半导体发光装置及其制造方法

专利名称：半导体发光装置及其制造方法
技术领域：
本发明整体涉及半导体发光装置。本发明特别适用于包括一种或多种II-VI化合 物的半导体发光装置。
背景技术：
发光装置有很多不同的应用，包括投影显示系统、液晶显示器背光源等等。投影系 统通常使用一个或多个白光源，例如高压汞灯。白光束通常被分解成三原色红、绿和蓝，并 且导向到各自的图像形成空间光调制器，以生成每种原色图像。所得的原色图像束结合并 且投影到投影屏上以供观看。最近，发光二极管(LED)已被认为是白光源的替代形式。LED有可能提供可以与 传统光源相媲美的亮度和工作寿命。然而，现在的LED，特别是发射绿光的LED，是相对低效 的。传统光源一般体积庞大，发射一种或多种原色光效率低，难以集成，并且在采用它 们的光学系统中往往会导致尺寸和功耗的增加。

发明内容
本发明整体涉及半导体发光装置。在一个实施例中，发光装置包括发光二极管 (LED)，所述LED发射蓝光或紫外光，并且附接到半导体构造。该半导体构造包括再发光半 导体构造，该再发光半导体构造包含至少一层II-VI化合物，并且把发射的蓝光或紫外光 的至少一部分转变为更长波长的光。该半导体构造还包括腐蚀停止构造，该腐蚀停止构造 包含AlInAs或GaInAs化合物。该腐蚀停止构造能够抵抗能够腐蚀InP的腐蚀剂。在另一实施例中，半导体构造包括基底，该基底包含InP，并且能被第一腐蚀剂腐 蚀。该半导体构造还进一步包括腐蚀停止构造，该腐蚀停止构造在基底上单片生长，并且包 含AlInAs或GaInAs化合物。该腐蚀停止构造能够抵抗所述第一腐蚀剂。该半导体构造还 包括再发光半导体构造，该再发光半导体构造在腐蚀停止构造上单片生长，并且能够把具 有第一光子能的光的至少一部分转换成具有比第一光子能小的第二光子能的光。该再发光 半导体构造包含II-VI半导体势阱，该II-VI半导体势阱具有比第一光子能小的带隙能量 和与第二光子能基本上相等的势阱跃迁能。该再发光半导体构造还包括具有比第一光子能 大的带隙能量的第一窗口构造。在另一实施例中，半导体构造包括基底，该基底包含GaAs，并且能够被第一腐蚀剂 腐蚀。该半导体构造还包括腐蚀停止构造，该腐蚀停止构造在基底上单片生长，并且能够抵 抗第一腐蚀剂。该半导体构造还包括再发光半导体构造，该再发光半导体构造在腐蚀停止 构造上单片生长，并且包含具有势阱跃迁能量的II-VI势阱。该再发光半导体构造能够把 具有第一光子能的光的至少一部分转换成具有比第一光子能小的第二光子能的光。在另一实施例中，半导体构造包括基底，该基底包含Ge，并且能够被第一腐蚀剂腐 蚀。该半导体构造还包括腐蚀停止构造，该腐蚀停止构造在基底上单片生长，并且包含(Al)
6GaInAs, (Al)GaAs、AlInP、GaInP或Al (Ga)AsP。该腐蚀停止构造能够抵抗第一腐蚀剂。该 半导体构造还包括再发光半导体构造，该再发光半导体构造在腐蚀停止构造上单片生长， 并且能够把具有第一光子能的光的至少一部分转换成具有比第一光子能小的第二光子能 的光。该再发光半导体构造包含具有比第一光子能小的带隙能量和与第二光子能基本上相 等的势阱跃迁能量的II-VI半导体势阱。该再发光半导体构造进一步包括吸收层，该吸收 层与势阱毗邻，具有比势阱跃迁能量大并且比第一光子能小的带隙能量。在另一实施例中，半导体构造包括半导体基底，该基底能够抵抗第一腐蚀剂。该半 导体构造还包括半导体牺牲层，该半导体牺牲层在基底上单片生长，并且能够被第一腐蚀 剂腐蚀。该半导体构造还包括再发光半导体构造，该再发光半导体构造在牺牲层上单片生 长，并且能够把具有第一光子能的光的至少一部分转换成具有比第一光子能小的第二光子 能的光。该再发光半导体构造包含具有比第一光子能小的带隙能量和与第二光子能基本上 相等的势阱跃迁能量的II-VI半导体势阱。该再发光半导体构造还包括吸收层，该吸收层 与势阱毗邻，具有比势阱跃迁能量大并且比第一光子能小的带隙能量。在该再发光半导体 构造中至少一些层能够抵抗第一腐蚀剂。在另一实施例中，半导体系统包括多个分立光源，所述多个分立光源集成在第一 基底上。该半导体系统还包括半导体构造，该半导体构造包括第二基底，该第二基底能够被 第一腐蚀剂腐蚀。该半导体构造还包括腐蚀停止构造，该腐蚀停止构造在第二基底上单片 生长，并且能够抵抗第一腐蚀剂。该半导体构造还包括再发光半导体构造，该再发光半导体 构造在腐蚀停止构造上单片生长，并且能够把由多个分立光源中的每一个发射的光的至少 一部分转换成更长波长的光。再发光半导体构造附接到并且覆盖多个分立光源。在另一实施例中，制造半导体构造的方法包括以下步骤(a)提供基底；(b)在基 底上单片生长腐蚀停止层；(c)在腐蚀停止层上单片生长势阱；(d)把势阱粘合到光源；(e) 用腐蚀停止层能够抵抗的第一腐蚀剂去除基底；以及(f)用第二腐蚀剂去除腐蚀停止层。


通过下面结合附图对本发明的各种实施例进行的详细描述可以更全面地理解和 认识本发明，其中图1是发光装置的示意性侧视图；图2A-2F是势阱的示例性导带剖面形状的示意性图示；图3是发光装置的示意性侧视图；图4是图3中的发光装置的局部示意性侧视图；以及图5A-5E是在制造发光装置过程的中间阶段或步骤的装置的示意性图示。在多个附图中使用的相同附图标号指具有相同或相似性质和功能的相同或相似 元件。
