此外，在芯片擴展過程中，使用犧牲區域107和結合材料108。
[0020]在實施例中，圖7是具有有源區域保護的外延制備過程的簡化示圖。所示出的是可替代的外延晶片制備過程流的側視圖示圖，在該過程中，在任何PEC下切蝕刻步驟過程中使用側壁鈍化來保護有源區域。該過程流允許更廣泛地選擇犧牲區域材料和成分。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、諸如GaN或AlGaN的η-GaN和η-側包層101、有源區域102、諸如GaN或AlGaN的ρ-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊盤層105。此外，在芯片擴展過程中，使用犧牲區域107和結合材料108。
[0021]在實施例中，圖8是在結合之前具有有源區域保護和脊形形成的外延制備過程流的簡化示圖。所示出的是可替代的外延晶片制備過程流的側視圖示圖，在該過程中，在任何PEC下切蝕刻步驟中使用側壁鈍化來保護有源區域并且在轉移之前在密集的外延晶片上限定激光器脊形。通過對密集的外延晶片執行額外的處理步驟，該過程流潛在地允許節約成本。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、η-GaN和η-側包層101、有源區域102、ρ-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊盤層105。此外，在芯片擴展過程中，使用犧牲區域107和結合材料108。
[0022]圖9是固定PEC下切的簡化示例(俯視圖)。所示出的是選擇性區域結合過程中的可替代釋放過程的俯視圖。在本實施方式中，在沉積結合金屬303之前，使用自上向下的蝕刻將區域300蝕刻掉。然后，使用PEC蝕刻來下切區域301。在選擇性區域結合過程中，犧牲區域302保持完整(intact，原樣)并且用作機械支撐。
[0023]圖10是實施例中的固定PEC下切的簡化示圖(側視圖)。所示出的是固定PEC下切的側視圖示圖。為便于機械支撐，在外延芯片的各端處包括犧牲區域支柱，直至完成結合過程。在結合之后，外延材料將在接合墊與完整的犧牲區域之間的未支撐的薄膜區域切割(cleave)，從而執行選擇性區域結合過程。處于示例性之目的，包括典型的外延層和處理層，并且典型的外延層和處理層是諸如GaN或AlGaN的η-GaN和η-側包層101、有源區域102、諸如GaN或AlGaN的ρ-GaN和ρ-側包層103、絕緣層104、以及接觸/焊盤層105。此夕卜，在芯片擴展過程中，使用犧牲區域107和結合材料108。外延材料從含鎵和氮的外延晶片100被轉移至載體晶片106。下面將更為具體地描述本方法和結構的進一步細節。
[0024]如對于讀者的進一步背景，難以生產大塊形式的氮化鎵及相關晶體。能夠生產大塊GaN晶錠的生長技術仍處于不成熟階段，并且所有定向的成本比諸如S1、GaAs、以及InP等其他半導體基板的相似晶片尺寸昂貴許多。盡管可以商購