个步骤可以不同的次序提供的其它的替代物。例如在替换实施方式中，可以在裂化之后进行衬底粘结，在自支撑膜中产生的裂化反过来粘结至衬底。
[0062]并且虽然图1的实施方式示出在单块衬底上块状材料(这里GaN)的裂化，但是这并不是必需的并且其他实施方式可以包括在多层衬底上的裂化。例如，图2示出根据另一实施方式的过程流程200的示例。在该过程流程的第一步骤202中，提供了块状形式的单晶GaN作为GaN铸锭。该铸锭可以展现单晶GaN的典型晶体取向中的一种，例如(1111)。
[0063]接着是表面抛光(204)和注入(206)步骤，在下一步骤208，被修改的额外的材料可以暂时地或者永久地粘结至多层衬底209 ο在某些实施方式中，该衬底可以包括具有热膨胀系数(CTE)与生成更多的额外的材料的状况一致的材料。具体地，GaN(a(；aN)的线性热膨胀系数是约5.5x10 V。
[0064]具有与GaN的CTE相容性的这种材料的示例可包括(但不限于)金属或者合金。可能的合适的金属可包括钼或者钨，同时候选合金可包括钼，诸如铜钼合金或者钼钨合金。
[0065]图2的过程流程中的后面的步骤对应于图1中的相似的步骤，除了使用包括多层的衬底。
[0066]产品可以内置在CTE匹配金属衬底(例如，钼合金)上，其中，可以合并各层以达到最终用户或者制造商的期望的益处。在图3A中示出用于HB-LED应用的基础层结构。
[0067]图3B示出可以用于HB-LED应用的多层衬底的一个【具体实施方式】的放大截面图。可以使用的各层的示例包括阻挡层、热压粘结层、镜面层、和GaN缓冲器和器件生长层。阻挡层是保护完整的膜以防在诸如GaN器件层形成步骤的热处理期间的污染、内部混合及其他有害影响的层。这种层可包括六1队!^队1182、？丨、了&连同其它已知的阻挡层材料。用作封装层的其他这种层对于提高诸如孔隙率和粗糙的表面性能也可以是理想的。例如，镍层(根据具体应用抛光或非抛光)可以用作钼合金衬底上的封装层以提供良好的粘结收益和均匀的表面特性。其他涂层可包括(但不限于)镍金合金、钌、铬或者银。
[0068]使器件从GaN层(例如，GaN的金属有机化学汽相淀积(MOCVD))生长的后面的步骤可以在粗略的100tC下发生2至3小时。因此，适当的缓冲器和/或阻挡层的使用可以确保期望特征的热残存性。
[0069]同时地，层形成设计的GaN生长衬底，并且可以实现一个或多个以下可能的特征和用于HB-LED器件制造商的潜在的益处。
[0070]—个可能的益处是晶格失配的减少。具体地，该益处可以通过使用用于同质外延生长的薄的、高质量GaN层实现。
[0071]另一可能的益处是螺旋位错密度(TDD)/缺陷的小冲角。根据实施方式，这些缺陷可以使用薄的、高质量GaN层降低至处于或低于自支撑GaN水平。
[0072]另一可能的益处是CTE失配的降低。设计为通过外延生长温度与GaN层匹配的CTE匹配金属衬底(例如，钼合金)的使用可以从而消除CTE失配诱导的层压力、裂纹和缺陷。
[0073]又一个可能的益处是高电导率和热导率的实现。金属衬底和热和电传导内层的使用可以允许生长衬底用作最终垂直的LED结构中的HB-LED封装/泛光灯的安装衬底。高电导率和热导率允许更高的外量子效率(EQE)、更高的插头效率(WPE)、并且可以消除诸如激光器剥离的某些后期制造步骤。与蓝宝石相比，提出的实施方式可以允许垂直的LED接触结构没有器件剥离和粘结，和通过接近1X的因数的更高的热导率。在某些实施方式中，多堆叠衬底的所希望的热导率可以超过5至30W/cm2-K，并且多堆叠衬底的电阻(与电导率相关的)可能小于1x10 40hm-cm2。
[0074]实施方式可以提供增强的光效率的可能的益处。具体地，GaN生长膜下面的内部反射镜的集成可以允许衬底在最终的HB-LED封装内的使用，进一步节省诸如镜面层生长和剥离/粘结步骤的后期制造步骤。通常结合图3D对此进行说明。反射层可以包括诸如银、金、招的金属。例如，薄的银层的使用可以支持400nm至500nm光谱范围内超过75 %的反射率，这可以是实现高的外量子效率的理想的特征。
