实施方式减少启动能量的另一个方法将包括，在粘结之前，去除或者“切入”与开始区域一致的供体衬底的有限的边缘区域。这可以在裂纹平面以2-3倍增加边缘开始能量。这个结果和改进通过使用Ansys有限分析仿真被确定。
[0232]具体地，图30和图31示出了应用双悬臂裂纹(DCB)机械载荷并且计算裂纹平面能量的非切割构造和切割构造。该仿真具有以下衬底/层(自底部至顶部):
[0233]1.底部:供体 Mo 衬底(48um)，E = 330GPa
[0234]2.GaN下裂纹平面层(2):2um+0.25um底部裂纹“图像”层E = 205GPa
[0235]3.GaN裂纹层:0.25um膜是裂纹平面E = 205GPa上的上覆GaN层
[0236]4.反射物 / 中间层:0.25um E = 70GPa
[0237]5.铜粘结层⑵:底部0.25um+顶部2um E = IlOGPa粘结界面在这两个层之间
[0238]6.顶部:目标 Mo 衬底(47.5um)，E = 330GPa
[0239]点A是铜-铜粘结界面。点B是所关心的裂纹平面区域。
[0240]DCB构造通过将0.lN-m/m时刻沿着分开方向应用至衬底中的每一个进行加载。使用众所周知的DCB等式G1 = 12M2/Eh3(h是衬底厚度以及E通过Mo杨氏模量控制)计算参考DCB机械释放能量。对于使用的负载和Mo杨氏模量，该等式产生预期的G1为2.92J/m2。参考能量(对于左边GaN表面在点B处具有裂缝并且具有连续的铜-铜粘结)被仿真并且给出2.91 J/m2的能量，接近于计算的G ι值。在所有情况下G11被示出为是小的(小于1% )，并且因此该构造可被认为占有K1的优势。
[0241]使用图30的构造，铜-铜界面到点A的左边现在未粘结，而GaN界面到点B的左边现在是粘结的。这对应于非开始负载。Ansys仿真结果表示刚好在点B右边的G1能量仅达到0.86J/m2，约为参考的31%。这意味着在2.91 J/m2较高产生裂纹传播能量之前，可以实现需要发起GaN层内裂缝的更多负载。为了减少启动能量，去除GaN层边缘层3、4以及下铜层5可以基本上提高时刻-能量耦合。
[0242]图31示出了其中这些层在开始区域处切割、蚀刻或者以其他方式去除的修改构造。这个构造的Ansys仿真表示具有2.91J/m2的G t的更高的时刻能量親合，基本上备份到100%的参考G1能量。这表示暴露裂纹平面的边缘区域可基本上提高启动时刻能量耦合。
[0243]还如图25所示，在粘结晶片之后，GaN HB-LED生长衬底具有目标衬底2501，该目标衬底2501具有GaN材料2401与目标衬底2501和目标金属晶片2400之间的夹层金属层、反射层2505的上覆膜。GaN材料的膜的分离表面通常是粗糙的2704并且需要抛光。使用磨削和/或磨光技术发生抛光。
[0244]在一些实施方式中，分离表面使用例如旋转从下面支撑分离表面的研磨材料以去除其中任何不完善度或者表面糙度来遭受研磨和磨光步骤。通过称为Logitech Limitedof Glasgow, Scotland(UK)的公司制造的诸如“PM5研磨&磨光系统”的机器可以提供该技术。
[0245]可替代地，如图28所示，化学机械磨光或者平面化(“CMP”)技术抛光膜的分离表面。在CMP中，稀浆混合物直接地滴漏到附接至旋转压印板2803的磨光表面2801。该稀浆混合物可以耦接至稀浆源的斜槽的方式传送到磨光表面。稀浆通常是包含氧化铝研磨粒子和氧化剂的溶液，例如，次氯酸钠(NaOCl)或者碱性硅胶，其在Logitech Limited的SFl或者Chemlox商品名称下销售。研磨剂通常为氧化铝、三氧化铝、无定形硅、碳化硅、金刚石粉末及其任何混合物。这个研磨剂在去离子水和氧化剂等的溶液中混合。该溶液可以是酸性的。
[0246]在磨光处理期间，这个酸性溶液通常与来自晶片的氮化镓材料互相作用。该磨光处理优选地使用非常坚硬的多聚氨酯磨光垫。该磨光垫的实例是通过Rodel制成并且在IC-1000的商品名称下销售。磨光垫以选定速度旋转。拾取具有膜的目标晶片的载体头在目标晶片的背面施加选定量的压力，使得选定力施加至膜。如图29所示，磨光处理去除关于选定量的膜材料，其为后续处理提供相对平滑的膜表面2901。根据N-面或者Ga-面的GaN是否被磨光完成，相应可使用具有合适研磨粒子大小的稀浆和磨光垫。如实例，可用于N-面和次氯酸钠的硅胶可用于Ga-面。