具体实施例方式本专利申请公开了包括半导体光源和半导体波长转换器的半导体发光装置的制 造方法。具体地讲，本发明所公开的方法允许将波长转换器与来自两个或多个不同半导体 组的光源高效、紧凑并且低成本地集成。例如，本专利申请教导了将半导体波长转换器与半导体光源集成的方法，在这种情况下，用传统半导体加工方法使一个在另一个上高质量地 单片生长是不可能或不可行的。在一些情况下，半导体波长转换器和光源来自相同的半导体组，例如III-V组。在 这些情况下，诸如直接在III-V光源上，例如III-V LED上单片生长和制造III-V波长转换 器或许可行。然而在一些情况下，具有高转换效率和/或其他期望性能的波长转换器来自 与LED所属组不同的半导体组。在这些情况下，使一个组件在另一个组件上高质量地生长 或许是不可能或不可行的。例如，波长转换器可以来自II-VI组，而光源，例如LED，可以来 自III-V组。在这些情况下，本专利申请公开了用于制造发光装置的方法，该方法通过首先 在合适的基底上制造波长转换器，然后把波长转换器附接到光源来高效地将波长转换器与 光源集成。该基底可以在附接之前或之后去除。本发明所公开的方法允许在不影响波长转 换器或发光装置的性能和/或性质的情况下去除基底。在一些情况下，波长转换器可以包括势阱或量子阱，例如可以把光转换成更长波 长光的半导体势阱或量子阱。可以有效地采用本发明所公开的方法来制造半导体构造和发 光装置，该半导体构造和发光装置包括来自例如II-VI组的半导体组的一个或多个势阱或 量子阱，该一个或多个势阱或量子阱与来自例如III-V组的不同半导体组的光源，例如LED 集成。本发明所公开的制造方法允许通过例如使用诸如基底的组件来降低制造费用，所述 组件成本低、易得并且易加工，例如易于从外延叠层中去除。在一些情况下，光源，如LED，可以属于半导体组，并且在光谱高效区域工作，意味 着光源能够以高强度高效地发光。在这些情况下，或许没有合适的，如高效的属于相同半导 体组的波长转换器。例如，光源可以是III-V LED，并且合适的波长转换器可以是II-VI势 阱或量子阱，其能够把LED发射的光降频转换成高效的并且具有诸如高强度和小色散的期 望性能的更长波长的光。用本发明所公开的方法可以使波长转换器与LED集成，从而得到 紧凑、重量轻并且低成本的发光装置。这样的发光装置可以高的总效率发出例如在光谱可 见区的不同波长的光。发光装置可以设计为输出例如一种或多种原色或白色光。本发明所 公开的发光装置的发射效率和紧凑度可以导致重量轻、尺寸小和能耗低的新型改善的光学 系统，例如便携式投影系统。在一些情况下，本发明所公开的方法可以用来在合适的基底上制造诸如势阱波长 转换器的波长转换器，该合适的基底例如为波长转换器可以在其上生长假晶或晶格匹配的 基底。在一些情况下，希望去除基底。例如，基底可能不透光和/或太厚。在这些情况下， 基底可能进行腐蚀，直到整个基底被去除，但因为基底很厚，很难避免腐蚀波长转换器。此 外，所得的经腐蚀的表面可能粗糙得无法接受，例如影响到波长转换器的性能。本专利申请中所公开的方法使得在对波长转换器和/或发光装置没有或几乎没 有不利影响的情况下去除基底。在一些情况下，一个或多个薄腐蚀停止层可以设置在波长 转换器和基底之间，以使基底可以通过例如使用不腐蚀或仅轻微腐蚀该自停止腐蚀层的腐 蚀剂来去除。在这些情况下，该自停止腐蚀层可以有效地保护波长转换器免受腐蚀剂腐蚀。 在一些情况下，腐蚀停止层可以保留在发光装置中。在其他一些情况下，薄腐蚀停止层可以 通过例如使用不影响波长转换器的腐蚀剂来去除。在一些情况下，一个或多个牺牲层可以设置在波长转换器和基底之间。在这些情 况下，牺牲层能够被腐蚀剂腐蚀，而波长转换器能够抵抗该腐蚀剂，在一些情况下，基底也
8能够抵抗该腐蚀剂。同样地，基底可以通过在对波长转换器的性能并无不利影响的情况下 通过腐蚀牺牲层来去除。本发明所公开的方法可用来制造光源的集成阵列，以形成单色(例如，绿或绿和 黑)或彩色图像。本发明所公开的该发光装置的阵列可将光源和图像形成装置的基本功能 结合，从而达到降低功耗、减少尺寸和降低成本之目的。例如，在显示系统中，本发明所公开 的发光装置既可用作光源又可用作图像形成装置，从而消除或减少对背光源或空间光调制 器的需要。又如，在投影系统中组装了本发明所公开的发光装置消除或减少了对图像形成 装置和光学中继元件的需要。本发明公开了发光元件的阵列，例如显示系统中像素的阵列，其中至少一些发光 元件包括电致发光装置，例如LED，其能够响应电信号而发光。至少一些发光元件可包括一 个或多个光转换元件，例如一个或多个势阱和/或量子阱，用于降频转换电致发光装置所 发射的光。如本文所用，降频转换意指经转换的光的波长大于未转换或入射光的波长。本专利申请中所公开的发光元件阵列可以在用于例如投影系统或其他光学系统 中的照明系统中使用，该照明系统例如为自适应照明系统。图1是发光装置100的示意性侧视图，发光装置100包括附接到半导体构造105的 光源110。半导体构造105包括基底180、在基底180上单片生长的自停止腐蚀构造170以 及在自停止腐蚀构造170上单片生长的单片再发光半导体构造190。在发光半导体构造吸 收光源110发射的光的至少一部分，并且将所吸收的光的至少一部分以更长波长的光再发 光。例如，光源110可以发射紫外光，并且再发光半导体构造可以再发射蓝、绿或红光。又 如，光源110可以发射蓝光，并且再发光半导体构造可以再发射绿或红光。如本文所用，单片集成包括但不一定限于两个或多个在相同基底(共用基底)上 制造的并且在相同基底上最终应用的电子装置。以一个单元转移到另一个基底的单片集成 的装置保持单片集成。示例的电子装置包括LED、晶体管以及电容器。在两个或多个元件中的每一个的部分单片集成的情况下，则这两个元件被认为是 单片集成的。例如，如果例如两个元件中的光源是单片集成的，那么两个发光装置是单片集 成的。