專利名稱：半導體發(fā)光裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明整體涉及半導體發(fā)光裝置。本發(fā)明特別適用于包括一種或多種II-VI化合 物的半導體發(fā)光裝置。
背景技術：
發(fā)光裝置有很多不同的應用，包括投影顯示系統(tǒng)、液晶顯示器背光源等等。投影系 統(tǒng)通常使用一個或多個白光源，例如高壓汞燈。白光束通常被分解成三原色紅、綠和藍，并 且導向到各自的圖像形成空間光調制器，以生成每種原色圖像。所得的原色圖像束結合并 且投影到投影屏上以供觀看。最近，發(fā)光二極管(LED)已被認為是白光源的替代形式。LED有可能提供可以與 傳統(tǒng)光源相媲美的亮度和工作壽命。然而，現在的LED，特別是發(fā)射綠光的LED，是相對低效 的。傳統(tǒng)光源一般體積龐大，發(fā)射一種或多種原色光效率低，難以集成，并且在采用它 們的光學系統(tǒng)中往往會導致尺寸和功耗的增加。

發(fā)明內容
本發(fā)明整體涉及半導體發(fā)光裝置。在一個實施例中，發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管 (LED)，所述LED發(fā)射藍光或紫外光，并且附接到半導體構造。該半導體構造包括再發(fā)光半 導體構造，該再發(fā)光半導體構造包含至少一層II-VI化合物，并且把發(fā)射的藍光或紫外光 的至少一部分轉變?yōu)楦L波長的光。該半導體構造還包括腐蝕停止構造，該腐蝕停止構造 包含AlInAs或GaInAs化合物。該腐蝕停止構造能夠抵抗能夠腐蝕InP的腐蝕劑。在另一實施例中，半導體構造包括基底，該基底包含InP，并且能被第一腐蝕劑腐 蝕。該半導體構造還進一步包括腐蝕停止構造，該腐蝕停止構造在基底上單片生長，并且包 含AlInAs或GaInAs化合物。該腐蝕停止構造能夠抵抗所述第一腐蝕劑。該半導體構造還 包括再發(fā)光半導體構造，該再發(fā)光半導體構造在腐蝕停止構造上單片生長，并且能夠把具 有第一光子能的光的至少一部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子能的光。該再發(fā)光 半導體構造包含II-VI半導體勢阱，該II-VI半導體勢阱具有比第一光子能小的帶隙能量 和與第二光子能基本上相等的勢阱躍遷能。該再發(fā)光半導體構造還包括具有比第一光子能 大的帶隙能量的第一窗口構造。在另一實施例中，半導體構造包括基底，該基底包含GaAs，并且能夠被第一腐蝕劑 腐蝕。該半導體構造還包括腐蝕停止構造，該腐蝕停止構造在基底上單片生長，并且能夠抵 抗第一腐蝕劑。該半導體構造還包括再發(fā)光半導體構造，該再發(fā)光半導體構造在腐蝕停止 構造上單片生長，并且包含具有勢阱躍遷能量的II-VI勢阱。該再發(fā)光半導體構造能夠把 具有第一光子能的光的至少一部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子能的光。在另一實施例中，半導體構造包括基底，該基底包含Ge，并且能夠被第一腐蝕劑腐 蝕。該半導體構造還包括腐蝕停止構造，該腐蝕停止構造在基底上單片生長，并且包含(Al)
6GaInAs, (Al)GaAs、AlInP、GaInP或Al (Ga)AsP。該腐蝕停止構造能夠抵抗第一腐蝕劑。該 半導體構造還包括再發(fā)光半導體構造，該再發(fā)光半導體構造在腐蝕停止構造上單片生長， 并且能夠把具有第一光子能的光的至少一部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子能 的光。該再發(fā)光半導體構造包含具有比第一光子能小的帶隙能量和與第二光子能基本上相 等的勢阱躍遷能量的II-VI半導體勢阱。該再發(fā)光半導體構造進一步包括吸收層，該吸收 層與勢阱毗鄰，具有比勢阱躍遷能量大并且比第一光子能小的帶隙能量。