[发明专利]用于形成光电器件的技术

说明书

相关申请的交叉引用

本非临时专利申请要求于2013年1月16日提交的美国临时专利申请第61/753,364号的优先权并且为了所有目的将其全部通过引用结合于此。

背景技术

本发明的实施方式大体涉及包括用于使用层转移技术形成衬底的方法和结构的技术。某些实施方式采用加速器处理用于在包括诸如发光二极管(LED)和半导体激光器的光电器件的各种应用中制造半导体膜。但是应认识到本发明具有更宽的可用性范围；其还可以应用于其他类型的应用，例如集成半导体器件的三维封装、光学器件或者光电器件、压电器件、平板显示器、微型机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电路、生物器件和生物医学器件等。

某些实施方式可包括用于从块状形式的材料，诸如单晶GaN或者SiC铸锭裂化独立式的膜的方法和装置。这种独立式的膜作为用于诸如LED的光电器件的形成的模板是有用的。但是，应认识到本发明的实施方式具有更宽的可用性范围；其还可以应用于其他类型的应用，例如集成半导导体器件的三维封装、光子器件、压电器件、平板显示器、微型机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电路、生物器件和生物医学器件等。

例如，在逻辑器件、太阳能电池、和越来越多的照明的形成中发现半导体材料的许多用途。可以用于照明的半导体器件的一种类型是高亮度发光二极管(HB-LED)。与传统的白炽照明或者甚至荧光照明技术对比，就减小功率消耗和可靠性而言，HB-LED提供显著的优势。可以用于照明的另一种类型的半导体器件是激光器。在用于显示器及其他应用中发现增加采用基于半导体原理操作的激光器的使用。

这种光电器件依赖表现半导体特性的诸如例如氮化镓(GaN)的类型III/V材料的材料。GaN在晶序的各个等级中可利用。然而，这些材料常常难以制造。

另外，诸如这些半导体材料的材料在传统的制造期间忍受称作“切口损失”的材料损失，其中，锯切过程从成长的晶锭消除多达40％并且甚至高达60％的初始材料并且将材料单一化为晶片形式因子。这是制备用于光电应用的半导体材料的高度低效率的方法。

具体地，用于将单晶半导体材料制造为电子器件的传统方法通常包括从最初合成的铸锭或者晶锭物理分离半导体材料的薄的单晶层。一种这样的传统制造技术是内径(ID)锯切。

ID锯切技术采用具有位于其内径上的刀片的圆锯。铸锭被推进通过锯的中心直至期望的晶片厚度在锯的另一侧。随着锯旋转，然后使锯升高或者降低以允许刀片通过铸锭切片。ID锯切方法具有了许多可能的缺点。

一个是锯必须是最小厚度以足以坚固经受住锯切行为的应力。然而，对应于该锯厚度(切口)的材料的量通过该切割损失。使用可以可靠地用来锯切铸锭的甚至最薄的锯条可以导致昂贵的、纯的单晶材料损失至切口。例如，典型锯条切口具有300μm的宽度，其中单独切片的晶片可以仅具有400μm至500μm的宽度。因此，传统的晶片锯切技术的使用可以导致昂贵的、纯的初始物质的相当于高达60％的整个铸锭的切口损失。传统ID锯切技术的另一缺点是一次仅可以分开一个切片，因此限制生产量和提高成本。

部分地响应于锯切的受限的生产量，已发展出线锯切的替换的常规方法。在线锯切中，提供迅速移动平行线的网络。然后在通常包括油和磨料的环境中使铸锭的侧面与移动线接触，导致晶片同时切片为多个晶片。该技术超越ID锯切的优势包括晶锭的平行锯切。然而有效的、传统的线锯切也具有缺点，具体地，可归因于线厚度的约50％的依然显著的切口损失，和通过将衬底暴露至油和磨料的可能的污染。

此外，层转移可以确保在固态照明器件中理想的许多热、电和光学特性集成在生长衬底内。代替需要的复杂的后处理，这种结构将消除随后的制造步骤，因此改善性能并降低成本。

从上可知，看出非常期望用于形成高质量和低成本的合适的衬底材料的技术。用于制造基于半导体的光电器件的成本效益和有效技术也是所希望的。

发明内容