即使例如每个元件中的光转换组件粘结性地粘合到相应的光源，也认为是这样。在发光装置阵列包括半导体层的情况下，如果该装置是在相同基底上制造和/或 如果其包括共用半导体层，则该发光装置阵列是单片集成的。例如，在每个发光装置包括 η-型半导体层的情况下，如果η-型半导体层延伸整个发光装置，则发光装置是单片集成 的。在这种情况下，发光装置中的η-型半导体层形成延伸整个发光装置阵列的连续层。在一些情况下，例如当基底180和/或自停止腐蚀构造170不透光和/或太厚不 能接受时，基底和/或腐蚀停止构造可从发光装置中去除。通常，光源110可以是能够发射所需波长或发射在所需波长范围内的光的任何光 源。例如，在一些情况下，光源Iio可以是发射蓝光或紫外光的LED。在一些情况下，光源 110可以是III-V半导体光源，例如III-V LED，并且可以包括AlGaInN半导体合金。例如， 光源110可以是GaN基LED。在一些情况下，光源110可以包括一个或多个ρ-型和/或η-型半导体层、一个或 多个有源层、缓冲层、基底层以及覆盖层，所述一个或多个有源层可能包括一个或多个势阱 和/或量子阱。
光源110可以通过任何合适的方法附接或粘合到半导体构造105，例如通过诸如 热熔粘合剂等粘合剂、焊接、加压、加热或这些方法的任意组合或其他在应用中可能需要的 方法。合适的热熔粘合剂的实例包括半晶质聚烯烃、热塑性聚酯和丙烯酸类树脂。其他示例性粘合材料包括光学透明聚合物材料，例如光学透明聚合物粘合剂，包 括丙烯酸酯基光学粘合剂，诸如Norland 83H(由新泽西州Cranbury的诺兰德制品公司 (Norland Products, Cranbury NJ)提供)；氰基丙烯酸酯，例如Scotch-Weld快速粘合剂 (由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company, St. Paul, MN))提供)；苯并环丁烯，例如 Cyclotene (由密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow ChemicalCompany, Midland, MI)提 供)；清蜡，例如CrystalBond (由加利福尼亚州莱丁的特德佩拉公司(Ted Pella Inc.， Redding CA))提供)；液体、水或基于硅酸钠的水玻璃；以及旋涂玻璃(SOG)。在一些情况下，光源110可以通过晶片粘合技术附接到半导体构造105。例如，参 照图1，用诸如等离子体辅助或常规CVD工艺可将光源110的底表面和半导体构造105的 上表面涂覆一薄层二氧化硅或其他无机材料。接着，被涂覆的表面可使用加热、加压、水或 一种或多种化学试剂的组合任选地平面化并彼此粘合。粘合可通过用氢原子轰击至少一个 被涂布表面或通过用低能等离子体激活一个或两个表面来改善。晶片粘合方法在例如美国 专利号5，915，193和6，563，133，以及Q.-Yi. Tong和U. GSsele所著的《半导体晶片粘合》， (John ffiley& Sons出版，纽约，1999年))的第4和10章均有描述。再发光半导体构造190分别包括第一和第二窗口 120和160，第一和第二吸收层 130和150以及势阱140。再发光半导体构造190包括至少一层II-VI化合物，该II-VI化 合物能够把至少一部分光，诸如蓝光或紫外光转换成更长波长的光。在一些情况下，II-VI 波长转换器包括II-VI势阱或量子阱。如本文所用，势阱意指设计用来仅在一个方向限制载流子的多层半导体结构中的 一层或多层半导体层，其中该一层或多层半导体层具有比周围层低的导带能和/或比周围 层高的价带能。量子阱通常指充分薄以至于阱中量子效应增加电子-空穴对重组能量的势 阱。量子阱厚度通常约IOOnm或更小，或约IOnm或更小。在一些情况下，势阱或量子阱140包括II-VI半导体势阱或量子阱，其具有小于光 源110发射的光子能量的带隙能量。通常，势阱或量子阱140的势阱跃迁能量基本上等于 势阱或量子阱再发光的光子能量。在一些情况下，势阱140可以包括以化合物ZnSe、CdSe和MgSe作为合金三组分的 CdMgZnSe合金。在一些情况下，合金中可以没有CcUMg和Zn中的一种或多种，特别是可以 没有Mg。例如，势阱140可以包括能够以红色再发光的Cda Jna3ciSe量子讲，或能够以绿色 再发光的Cda33Zna67Se量子阱。又如，势阱140可以包括Cd、Zn、Se和可任选的Mg的合金， 在该情况下，该合金系统可以用Cd(Mg)ZnSe来表示。又如，势阱140可以包括Cd、Mg、Se和 可任选的Zn的合金。在一些情况下，势阱可以包括ZnSeTe。在一些情况下，势阱140厚度 在从约Inm到约IOOnm或从约2nm到约35nm的范围内。在一些情况下，势阱140能够把光源110发射的光的至少一部分转换成更长波长 的光。在一些情况下，势阱140可以包括II-VI势阱。通常，势阱140可以具有任何导带和 /或价带剖面形状。势阱的一些示例性导带剖面形状示意性地显示在图2A-2F中，其中EC 表示导带能量。具体地讲，图2A显示的势阱210具有正方形或矩形剖面形状；图2B显示的势阱220具有与第二矩形剖面形状222和第三矩形剖面形状223结合的第一矩形剖面形状 221 ；图2C显示的势阱230具有线性渐变剖面形状。图2D显示的势阱240具有与矩形剖面 形状242结合的线性渐变剖面形状241 ；图2E显示的势阱250具有诸如抛物线的弯曲剖面 形状；以及图2F显示的势阱260具有与矩形剖面形状262结合的抛物线剖面形状261。