在另一實施例中，半導體構造包括半導體基底，該基底能夠抵抗第一腐蝕劑。該半 導體構造還包括半導體犧牲層，該半導體犧牲層在基底上單片生長，并且能夠被第一腐蝕 劑腐蝕。該半導體構造還包括再發(fā)光半導體構造，該再發(fā)光半導體構造在犧牲層上單片生 長，并且能夠把具有第一光子能的光的至少一部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子 能的光。該再發(fā)光半導體構造包含具有比第一光子能小的帶隙能量和與第二光子能基本上 相等的勢阱躍遷能量的II-VI半導體勢阱。該再發(fā)光半導體構造還包括吸收層，該吸收層 與勢阱毗鄰，具有比勢阱躍遷能量大并且比第一光子能小的帶隙能量。在該再發(fā)光半導體 構造中至少一些層能夠抵抗第一腐蝕劑。在另一實施例中，半導體系統(tǒng)包括多個分立光源，所述多個分立光源集成在第一 基底上。該半導體系統(tǒng)還包括半導體構造，該半導體構造包括第二基底，該第二基底能夠被 第一腐蝕劑腐蝕。該半導體構造還包括腐蝕停止構造，該腐蝕停止構造在第二基底上單片 生長，并且能夠抵抗第一腐蝕劑。該半導體構造還包括再發(fā)光半導體構造，該再發(fā)光半導體 構造在腐蝕停止構造上單片生長，并且能夠把由多個分立光源中的每一個發(fā)射的光的至少 一部分轉換成更長波長的光。再發(fā)光半導體構造附接到并且覆蓋多個分立光源。在另一實施例中，制造半導體構造的方法包括以下步驟(a)提供基底；(b)在基 底上單片生長腐蝕停止層；(c)在腐蝕停止層上單片生長勢阱；(d)把勢阱粘合到光源；(e) 用腐蝕停止層能夠抵抗的第一腐蝕劑去除基底；以及(f)用第二腐蝕劑去除腐蝕停止層。


通過下面結合附圖對本發(fā)明的各種實施例進行的詳細描述可以更全面地理解和 認識本發(fā)明，其中圖1是發(fā)光裝置的示意性側視圖；圖2A-2F是勢阱的示例性導帶剖面形狀的示意性圖示；圖3是發(fā)光裝置的示意性側視圖；圖4是圖3中的發(fā)光裝置的局部示意性側視圖；以及圖5A-5E是在制造發(fā)光裝置過程的中間階段或步驟的裝置的示意性圖示。在多個附圖中使用的相同附圖標號指具有相同或相似性質和功能的相同或相似 元件。
具體實施例方式本專利申請公開了包括半導體光源和半導體波長轉換器的半導體發(fā)光裝置的制 造方法。具體地講，本發(fā)明所公開的方法允許將波長轉換器與來自兩個或多個不同半導體 組的光源高效、緊湊并且低成本地集成。例如，本專利申請教導了將半導體波長轉換器與半導體光源集成的方法，在這種情況下，用傳統(tǒng)半導體加工方法使一個在另一個上高質量地 單片生長是不可能或不可行的。在一些情況下，半導體波長轉換器和光源來自相同的半導體組，例如III-V組。在 這些情況下，諸如直接在III-V光源上，例如III-V LED上單片生長和制造III-V波長轉換 器或許可行。然而在一些情況下，具有高轉換效率和/或其他期望性能的波長轉換器來自 與LED所屬組不同的半導體組。在這些情況下，使一個組件在另一個組件上高質量地生長 或許是不可能或不可行的。例如，波長轉換器可以來自II-VI組，而光源，例如LED，可以來 自III-V組。在這些情況下，本專利申請公開了用于制造發(fā)光裝置的方法，該方法通過首先 在合適的基底上制造波長轉換器，然后把波長轉換器附接到光源來高效地將波長轉換器與 光源集成。該基底可以在附接之前或之后去除。本發(fā)明所公開的方法允許在不影響波長轉 換器或發(fā)光裝置的性能和/或性質的情況下去除基底。在一些情況下，波長轉換器可以包括勢阱或量子阱，例如可以把光轉換成更長波 長光的半導體勢阱或量子阱?？梢杂行У夭捎帽景l(fā)明所公開的方法來制造半導體構造和發(fā) 光裝置，該半導體構造和發(fā)光裝置包括來自例如II-VI組的半導體組的一個或多個勢阱或 量子阱，該一個或多個勢阱或量子阱與來自例如III-V組的不同半導體組的光源，例如LED 集成。