[0247]除了和/或除了磨光剂之外，一旦其从高质量单晶体GaN块衬底传送到工件，可以采用多个其他表面制备选项以制备GaN层的表面条件。这个表面制备的目的是为了恢复所传送的GaN层的晶体质量，由于注入或者裂化步骤可能导致压缩或者损坏GaN层。
[0248]a.在具有或者没有护罩的熔炉中进行加温退火，诸如，二氧化硅或者A1N。如果退火温度和周围气体条件需要，则需要这个护罩。
[0249]b.至于Iatm氮气中的GaN，GaN的分解温度可以低到800°C -900°C。如果使用护罩层，则没有GaN晶体分解的退火温度可以基本上更高。
[0250]c.等离子干燥蚀刻去除GaN表面的有限厚度以去除损坏的表面区域并且允许高质量的外延生长。
[0251]d.湿化学蚀刻去除GaN表面的有限厚度以去除损坏的表面区域并且允许高质量的外延生长。
[0252]e.在外延GaN生长之前，在MOCVD反应器中退火并且蚀刻。这个技术类似于上述a中的技术，除了这个技术可以在MOCVD反应器中的现场完成之外，。
[0253]当然，如果随后的外延生长步骤产生足够质量的GaN晶体，则在表面制备之前也可以使用如裂化的GaN表面。如在本文中和附图中参考的，根据【具体实施方式】，术语“磨光”可以指代可以或者可以/不包括磨光的某些表面处理。
[0254]尽管以上描述是根据供体GaN晶片，但是同样可以使用其他衬底。例如，该衬底几乎可以是任何单晶、多晶或者甚至无定形型衬底。此外，该衬底可以由诸如砷化镓的III/V材料或者诸如硅、碳化硅、蓝宝石以及其他的组IV材料制成。根据本发明也可以使用多层衬底。多层衬底包括GaN层衬底、半导体衬底上的各种夹层、以及许多其他类型的衬底。此夕卜，以上实施方式通常根据提供能量的脉冲来发起控制的裂化作用。可以由跨越衬底的选定区域扫描的能量代替该脉冲以发起控制的裂化作用。也可以跨越选定区域的衬底扫描能量，以持续或者保持控制的裂化作用。本领域中的普通技术人员将容易地识别根据本发明可使用的各种替换、修改和变形。
[0255]另一个实施方式可以附接可用作异质外延生长晶种层的单晶膜的膜。通过将薄晶体金属膜的框放置在目标衬底上并且在外周切下该膜可以发生该附接。然后通过热处理等可以制成永久的膜。用于GaN异质外延生长的金属单晶体膜的实例是使用诸如AlN和HfN的缓冲层的铜(111)&(110)、钼(111)&(110)。也研究诸如银的其他金属作为GaN生长的晶种层。因为这些金属具有延性特性，在一些情况下，负晶格失配(金属晶格间距〈GaN晶格间距)可以在安装至目标衬底上之前通过拉伸该膜进行处理。
[0256]本发明的另一个实施方式提供了一种方法，该方法包括提供包括表面区域的半导体工件，通过表面区域引进多个粒子以在半导体工件中形成裂纹区域，应用能量以从半导体工件的剩余部分中裂化半导体材料的分离厚度，并且将半导体材料的分离厚度粘结至衬底，该衬底具有近似相等于其他材料的层的热膨胀系数的热膨胀系数。
[0257]在实施方式中，该粘结包括材料的附加层和衬底之间的可除粘结。
[0258]在实施方式中，可除粘结是基于半导体材料的分离厚度的表面糙度和/或衬底的表面糙度。
[0259]在实施方式中，可除粘结基于在半导体材料的分离厚度和衬底之间存在的牺牲材料。
[0260]在实施方式中，半导体材料的分离厚度约在1um-1OOum之间。
[0261]在实施方式中，半导体材料被粘结并且半导体材料的分离厚度约在0.05um-lum之间。
[0262]在实施方式中，半导体材料被粘结并且介入层包括反射层。
[0263]在实施方式中，半导体材料与插入层粘结，使半导体材料的分离厚度能够导热和导电至金属衬底。
[0264]在实施方式中，半导体材料与电介入的绝缘层粘结，使半导体材料的分离厚度能够导热至金属衬底但是与金属衬底电绝缘。
[0265]在实施方式中，该衬底包括金属衬底。
[0266]在实施方式中，提供半导体工件包括提供块锭，并且该方法进一步包括通过受控裂化分离承载GaN的半导体工件层。
[0267]在实施方式中，受控裂化包括沿着通过GaN将粒子注入到半导体工件中而形成的裂纹区域的裂化。
[0268]在实施方式中，提供半导体工件包括通过锯切提供与块锭分离的晶片。
[0269]在实施方式中，该方法也包括使GaN中的应力释放。
[0270]在实施方式中，释放应力包括去除半导体工件的至少一部分。
[0271]在该方法的另一个实施方式中，衬底包括钼或者钼合金。
[0272]总之，应注意，至少以下改变落入【具体实施方式】的范围内。某些实施方式可以利用衬底和反射物/障碍物/密封材料层下面的各种供体，包括用于提高裂化的支持技术。根据一些实施方式，供体可以包括GaN、S1、SiC或者其他半导体材料。在裂化之后，为了进一步增长该材料可以进行磨光/制备。