在一些情况下，势阱140可以是η-掺杂或ρ-掺杂的，这里掺杂可以通过任何合适 的方法以及通过包含任何合适的掺杂物来实现。在一些情况下，光源110和在发光半导体 构造190可以来自两个不同的半导体组。例如，在一些情况下，光源110可以是III-V半导 体装置，而再发光半导体构造190可以是II-VI半导体装置。在一些情况下，光源110可以 包含AlGaInN半导体合金，而再发光半导体构造190可以包含Cd (Mg) ZnSe半导体合金。在一些情况下，发光装置100可以具有单个势阱。在一些情况下，发光装置100可 以具有至少2个势阱或至少5个势阱或至少10个势阱。第一和第二吸收层130和150靠近势阱140，以帮助吸收由LEDllO发射的光。在 一些情况下，吸收层包含这样的材料使光生载流子能够在该材料中高效扩散到势阱。在 一些情况下，光吸收层可以包含半导体，例如无机半导体，例如II-VI半导体。例如，吸收层 130和150中的至少一个可以包含Cd(Mg)ZnSe半导体合金。在一些情况下，光吸收层具有比光源110发射的光子能量低的带隙能量。在这些 情况下，该光吸收层可以强烈地吸收光源发射的光。在一些情况下，光吸收层具有比势阱 140的跃迁能量高的带隙能量。在这些情况下，该光吸收层对于势阱再发光的光来说基本上 是光学透明的。在一些情况下，光吸收层130和150中的至少一个可以与势阱140毗邻，意味着可 以在吸收层和势阱之间设置一个或一些中间层。在一些情况下，光吸收层130和150中的 至少一个可以紧邻势阱140，意味着在吸收层和势阱之间没有设置中间层。示例性的发光装置100包括两个光吸收层130和150。通常，发光装置可以没有、 有一个、两个或两个以上的吸收层。通常，光吸收层充分靠近势阱140，使得在光吸收层中的 光生载流子有适当的机会扩散到势阱。第一和第二窗口 120和160主要设计用来提供屏障，使得在吸收层中诸如电 子_空穴对等光生载流子没有或具有很小的机会迁移到自由或外表面，例如再发光半导体 构造190的表面122。例如，第一窗口 120主要设计用来防止通过光源110发射的光在第一 吸收层130产生的载流子迁移到表面122，在表面122处，该载流子可以非辐射重新结合。 在一些情况下，窗口 120和160具有比光源110发射的光子能量高的带隙能量。在这些情 况下，窗口 120和160对于光源110发射的光和势阱140再发光的光来说基本上是光学透 明的。示例性的发光装置100包括两个窗口。通常，发光装置可以没有或具有任何数量 的窗口。例如，在一些情况下，发光装置100具有设置在光源110和势阱140之间或光源 110和吸收层130之间的单个窗口。在一些情况下，发光装置110中的两个相邻层之间的界面位置可以是明确定义的 或清晰的界面。在一些情况下，例如当一层之中材料组分沿厚度方向随着距离的变化而改 变时，两相邻层之间的界面可能定义不明确，并且可能，例如，是渐变界面。例如，在一些情 况下，第一吸收层130和第一窗口 120可以具有相同的材料组分，但材料浓度不同。在这些情况下，吸收层的材料组合物可以逐渐变成窗口层的材料组合物，从而在两层之间形成渐 变界面。例如，在两层都包括Mg的情况下，当从吸收层逐渐过渡到窗口时，Mg的浓度可以 增加。自动停止腐蚀构造170设置在再发光半导体构造和基底180之间，并且主要设计 用来抵抗能够腐蚀基底180的腐蚀剂。如果例如在腐蚀剂基本上腐蚀了整个基底后，自动 停止腐蚀构造的至少一部分保持没有被腐蚀剂腐蚀，则自动停止腐蚀构造抵抗能够腐蚀基 底的腐蚀剂。在一些情况下，基底的腐蚀率比自动停止腐蚀构造的腐蚀率大至少10倍，或 比自动停止腐蚀构造的腐蚀率大至少20倍，或比自动停止腐蚀构造的腐蚀率大至少50倍， 或比自动停止腐蚀构造的腐蚀率大至少100倍。在一些情况下，自动停止腐蚀层170实质上比基底180薄。例如，在一些情况下， 腐蚀停止构造170的厚度小于约10微米，或小于约8微米，或小于约5微米，或小于约2微 米，或小于约1微米；并且基底180的厚度大于约50微米，或大于约100微米，或大于约200 微米，或大于约300微米，或大于约500微米，或大于约1000微米。在一些情况下，腐蚀停止层170是或者包括在基底180上生长的假晶层，意味着结 晶腐蚀停止构造170的晶格常数与结晶基底180的晶格常数足够相似，使得当在基底制造 或生长腐蚀停止时，腐蚀停止层可以采取没有或只有低密度错配缺陷的基底的晶格间距。 在这些情况下，该腐蚀停止构造的晶格常数可以被限定为基底晶格常数。在一些情况下，腐蚀停止构造170是或者包括与基底180晶格匹配的层，意味着结 晶腐蚀停止构造170的晶格常数与结晶基底180的晶格常数基本上相等，这里基本上相等 意指两个晶格常数彼此相差不超过约0. 2%，或彼此相差不超过约0. 1%，或彼此相差不超 过约0. 01%。在一些情况下，基底180可以包括InP。在这些情况下，腐蚀停止构造170可以包 括一种或多种AlGaInAs合金，例如GaInAs和/或AlInAs，和/或一种或多种GaInAsP合 金。InP基底可以通过在例如HCl溶液中在室温或高温下腐蚀基底来去除。在这些情况 下，AlGaInAs或GaInAsP腐蚀停止构造170可以有效地抵抗HCl溶液。GaInAs腐蚀停止构 造170可以通过例如使用包含约30ml的30%氢氧化铵、5ml的30%过氧化氢、40克的己二 酸以及200ml的水的腐蚀溶液来去除。例如，这样的溶液在搅动时可以在约5分钟后腐蚀 200nm厚的GalnAs。