本發(fā)明所公開的制造方法允許通過例如使用諸如基底的組件來降低制造費用，所述 組件成本低、易得并且易加工，例如易于從外延疊層中去除。在一些情況下，光源，如LED，可以屬于半導體組，并且在光譜高效區(qū)域工作，意味 著光源能夠以高強度高效地發(fā)光。在這些情況下，或許沒有合適的，如高效的屬于相同半導 體組的波長轉換器。例如，光源可以是III-V LED，并且合適的波長轉換器可以是II-VI勢 阱或量子阱，其能夠把LED發(fā)射的光降頻轉換成高效的并且具有諸如高強度和小色散的期 望性能的更長波長的光。用本發(fā)明所公開的方法可以使波長轉換器與LED集成，從而得到 緊湊、重量輕并且低成本的發(fā)光裝置。這樣的發(fā)光裝置可以高的總效率發(fā)出例如在光譜可 見區(qū)的不同波長的光。發(fā)光裝置可以設計為輸出例如一種或多種原色或白色光。本發(fā)明所 公開的發(fā)光裝置的發(fā)射效率和緊湊度可以導致重量輕、尺寸小和能耗低的新型改善的光學 系統(tǒng)，例如便攜式投影系統(tǒng)。在一些情況下，本發(fā)明所公開的方法可以用來在合適的基底上制造諸如勢阱波長 轉換器的波長轉換器，該合適的基底例如為波長轉換器可以在其上生長假晶或晶格匹配的 基底。在一些情況下，希望去除基底。例如，基底可能不透光和/或太厚。在這些情況下， 基底可能進行腐蝕，直到整個基底被去除，但因為基底很厚，很難避免腐蝕波長轉換器。此 外，所得的經腐蝕的表面可能粗糙得無法接受，例如影響到波長轉換器的性能。本專利申請中所公開的方法使得在對波長轉換器和/或發(fā)光裝置沒有或幾乎沒 有不利影響的情況下去除基底。在一些情況下，一個或多個薄腐蝕停止層可以設置在波長 轉換器和基底之間，以使基底可以通過例如使用不腐蝕或僅輕微腐蝕該自停止腐蝕層的腐 蝕劑來去除。在這些情況下，該自停止腐蝕層可以有效地保護波長轉換器免受腐蝕劑腐蝕。 在一些情況下，腐蝕停止層可以保留在發(fā)光裝置中。在其他一些情況下，薄腐蝕停止層可以 通過例如使用不影響波長轉換器的腐蝕劑來去除。在一些情況下，一個或多個犧牲層可以設置在波長轉換器和基底之間。在這些情 況下，犧牲層能夠被腐蝕劑腐蝕，而波長轉換器能夠抵抗該腐蝕劑，在一些情況下，基底也
8能夠抵抗該腐蝕劑。同樣地，基底可以通過在對波長轉換器的性能并無不利影響的情況下 通過腐蝕犧牲層來去除。本發(fā)明所公開的方法可用來制造光源的集成陣列，以形成單色(例如，綠或綠和 黑)或彩色圖像。本發(fā)明所公開的該發(fā)光裝置的陣列可將光源和圖像形成裝置的基本功能 結合，從而達到降低功耗、減少尺寸和降低成本之目的。例如，在顯示系統(tǒng)中，本發(fā)明所公開 的發(fā)光裝置既可用作光源又可用作圖像形成裝置，從而消除或減少對背光源或空間光調制 器的需要。又如，在投影系統(tǒng)中組裝了本發(fā)明所公開的發(fā)光裝置消除或減少了對圖像形成 裝置和光學中繼元件的需要。本發(fā)明公開了發(fā)光元件的陣列，例如顯示系統(tǒng)中像素的陣列，其中至少一些發(fā)光 元件包括電致發(fā)光裝置，例如LED，其能夠響應電信號而發(fā)光。至少一些發(fā)光元件可包括一 個或多個光轉換元件，例如一個或多個勢阱和/或量子阱，用于降頻轉換電致發(fā)光裝置所 發(fā)射的光。如本文所用，降頻轉換意指經轉換的光的波長大于未轉換或入射光的波長。本專利申請中所公開的發(fā)光元件陣列可以在用于例如投影系統(tǒng)或其他光學系統(tǒng) 中的照明系統(tǒng)中使用，該照明系統(tǒng)例如為自適應照明系統(tǒng)。圖1是發(fā)光裝置100的示意性側視圖，發(fā)光裝置100包括附接到半導體構造105的 光源110。半導體構造105包括基底180、在基底180上單片生長的自停止腐蝕構造170以 及在自停止腐蝕構造170上單片生長的單片再發(fā)光半導體構造190。