[0273]尽管上述是【具体实施方式】的全面描述，但是可以使用各种变形、可替代的构造以及等同物。尽管上述是使用选定序列步的骤进行描述的，但是可以使用任何元件的步骤的组合以及其他进行描述。此外，根据实施方式可以结合和/或去除某些步骤。此外，可以使用共同注入氦和氢离子或者重氢和氢离子来替换氢粒子，以考虑根据可替代的实施方式利用修改剂量和/或裂化性能形成裂纹平面。更进一步地，可以通过扩散过程而不是注入过程引入粒子。当然，可存在其他变化、修改和替代。因此，以上描述和说明不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。
【主权项】
1.一种方法，包括: 提供GaN工件； 将多个粒子引入所述GaN工件的表面以在所述GaN工件中形成裂化区域； 将所述GaN工件的表面粘结至衬底； 施加能量以从所述GaN工件的剩余部分裂化出GaN的分离厚度；并且 处理带有GaN的分离厚度的衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底具有近似等于所述GaN的热膨胀系数的热膨胀系数。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理包括执行抛光和/或其他表面处理。4.根据权利要求3所述的方法，其中，另一表面处理包括退火。5.根据权利要求3所述的方法，其中，另一表面处理包括等离子体蚀刻。6.根据权利要求3所述的方法，其中，另一表面处理包括化学蚀刻。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括金属。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属包括钼。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属包括钨。10.根据权利要求7所述的方法，其中: 所述衬底进一步包括伴随能量的应用而放置在GaN的所述分离厚度与所述金属之间的反射层；并且 处理所述衬底以生成发光二极管器件。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述反射层是导电的并且包括银、金、铝、或者被制成导电的的电介质层堆叠。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述GaN是掺杂的P型或者η型。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述GaN是非故意地掺杂。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理包括执行抛光和/或其他表面处理。15.根据权利要求1所述的方法，其中，另一表面处理包括退火。16.根据权利要求7所述的方法，其中: 所述衬底进一步包括伴随能量的应用而放置在GaN的所述分离厚度与所述金属之间的电绝缘层；并且 处理所述衬底以生成电子器件。17.根据权利要求7所述的方法，其中，所述衬底进一步包括粘结层。18.根据权利要求17所述的方法，其中: 所述粘结层包括热压粘结层；并且 所述粘结包括热压粘结处理。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述热压粘结层包括铜、铝、或者金。20.根据权利要求7所述的方法，其中，所述粘结包括等离子体激活粘结(PAB)过程。21.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属被配置为用于作为包括GaN的所述分离厚度的器件的热接触件和电接触件。22.根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述多个粒子包括引入氢气。23.根据权利要求22中所述的方法，其中，所述引入氢气包括以约5X1016与5X10 17原子/cm2之间的剂量、约1keV与10keV之间的能量注入氢气。24.根据权利要求23所述的方法，其中，GaN的所述分离厚度具有约0.25 μ m的厚度。25.一种结构，包括: 衬底，包括具有热膨胀系数近似等于粘结至所述衬底的GaN的分离厚度的热膨胀系数的金属。26.