在一些情况下，GaInAs腐蚀停止构造170可以通过使该构造经受等离 子体、离子束或其他湿腐蚀剂来去除。在一些情况下，基底180可以包含Ge。在这些情况下，腐蚀停止构造170可以包 含 AlGaInAs 合金，例如 GaInAs 禾口 / 或 AlInAs ；GaInP ；AlGaInP ；Al (Ga)AsP ；或(Al)GaAs 合金，例如GaAs和/或AlGaAs。Ge基底的优点是基底无毒，并且通常比诸如GaAs基底便 宜。Ge基底可以通过使用例如CF4/02等离子体腐蚀基底来去除，该CF4/02等离子体如在 R. Venkatasubramanian等人著的《用于薄自支撑GaAs-AlGaAs异质结构的Ge基底的选择性 等离子体烛刻》("Selective Plasma Etchingof Ge Substrates for Thin Freestanding GaAs-AlGaAs Heterostructures”，Appl. Phys. lett.(《应用物理快报》)，第 59 卷，第 2153 页(1991年))中有所描述。在一些情况下，基底180可以包含GaAs。在这些情况下，腐蚀停止构造170可以在 GaAs基底上单片生长，并且能够抵抗能够腐蚀GaAs的腐蚀剂。例如，腐蚀停止构造170可以包含诸如BeTe、AlGaAs合金或AlGaInP合金的II-VI化合物，AlGaInP合金例如为GaInP 或AllnP。在一些情况下，例如当腐蚀停止层包含AlGaAs时，GaAs基底可以通过例如在 NH4OH和充分浓缩的H2O2溶液中，在室温或高温下，并且在例如用力搅动的情况下，腐蚀基 底来去除。在这些情况下，由于例如腐蚀停止表面上氧化铝的形成，腐蚀可以在AlGaAs腐 蚀停止构造处基本上停止。在一些情况下，例如当腐蚀停止层包含GaInP时，GaAs基底可以通过在例如在 H2S04*H202的水溶液中腐蚀基底来去除。在这些情况下，腐蚀可以在GaInP腐蚀停止构造 处基本上停止。在一些情况下，例如当薄腐蚀停止构造包含AlGaAs合金、AlGaInP合金或BeTe时， 该AlGaInP合金例如为GaInP或AlInP，则可以通过使用任何适用的腐蚀技术，诸如等离子 体腐蚀方法或离子束腐蚀方法，并且监控例如腐蚀时间，以使腐蚀可以在整个腐蚀停止层 基本上被去除时来终止腐蚀，来去除腐蚀停止层。在一些情况下，例如当基底180包含GaAs时，诸如第一吸收层130的吸收层和/ 或诸如第一窗口 120的窗口可包含例如MgZnSSe合金和/或BeMgZnSe合金。在一些情况下，例如当基底180包含GaAs时，势阱140可包含例如CdZn⑶Se和/ 或ZnSeTe压应变合金，其中括号中的材料是可任选的材料。在这些情况下，发光装置可以 具有附加层，例如第一和第二应变补偿层135和145，以分别补偿或缓解势阱140的应变。 应变补偿层可以包含例如ZnSSe和/或BeZnSe。示例性的发光装置100包括两个应变补偿 层，在势阱140的每一侧。通常，发光装置可以没有或有一个或两个或更多个应变补偿层。 例如，在一些情况下，发光装置可以只在势阱140的一侧具有单个应变补偿层。在一些情况下，基底180和腐蚀停止构造170从发光装置100中被去除。在一些 情况下，这两个组件在半导体构造105附接到光源110后被去除。在一些情况下，这两个组 件在半导体构造105附接到光源110前被去除。图3是发光装置300的示意性侧视图，该发光装置300包括附接到半导体构造305 的光源110。半导体构造305包括基底180、在基底180上单片生长的牺牲层310、在牺牲层 310上单片生长的腐蚀停止构造170以及在腐蚀停止构造170上单片生长的单片再发光半 导体构造190。再发光半导体构造吸收光源110发射的光的至少一部分，并且以更长波长的 光将所吸收的光的至少一部分再发光。在一些情况下，可以通过从侧面311和312进入并腐蚀牺牲层来去除牺牲层310， 从而从半导体构造305中去除基底180。在一些情况下，例如当牺牲层310可以在对再发光 半导体构造190没有不利影响下去除时，发光装置300中可以没有腐蚀停止构造170。在一些情况下，基底180可以包含Ge或GaAs，而牺牲层310可以包括生长在基底 上的假晶AlAs或MgSe，或晶格匹配的MgZnSe。例如，可以通过把发光装置至少部分地浸泡 在HF溶液中来除去AlAs牺牲层，在例如，E. Yablonovitch等人著的《在任意基底上的GaAs 外延剥离膜的范德华键》(“Van der Waals Bonding of GaAs EpitaxialLiftoff Films onto Arbitrary Substrates, ”Appl. Phys. lett.(《应用物理快报》)，第 56 卷，第 2419 页 (1990年))中有所描述。又如，可以通过把发光装置至少部分地浸泡在HF溶液中来去除 MgSe牺牲层。图4是发光装置300的局部示意性侧视图，其中层410是部分被腐蚀的牺牲层 310。在一些情况下，例如当牺牲层310实质上比基底180薄时，通过腐蚀牺牲层来去除 基底可能更理想，例如因为这比腐蚀基底耗时更少和/或更便宜。在一些情况下，去除的基 底可以丢弃。在一些情况下，去除的基底可以在例如复原后，如清洁和/或抛光后再利用。 在一些情况下，牺牲层310的厚度小于约10微米，或小于约8微米，或小于约5微米，或小 于约2微米，或小于约1微米，或小于约0. 5微米，或小于约0. 2微米；并且基底180的厚度 大于约50微米，或大于约100微米，或大于约200微米，或大于约300微米，或大于约500 微米，或大于约1000微米。