在發(fā)光半導體構造吸 收光源110發(fā)射的光的至少一部分，并且將所吸收的光的至少一部分以更長波長的光再發(fā) 光。例如，光源110可以發(fā)射紫外光，并且再發(fā)光半導體構造可以再發(fā)射藍、綠或紅光。又 如，光源110可以發(fā)射藍光，并且再發(fā)光半導體構造可以再發(fā)射綠或紅光。如本文所用，單片集成包括但不一定限于兩個或多個在相同基底(共用基底)上 制造的并且在相同基底上最終應用的電子裝置。以一個單元轉移到另一個基底的單片集成 的裝置保持單片集成。示例的電子裝置包括LED、晶體管以及電容器。在兩個或多個元件中的每一個的部分單片集成的情況下，則這兩個元件被認為是 單片集成的。例如，如果例如兩個元件中的光源是單片集成的，那么兩個發(fā)光裝置是單片集 成的。即使例如每個元件中的光轉換組件粘結性地粘合到相應的光源，也認為是這樣。在發(fā)光裝置陣列包括半導體層的情況下，如果該裝置是在相同基底上制造和/或 如果其包括共用半導體層，則該發(fā)光裝置陣列是單片集成的。例如，在每個發(fā)光裝置包括 η-型半導體層的情況下，如果η-型半導體層延伸整個發(fā)光裝置，則發(fā)光裝置是單片集成 的。在這種情況下，發(fā)光裝置中的η-型半導體層形成延伸整個發(fā)光裝置陣列的連續(xù)層。在一些情況下，例如當基底180和/或自停止腐蝕構造170不透光和/或太厚不 能接受時，基底和/或腐蝕停止構造可從發(fā)光裝置中去除。通常，光源110可以是能夠發(fā)射所需波長或發(fā)射在所需波長范圍內的光的任何光 源。例如，在一些情況下，光源Iio可以是發(fā)射藍光或紫外光的LED。在一些情況下，光源 110可以是III-V半導體光源，例如III-V LED，并且可以包括AlGaInN半導體合金。例如， 光源110可以是GaN基LED。在一些情況下，光源110可以包括一個或多個ρ-型和/或η-型半導體層、一個或 多個有源層、緩沖層、基底層以及覆蓋層，所述一個或多個有源層可能包括一個或多個勢阱 和/或量子阱。
光源110可以通過任何合適的方法附接或粘合到半導體構造105，例如通過諸如 熱熔粘合劑等粘合劑、焊接、加壓、加熱或這些方法的任意組合或其他在應用中可能需要的 方法。合適的熱熔粘合劑的實例包括半晶質聚烯烴、熱塑性聚酯和丙烯酸類樹脂。其他示例性粘合材料包括光學透明聚合物材料，例如光學透明聚合物粘合劑，包 括丙烯酸酯基光學粘合劑，諸如Norland 83H(由新澤西州Cranbury的諾蘭德制品公司 (Norland Products, Cranbury NJ)提供)；氰基丙烯酸酯，例如Scotch-Weld快速粘合劑 (由明尼蘇達州圣保羅的3M公司(3M Company, St. Paul, MN))提供)；苯并環(huán)丁烯，例如 Cyclotene (由密歇根州米德蘭的陶氏化學公司(Dow ChemicalCompany, Midland, MI)提 供)；清蠟，例如CrystalBond (由加利福尼亞州萊丁的特德佩拉公司(Ted Pella Inc.， Redding CA))提供)；液體、水或基于硅酸鈉的水玻璃；以及旋涂玻璃(SOG)。在一些情況下，光源110可以通過晶片粘合技術附接到半導體構造105。例如，參 照圖1，用諸如等離子體輔助或常規(guī)CVD工藝可將光源110的底表面和半導體構造105的 上表面涂覆一薄層二氧化硅或其他無機材料。接著，被涂覆的表面可使用加熱、加壓、水或 一種或多種化學試劑的組合任選地平面化并彼此粘合。粘合可通過用氫原子轟擊至少一個 被涂布表面或通過用低能等離子體激活一個或兩個表面來改善。晶片粘合方法在例如美國 專利號5，915，193和6，563，133，以及Q.-Yi. Tong和U. GSsele所著的《半導體晶片粘合》， (John ffiley& Sons出版，紐約，1999年))的第4和10章均有描述。再發(fā)光半導體構造190分別包括第一和第二窗口 120和160，第一和第二吸收層 130和150以及勢阱140。