根据权利要求25所述的结构，其中，所述金属具有近似等于GaN的所述分离厚度的热膨胀系数的热膨胀系数。27.根据权利要求25所述的结构，其中，所述金属包括钼。28.根据权利要求25所述的结构，其中，GaN的所述分离厚度具有约0.25 μ m的厚度。29.根据权利要求25所述的结构，其中，所述衬底进一步包括放置在GaN的所述分离厚度与所述金属之间的反射层。30.根据权利要求25所述的结构，其中，所述衬底进一步包括放置在GaN的所述分离厚度与所述金属之间的电绝缘层。31.根据权利要求25所述的结构，其中，所述衬底进一步包括粘结层。32.根据权利要求25所述的结构，其中，所述衬底进一步包括阻挡层。33.一种方法，包括: 提供GaN工件； 将多个粒子引入所述GaN工件的表面以在所述GaN工件中形成裂化区域； 将所述GaN工件的所述表面粘结至绝缘衬底； 施加能量以从所述GaN工件的剩余部分裂化出GaN的分离厚度； 处理带有GaN的所述分离厚度的所述衬底。34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述衬底包括蓝宝石。35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述衬底包括氮化铝。36.根据权利要求33所述的方法，其中，所述粘结包括应用二氧化硅膜和/或氮化铝膜。37.根据权利要求36所述的方法，其中，在所述粒子引入步骤之前应用所述二氧化硅和/或氮化铝膜。38.根据权利要求37所述的方法，其中，在所述粒子引入步骤之前，所述应用的膜经受热退火以使所述膜稠化。39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述应用的膜在粘结之前经受蚀刻步骤以提尚粘着强度。40.根据权利要求33所述的方法，其中: 所述衬底进一步包括伴随能量的应用而放置在GaN的所述分离厚度与所述衬底之间的反射层；并且 处理所述衬底以生成发光二极管器件。41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述衬底包括光散射界面以提高发光二极管应用中的光抽取。42.根据权利要求33所述的方法，其中，所述GaN是掺杂的p型或者η型。43.根据权利要求33所述的方法，其中，所述GaN是非故意地掺杂。44.根据权利要求33所述的方法，其中，所述处理包括执行抛光和/或其他表面处理。45.根据权利要求44所述的方法，其中，另一表面处理包括退火。46.根据权利要求44所述的方法，其中，另一表面处理包括等离子体蚀刻。47.根据权利要求44所述的方法，其中，另一表面处理包括化学蚀刻。48.一种装置，包括: 目标支持物，被配置为支撑将要注入的目标；以及 顶板，包括重复的孔图案并且被配置为通过侧分隔物放置在目标支持物与等离子体之间以形成外壳，其中，所述重复孔图案的长宽比降低了所述外壳内的等离子体密度。49.根据权利要求48所述的装置，进一步包括在所述顶板下面并且相对于所述顶板和所述目标支持物负偏置的场板。50.根据权利要求48所述的装置，其中，所述目标支持物被配置为被扫描以平衡注入分布O51.根据权利要求50所述的装置，其中，与所述扫描的图案结合的所述重复孔图案被配置为改善图案化的注入分布。52.根据权利要求48所述的装置，其中，所述顶板和所述目标支持物中至少一个进一步包括盲孔。
【专利摘要】实施方式涉及使用粒子加速器束流以从块状衬底形成材料的薄膜。在【具体实施方式】中，具有顶表面的块状衬底(例如，施体衬底)暴露于加速粒子的射束。在某些实施方式中，该块状衬底可包括GaN；在其他实施方式中，该块状衬底可包括Si、SiC、或者其他材料。然后，通过沿着通过从射束注入的粒子形成的裂化区域执行受控裂化处理使材料的薄膜或者晶片与块状衬底分开。在某些实施方式中，该分开的材料直接结合到光电器件中，例如从GaN块状材料裂化的GaN膜。在一些实施方式中，该分开的材料可以采用作为用于对光电器件有用的半导体材料(例如，GaN)的进一步生长的模板。
【IPC分类】H01L33/02, H01L33/12, H01L33/20
【公开号】CN105051919
【申请号】CN201480016417
【发明人】弗兰乔斯·J·亨利, 西恩·康, 艾伯特·拉姆
【申请人】Qmat股份有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】EP2946410A1, US20140197419, WO2014113503A1