在一些情况下，再发光半导体构造190中的至少一些层和组件，例如窗口层、势阱 层和/或吸收层，能够抵抗能够腐蚀牺牲层310的腐蚀剂。在一些情况下，整个再发光半导 体构造能够抵抗能够腐蚀牺牲层310的腐蚀剂。图5A是半导体构造520和光源组件510的示意性侧视图。在一些情况下，半导体 构造520可以和本发明所公开的任何实施例相似，例如与半导体构造105相似，并且可以包 括与基底180相似的基底550，与腐蚀停止构造170相似的单片生长在基底550上的腐蚀停 止构造540，以及与单片生长在腐蚀停止构造170上的再发光半导体构造190相似的再发光 半导体构造。光源组件510包括多个在共用基底514上单片制造的分立光源512。在一些情况 下，分立光源512可以与光源110相似。例如，分立光源512可以是III-VI LED。半导体构造520和光源组件510每一个可以通过使用已知的制造方法，诸如外延 沉积方法来制造。例如，分子束外延(MBE)工艺可以用来在基底550上，例如在InP基底 550上沉积层530和540。其他示例性制造方法包括化学气相沉积法(CVD)、金属-有机气 相沉积法(MOCVD)、液相外延法(LPE)以及汽相外延法(VPE)。在一些情况下，例如当分立光源512包括LED时，可以用已知的制造方法，诸如 MOCVD来构造分立光源，其中基底514可以是诸如蓝宝石基底、SiC基底、GaN基底或在应用 中合适的任何其他基底。在一些情况下，LED光源512可以包括如电极、透明电触头、通孔 以及粘合层这样的层和/或组件。通常，可以用半导体微制造工业中常规的方法，例如常规 的光刻法和常规的蚀刻法和/或沉积法来制造光源512。图5B是来自图5A的两个构造的示意性侧视图，这两个构造以再发光半导体构造 面向光源彼此附接或粘合。可以通过例如晶片直接粘合或通过在粘合过程中在两个晶片之 间设置一个或多个粘合层来实行附接。粘合层可以例如包括一个或多个薄的或非常薄的金 属层，或一个或多个薄的金属氧化物层，或一个或多个其他材料层，例如粘合剂、密封剂、高 指数玻璃或诸如低温溶胶_凝胶材料等溶胶_凝胶材料，或它们的任何组合。在一些情况下，在光源组件510连接到半导体构造520中使用的粘合层的厚度范 围可以从约5nm到约200nm，或从约IOnm到约lOOnm，或从约50nm到约lOOnm。在一些情况 下，例如当粘合层是光学粘合剂时，粘合层的厚度可以是大于约1 μ m,或大于约2 μ m，或大 于约5 μ m，或大于约7 μ m，或大于约10 μ m。在一些情况下，可以通过例如层压或加热和/ 或加压来实现两个部件之间的结合。光源组件510粘合到半导体构造520后，使用本发明所公开的方法来去除基底 550，得到图5C中示意性显示的结构。
在一些情况下，也可以例如用本专利申请中所公开的方法中的一个或其组合来去 除腐蚀停止构造，得到在图5D中示意性显示的发光装置570的阵列。发光装置570的阵列 包括延伸跨过分立发光源512阵列或多个分立发光源512的再发光半导体构造530。在一 些情况下，在相邻分立发光源512之间的再发光半导体构造530的至少一些部分可以去除， 得到在图5E中示意性显示的构造，其中再发光半导体构造560是再发光半导体构造530的 一部分。可以通过例如使用已知的图案化和蚀刻方法来实现部分再发光半导体构造530 的去除。示例性的图案化方法包括光刻法。示例性的腐蚀方法包括湿蚀刻。例如，可以使 用包含甲醇和溴的溶液蚀刻II-VI半导体光转换元件。在一些情况下，发光装置570阵列中的发光装置被构造成有源矩阵，意味着每个 发光装置包括一个专用开关电路以驱动发光装置阵列中的发光装置。在一些情况下，发光装置570阵列中的发光装置被构造成无源矩阵，意味着发光 装置不能被构造成有源矩阵。在无源矩阵构造中，发射装置不具有专用开关电路以驱动发 光装置阵列中的发光装置。典型地，在无源矩阵构造中，发光装置阵列中的发光装置一次将一行通电。相比之 下，在有源矩阵构造中，虽然多行通常在一次通电一行，但开关电路通常允许发光装置连续 不断地通电。如本文所用，术语例如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”、“上部”和“下部”、
“顶部”和“底部”以及其他相似术语是指如图所示的相对位置。通常，实际的实施例可以具 有不同取向，并且在该情况下，该术语意指参照改变到装置实际取向的相对位置。例如，即 使图3中的构造相比图中取向旋转了 90度，表面312仍然被认为是牺牲层310的一“侧”。虽然上面为了易于说明本发明的各个方面而详细描述了本发明的具体实例，但是 应当理解，这并不旨在将本发明限于实例中所给出的具体内容。相反，本发明旨在涵盖落入 所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、实施例和替代方案。
权利要求
一种发光装置，包括发射蓝光或紫外光的发光二极管(LED)，所述发光二极管附接到半导体构造，所述半导体构造包括再发光半导体构造，包括至少一层II VI化合物，所述II VI化合物把发射的蓝光或紫外光的至少一部分转换成更长波长的光；以及腐蚀停止构造，包括AlInAs或GaInAs化合物，所述腐蚀停止构造能够抵抗可以腐蚀InP的腐蚀剂。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述LED包括GaN基LED。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述至少一层II-VI化合物包括势阱。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其中所述势阱包含Cd(Mg)ZnSe或ZnSeTe。