[0075]反射层可以包括介质层堆叠。可以平衡传导性与反射特性的方式将这种介质层堆叠制成导电的。可以控制形成表现所希望的特性的介质层堆叠的参数的示例可以包括(但不限于)堆叠中的层的数量、堆叠中的层的厚度、包括在堆叠中的具体的材料、和/或掺杂物的存在。
[0076]再另一可能的益处是使用更小的器件尺寸的能力。如下文论述的，实施方式可以提供低下垂(参见图3D)，并且因此可以更高的电流密度运行有效器件。利用在衬底上能够制成高达1X或更多的器件，外延和封装成本可以显著地降低。
[0077]还可以采用实施方式用于基于GaN的电子器件。在这种实施方式中，可以利用GaN器件层下面的导热的、电绝缘介入层对层进行改性。在【具体实施方式】中，LED实施方式的完整的镜面层(例如，图3A)可以利用允许良好的GaN电子器件运行而且允许良好的热传热的薄的(例如，20um至50um)绝缘层取代。图3C示出用于这类结构的衬底结构的示例。这样的介入层可以是具有良好的热导率和高电阻率的材料。根据所希望的性能和成本目标，诸如AlN(氮化铝)和蓝宝石的材料可以是合适的。
[0078]层转移技术的一个重要应用可以是制作与独立式的GaN晶片功能相等的衬底用于HB-LED和激光二极管器件制造。使用独立式的GaN实现的可能的商业优势可包括(但不限于)⑴更好的HB-LED性能(直到100%更高的流明/瓦)和(ii)由于通过消除分等级的缓冲器的少30%至50%外延生长腔时间，外延器件层制造的较低成本。另外，更高效的器件提供封装以及竞争性的分化上的显著的节省。
[0079]器件制造中的传统的独立式的GaN衬底的使用目前受成本和尺寸限制的限制(例如，现有的2〃和4〃直径)。这些限制被认为是基本的并且与通过氢化物气相外延(HVPE)或者氨热(超临界的氨/矿化剂中的Ga或者GaN)生长方法制造GaN晶体的本方法有强烈的关系。
[0080]HVPE和氨热生长方法慢并且代价高。使用HVPE氨热生长的通常需要小于100微米至200微米每小时的更高质量的GaN可能更慢，但是具有稍微更好的晶体质量。
[0081]因为GaN块状晶体常规地生长，所以诸如位错的缺陷通常通过边缘终止摆脱晶体。这强烈地使晶体直径与位错减小的速率联系在一起，由此HVPE和氨热生长方法通常局限于用于制造高质量GaN的小晶体直径。在商业可获得的块状或者独立式的GaN(FS-GaN) 2〃衬底上能实现的缺陷级约14至10 6缺陷/cm 2。
[0082]因为慢生长速率和使用钢丝锯制作这些衬底，FS-GaN价格目前是$1，500至$3, 000 (2〃 晶片)和 $4, 000 至 $8, 000 (4〃 晶片)。
[0083]由于这些衬底的高成本，它们的使用局限于R&D(高电子迀移晶体管(HEMT)和光电)以及蓝色/UV激光二极管制造。
[0084]尽管通过除去“下垂效果”已示出HB-LED器件性能使用这些更高质量的衬底提高多达100%，但是它们的高成本和对小晶片直径的限制禁止它们的使用。图3D示出根据用于在FS-GaN和GaN上蓝宝石衬底上制成的等效器件的驱动电流的测试发射功率的差异。高质量的GaN作为生长培养基的使用减小或者消除器件“下垂”(亮度效率随着电流增加下降)，增加器件区域以实现更高的流明/W效率并控制实际功耗的寄生器件特性。发射功率的拖尾或者下垂将用于基于蓝宝石衬底的器件的效率限制为约100至120流明/瓦，但是FS-GaN衬底HB-LED器件已示出收益超过200流明/瓦。
[0085]该低下垂转换为增加电流密度反过来将引起在衬底上利用根据实施方式的高质量GaN材料制作的HB-LED器件的尺寸减小多达1X的能力。
[0086]因此，如上所指出，实施方式可以使HB-LED工业在许多区域受益，包括(而不限于)成本、封装、和可靠性。这在图3E中示出。
[0087]图4是示出根据本发明的某些实施方式可以采用以形成光电器件的各种步骤的曲线图400。
[0088]1.提供(402)具有表面区域和厚度的半导体衬底；
[0089]2.可选择地，在表面区域上形成(404)额外的材料层；
[0090]3.使(406)半导体衬底的表面区域(包括形成在其上的任何额外的材料)经受使用粒子加速器产生的第一多个高速粒子以形成与表面区域分开厚度的裂化区域；
[0091]4.使(408)表面区域与裂化区域之间分离半导体衬底的厚度，包括任何额外的材料。