5.根据权利要求3所述的发光装置，其中所述再发光半导体构造还包括吸收层，所述 吸收层与所述势阱毗邻，并且具有比所述势阱的跃迁能量大的带隙能量。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其中所述吸收层紧邻所述势阱。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述更长波长的光包括绿光。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述更长波长的光包括红光。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物可以是在InP 上生长的假晶。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物与InP晶格匹配。
11.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含AlGaInAs 化合物。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含GaInAsP 化合物。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含 AlGaInAsP 化合物。
14.一种半导体构造，包括基底，包含能够被第一腐蚀剂腐蚀的InP ；腐蚀停止构造，在所述基底上单片生长，并且包含AlInAs或GaInAs化合物，所述腐蚀 停止构造能够抵抗所述第一腐蚀剂；再发光半导体构造，在所述腐蚀停止构造上单片生长，并且能够把具有第一光子能的 光的至少一部分转换成具有比第一光子能小的第二光子能的光，所述再发光半导体构造包 括工工-^半导体势阱，具有比所述第一光子能小的带隙能量和与所述第二光子能基本上 相等的势阱跃迁能；以及第一窗口构造，具有比所述第一光子能大的带隙能量。
15.根据权利要求14所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括吸收层， 所述吸收层与所述势阱毗邻，具有比所述势阱跃迁能大并且比第一光子能小的带隙能量。
16.根据权利要求15所述的半导体构造，还包括发光二极管(LED))，所述LED发射具 有所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再发光半导体构造，所述窗口设置在所述吸 收层和所述LED之间。
17.根据权利要求14所述的半导体构造，其中所述第一光子能对应蓝光或紫外光。
18.根据权利要求14所述的半导体构造，其中所述势阱包含Cd(Mg)ZnSe或ZnSeTe。
19.一种半导体构造，包括包含GaAs的基底，能够被第一腐蚀剂腐蚀；腐蚀停止构造，在所述基底上单片生长，并能够抵抗所述第一腐蚀剂； 再发光半导体构造，在所述腐蚀停止构造上单片生长，并且包含II-VI势阱，所述 II-VI势阱具有势阱跃迁能，所述再发光半导体构造能够把具有第一光子能的光的至少一 部分转换成具有比第一光子能小的第二光子能的光。
20.根据权利要求19所述的半导体构造，其中所述腐蚀停止构造为在GaAs上生长的假曰曰曰ο
21.根据权利要求19所述的半导体构造，其中所述腐蚀停止构造与GaAs晶格匹配。
22.根据权利要求19所述的半导体构造，其中所述腐蚀停止构造包含II-VI化合物、 AlGaAs、GaInP和BeTe中的至少一种。
23.根据权利要求19所述的半导体构造，其中所述II-VI势阱包含CdZn⑶Se或 ZnSeTe0
24.一种发光装置，包括发光二极管，所述发光二极管发射具有第一光子能的光，并且 附接到根据权利要求19所述的半导体构造。
25.根据权利要求24所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括吸收层， 所述吸收层与所述势阱毗邻，具有比所述势阱跃迁能大并且比第一光子能小的带隙能量。
26.根据权利要求24所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括第一窗口 构造，所述第一窗口构造具有比所述第一光子能大的带隙能量。
27.根据权利要求24所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括第一应变 补偿层，以补偿所述II-VI势阱中的应变。
28.一种半导体构造，包括包含Ge的基底，能够被第一腐蚀剂腐蚀；腐蚀停止构造，在所述基底上单片生长，并且包含(Al)GaInAS、(Al)GaAs.AlInP,GaInP 或Al(Ga)AsP,所述腐蚀停止构造能够抵抗所述第一腐蚀剂；再发光半导体构造，在所述腐蚀停止构造上单片生长，并且能够把具有第一光子能的 光的至少一部分转换成具有比所述第一光子能小的第二光子能的光，所述再发光半导体构 造包括II-VI半导体势阱，具有比所述第一光子能小的带隙能量，和与所述第二光子能基本上 相等的势阱跃迁能；以及吸收层，与所述势阱毗邻，具有比所述势阱跃迁能大并且比所述第一光子能小的带隙能量°
29.根据权利要求28所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括第一窗口 构造，所述第一窗口构造具有比所述第一光子能大的带隙能量。