[0092]5.可选择地，修改(410)材料的分离的厚度。
[0093]6.可选择地，将(412)材料的分离的厚度或者额外的材料可除地或者永久地粘结至衬底(其可以是CTE匹配的衬底)。
[0094]7.抛光(414)材料的分离的厚度的表面或者剩余的额外的材料。
[0095]8.可选择地，使(416)现有的额外的材料变厚，或者形成额外的材料。
[0096]9.可选择地，从材料的分离的厚度或者额外的材料释放(418)衬底。
[0097]10.依照要求执行其他步骤。
[0098]步骤的以上序列提供根据本发明的某些实施方式的方法。在不偏离本文的权利要求的范围的情况下，还可以提供其中可以添加步骤、可以去除一个或多个步骤、或者一个或多个步骤可以不同的序列提供的其它的替代物。
[0099]例如，虽然上文描述通过额外的层注入粒子以在工件的深度中形成裂化区域，但这不是必需的。根据替换实施方式，可以适于在额外的材料与在下面的工件之间的接口上或附近形成裂化区域的方式(例如，能量)在额外的层引导加速粒子。在该接口上或附近注入的粒子的存在可以最终减小在位于紧邻接口裂化区域中发起和/或传播裂化需要施加的能量的量。
[0100]并且虽然以上描述集中于在包括单晶GaN的工件上形成额外的材料以形成多层结构，但是这也不是必需的。根据替换实施方式，额外的材料可以存在于工件上。这种额外的材料的一个示例是单晶SiC、(111)硅、单晶和金属膜，其中，材料可以用作用于GaN异质外延生长的种子层。
[0101]进一步注意到，用于工件和用于额外的层的材料的选择可以在确定额外的层经历的压力/张力的特性中起作用。例如，工件/额外的层的选择还可以确定它们之间的热膨胀系数的相对失配，这反过来可以有助于极性和在温度的范围内出现在额外的层中的压力/张力幅度。鉴于以上，可以仔细地选择工件和/或额外的层材料以在各个处理步骤中的额外的层内实现期望的压力/张力层。
[0102]图5至图11是示出了使用根据本发明的实施方式的层转移过程形成衬底或者自支撑层的方法的简图。这些图仅是示例，其不应当过度地限制本文中列举的权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改或替换物。
[0103]如所示，方法开始于提供具有表面区域501、背部503和厚度504的块状形式的半导体衬底或者半导体材料500。该厚度可以是铸锭的全部或者从较大的铸锭等切片的。具体地，厚度504可以表示块状材料的其原始形态的全部(例如，作为整个铸锭、晶锭、平铺、或者板)，或者可以表示先前与其原始形态分开(例如，通过锯切或者切片原始铸锭、晶锭、平铺、或者板)的块状材料的厚度。在【具体实施方式】中，半导体衬底或者块状材料可以是单晶硅片或者铸锭、多晶硅铸片、平铺、或者衬底、硅锗片、锗片、基团III/V材料的衬底、基团II/VI材料、氮化镓等。衬底或者块状材料可以是光子材料。该施体物质可以块状形式提供或者可以是衬底装置，在衬底装置中，背面材料和层可以附接至半导体衬底以在模板生长衬底的制造期间提供所希望的机械过程和操作特性。顶表面层可以存在为诸如暂时的或者永久的阻挡层用于保护块状材料免于注入过程相关的污染或者将在随后的处理中起作用的层，诸如粘结层(例如金属或者氧化层)。在具体的实施方式中，二氧化硅或者AlN层可以通过溅射或者PECVD应用并且在注入步骤之前选择性地稠化。如果应用膜或者膜堆叠，可以具有受限制的总厚度以允许以所选择的能量注入以穿透块状所希望的裂化深度。当然，可存在其他变化、修改和替换物。
[0104]参照图6，方法包括使半导体垫底或者大块材料的表面区域经受第一多个高能粒子601。根据特定实施方式，高能粒子601可以使用粒子加速器产生。在此，加速器可以是线性加速器、等离子体浸没离子注入工具、离子浴。在合适的条件下，可以使用质量选定或者非质量选定注入技术。
[0105]如图7的简图所示，在【具体实施方式】中，粒子使得在裂化区域701以内形成多个吸收部位或者聚集区域，该部位或区域设置在表面区域之下以限定将要分离的大块材料705(在一些实施方式中，作为自由站立层(free standing layer)的厚度。第一多个高能粒子可以提供具有高峰集中和空间布置在半导体衬底的深度以内的分布的注入分布。分布可以具有约2μ I q或更小的宽度，其中注入集中轮廓的这个深度变化称为纵向分散(straggle)。对于注入GaN中的2MeV氢，注入深度是约25 μ ι η，并且分散是约
0.7 μ ι η。
[0106]在某些实施方式中，裂化区域保持在第一温度下，该温度可以直接或间接提供。就是说，该温度可以根据【具体实施方式】通过对流、传导、辐射、或这些技术的组合来提供。另夕卜，高能粒子束也可以提供部分热能并且与外部温度来源结合以实现所期望的注入温度。在某些实施方式中，高能粒子束可以单独提供注入所期望的全部热能。就是说，高能粒子束可以被设置为直接使得能源转变为热能以提高衬底或大块材料的温度。当然，可存在其他变化、修改和替代。
[0107]取决于应用，根据特定实施方式，通常选定更小质量的粒子以减少注入至材料的期望深度的能量需要并且减少对于根据优选的实施方式的材料区域的损害的可能性。就是说，更小的质量的粒子更容易在基本没有对粒子穿过的材料区域产生损害的情况下穿过衬底材料至选定深度。例如，更小质量的粒子(或者高能粒子)几乎可以是任意电荷(例如，正的或者负的)和或中性原子或分子或者电子等。在【具体实施方式】中，粒子可以是中性粒子或者带电粒子，包括诸如离子类型的氢和其同位素的离子，诸如氦和其同位素的稀有气体离子，以及氖或者取决于实施方式的其他的。粒子还可以源自于化合物，诸如气体，例如，氢气、水蒸气、甲烷以及氢化合物以及其他轻原子质量粒子。可替换地，粒子可以是以上所述粒子、和或离子、和/或分子种类、和/或原子种类的任意组合。粒子通常具有足够的动能以透过表面至表面下面的选定深度。
[0108]例如，举例来说使用氢作为至GaN表面中的注入物质，注入过程使用特定设定条件执行。氢的注入剂量范围从约5X1016至约5X10 17原子/cm2，并且优选地注入氢的剂量小于约2X1017原子/cm2，并且可以小于约5X1016原子/cm2。对于形成对光电应用有用的厚膜的注入能量范围从约0.5MeV和更大至约2MeV。在某些结合衬底实施方式中，注入能量可以在500keV以下，例如5keV-180keV。从约-50摄氏度至约+500摄氏度的注入温度范围可以在约100摄氏度-500摄氏度之间，并且优选地小于约700摄氏度以防止氢离子从注入GaN材料扩散到外面的可能性。当然，使用的离子类型和过程条件取决于应用。
[0109]更尚的注入能量，尤其对具有基本纯的质子注入(例如，正电荷或者负电荷)有用处以允许可再用的衬底内的裂化平面的最大范围。使用GaN作为实例，注入能量范围可以十分大并且跨越需要后续外延生长以制造GaN装置结构的HB-LED或者GaN功率电子应用的模板形成的几keV至得到用作切口(kerfless)自由站立晶片初始材料的测量为数十微米厚度的衬底的许多MeV。与注入能量有关的注入深度的一般范围可以使用，例如SRIM2013(物质的停止范围)或者蒙特卡罗模拟法程序(http://www.srim.0rg/)来计算。在【具体实施方式】，GaN膜厚度范围从约0.05微米至约I微米，使用从约5keV至约180keV的质子注入能量范围。在其他实施方式中，GaN膜可以是自由站立GaN层，该层具有从约10微米至约70微米的厚度。当然，可存在其他变化、修改和替代。
[0110]术语“分离”或者“转移GaN厚度”在这里意味着由注入离子范围形成的GaN膜厚度可以释放至自由站立状态或者释放至永久衬底或者临时衬底，最终用作自由站立衬底，或者最终安装到永久衬底上。在一些实施方式中，GaN材料足够厚并且没有充当支撑构件的操作衬底或者转移衬底。当然，操作和处理膜的特定过程将取决于特定过程和应用。
[0111]现在参考图8，根据本发明的实施方式可以可选地在半导体垫底或者大块材料上执行热处理过程803以进一步在裂化区域内形成多个吸收部位。就是说，热处理过程退火和/或淬火裂化区域以将多个第一粒子固定801在原位。热处理提供后续注入或者颗粒聚集/扩散过程中可以起吸收和聚集粒子的高效部位的作用的固定网状缺陷(fixed networkof defects)。
[0112]在没有结合特定理论或机构的情况下，在【具体实施方式】中，升高的温度被认为促成网状的永久缺陷，并且还可以捕捉大部分的来自第