30.根据权利要求29所述的半导体构造，还包括发光二极管(LED)，所述LED发射具有 所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再发光半导体构造，所述窗口设置在所述吸收 层和所述LED之间。
31.根据权利要求28所述的半导体构造，其中所述第一光子能对应蓝光或紫外光。
32.根据权利要求28所述的半导体构造，其中所述势阱包含CdZn(S)Se或ZnSeTe。
33.一种半导体构造，包括 半导体基底，能够抵抗第一腐蚀剂；半导体牺牲层，在所述基底上单片生长，并且能够被所述第一腐蚀剂腐蚀； 再发光半导体构造，在所述牺牲层上单片生长，并且能够把具有第一光子能的光的至 少一部分转换成具有比所述第一光子能小的第二光子能的光，所述再发光半导体构造包 括工工-^半导体势阱，具有比所述第一光子能小的带隙能量和与所述第二光子能基本上 相等的势阱跃迁能；以及吸收层，与所述势阱毗邻，具有比所述势阱跃迁能大并且比所述第一光子能小的带隙能量；其中，所述再发光半导体构造中的至少一些层能够抵抗所述第一腐蚀剂。
34.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造还包括第一窗口 构造，所述第一窗口构造具有比所述第一光子能大的带隙能量。
35.根据权利要求34所述的半导体构造，还包括发光二极管(LED)，所述LED发射具有 所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再发光半导体构造，所述窗口设置在所述吸收 层和所述LED之间。
36.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述基底包含Ge和GaAs中的至少一种。
37.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述牺牲层包含Al、Mg、AlAs和Mg(Zn) Se中的至少一种。
38.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述牺牲层为在所述基底上生长的假曰曰曰ο
39.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述牺牲层与所述基底晶格匹配。
40.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述第一光子能对应蓝光或紫外光。
41.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述势阱包含Cd(Mg) ZnSeXdZn (S) Se或 ZnSeTe0
42.根据权利要求33所述的半导体构造，其中所述再发光半导体构造能够抵抗所述第 一腐蚀剂。
43.一种半导体系统，包括多个分立光源，单片集成在第一基底上；以及半导体构造，包括第二基底，能够被第一腐蚀剂腐蚀；腐蚀停止构造，在所述第二基底上单片生长，并且能够抵抗所述第一腐蚀剂；以及 再发光半导体构造，在所述腐蚀停止构造上单片生长，并且能够把所述多个分立光源 中的每一个光源发射的光的至少一部分转换成更长波长的光；其中所述再发光半导体构造附接到并且覆盖所述多个分立光源。
44.根据权利要求43所述的半导体系统，其中每个分立光源是III-VLED。
45.根据权利要求43所述的半导体系统，其中所述第二基底包含InP、GaAS和Ge中的一种。
46.根据权利要求43所述的半导体系统，其中所述腐蚀停止构造包含AlGalnAs、 GaInAsP、AlGaAs、GaInP、AlInP、GaInAs、AlInAs、GaAs 和 BeTe 中的一种。
47.根据权利要求43所述的半导体系统，其中所述再发光半导体构造包含II-VI势阱。
48.一种制造半导体构造的方法，包括以下步骤(a)提供基底；(b)在所述基底上单片生长腐蚀停止层；(c)在所述腐蚀停止层上单片生长势阱；(d)把所述势阱粘合到光源；(e)用腐蚀停止层能够抵抗的第一腐蚀剂去除所述基底；以及(f)用第二腐蚀剂去除所述腐蚀停止层。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述步骤(a)到(f)按顺序实施。
50.根据权利要求48所述的方法，其中所述势阱能够把由所述光源发射的光的至少一 部分转换成更长波长的光。
51.根据权利要求48所述的方法，还包括单片生长吸收层的步骤，所述吸收层与所述 势阱毗邻，并且具有比所述势阱的跃迁能量大的带隙能量。
52.根据权利要求48所述的方法，还包括单片生长窗口构造的步骤，所述窗口构造具 有比所述光源发射的光子能量大的带隙能量。
全文摘要
本发明公开了一种发光装置及其制造方法。所述发光装置包括发光二极管(LED)，所述LED发射蓝光或紫外光并且附接到半导体构造。所述半导体构造包括再发光半导体构造，所述再发光半导体构造包含至少一层II-VI化合物，并且把发射的蓝光或紫外光的至少一部分转换成更长波长的光。所述半导体构造还包括腐蚀停止构造，所述腐蚀停止构造包含AlInAs或GaInAs化合物。所述腐蚀停止构造能够抵抗可以腐蚀InP的腐蚀剂。
文档编号H01L33/50GK101939855SQ200880126542
公开日2011年1月5日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年12月10日
发明者孙晓光, 托马斯·J·米勒, 迈克尔·A·哈斯 申请人:3M创新有限公司