再發(fā)光半導體構造190包括至少一層II-VI化合物，該II-VI化 合物能夠把至少一部分光，諸如藍光或紫外光轉換成更長波長的光。在一些情況下，II-VI 波長轉換器包括II-VI勢阱或量子阱。如本文所用，勢阱意指設計用來僅在一個方向限制載流子的多層半導體結構中的 一層或多層半導體層，其中該一層或多層半導體層具有比周圍層低的導帶能和/或比周圍 層高的價帶能。量子阱通常指充分薄以至于阱中量子效應增加電子-空穴對重組能量的勢 阱。量子阱厚度通常約IOOnm或更小，或約IOnm或更小。在一些情況下，勢阱或量子阱140包括II-VI半導體勢阱或量子阱，其具有小于光 源110發(fā)射的光子能量的帶隙能量。通常，勢阱或量子阱140的勢阱躍遷能量基本上等于 勢阱或量子阱再發(fā)光的光子能量。在一些情況下，勢阱140可以包括以化合物ZnSe、CdSe和MgSe作為合金三組分的 CdMgZnSe合金。在一些情況下，合金中可以沒有CcUMg和Zn中的一種或多種，特別是可以 沒有Mg。例如，勢阱140可以包括能夠以紅色再發(fā)光的Cda Jna3ciSe量子講，或能夠以綠色 再發(fā)光的Cda33Zna67Se量子阱。又如，勢阱140可以包括Cd、Zn、Se和可任選的Mg的合金， 在該情況下，該合金系統(tǒng)可以用Cd(Mg)ZnSe來表示。又如，勢阱140可以包括Cd、Mg、Se和 可任選的Zn的合金。在一些情況下，勢阱可以包括ZnSeTe。在一些情況下，勢阱140厚度 在從約Inm到約IOOnm或從約2nm到約35nm的范圍內。在一些情況下，勢阱140能夠把光源110發(fā)射的光的至少一部分轉換成更長波長 的光。在一些情況下，勢阱140可以包括II-VI勢阱。通常，勢阱140可以具有任何導帶和 /或價帶剖面形狀。勢阱的一些示例性導帶剖面形狀示意性地顯示在圖2A-2F中，其中EC 表示導帶能量。具體地講，圖2A顯示的勢阱210具有正方形或矩形剖面形狀；圖2B顯示的勢阱220具有與第二矩形剖面形狀222和第三矩形剖面形狀223結合的第一矩形剖面形狀 221 ；圖2C顯示的勢阱230具有線性漸變剖面形狀。圖2D顯示的勢阱240具有與矩形剖面 形狀242結合的線性漸變剖面形狀241 ；圖2E顯示的勢阱250具有諸如拋物線的彎曲剖面 形狀；以及圖2F顯示的勢阱260具有與矩形剖面形狀262結合的拋物線剖面形狀261。在一些情況下，勢阱140可以是η-摻雜或ρ-摻雜的，這里摻雜可以通過任何合適 的方法以及通過包含任何合適的摻雜物來實現。在一些情況下，光源110和在發(fā)光半導體 構造190可以來自兩個不同的半導體組。例如，在一些情況下，光源110可以是III-V半導 體裝置，而再發(fā)光半導體構造190可以是II-VI半導體裝置。在一些情況下，光源110可以 包含AlGaInN半導體合金，而再發(fā)光半導體構造190可以包含Cd (Mg) ZnSe半導體合金。在一些情況下，發(fā)光裝置100可以具有單個勢阱。在一些情況下，發(fā)光裝置100可 以具有至少2個勢阱或至少5個勢阱或至少10個勢阱。第一和第二吸收層130和150靠近勢阱140，以幫助吸收由LEDllO發(fā)射的光。在 一些情況下，吸收層包含這樣的材料使光生載流子能夠在該材料中高效擴散到勢阱。在 一些情況下，光吸收層可以包含半導體，例如無機半導體，例如II-VI半導體。例如，吸收層 130和150中的至少一個可以包含Cd(Mg)ZnSe半導體合金。在一些情況下，光吸收層具有比光源110發(fā)射的光子能量低的帶隙能量。在這些 情況下，該光吸收層可以強烈地吸收光源發(fā)射的光。在一些情況下，光吸收層具有比勢阱 140的躍遷能量高的帶隙能量。在這些情況下，該光吸收層對于勢阱再發(fā)光的光來說基本上 是光學透明的。在一些情況下，光吸收層130和150中的至少一個可以與勢阱140毗鄰，意味著可 以在吸收層和勢阱之間設置一個或一些中間層。在一些情況下，光吸收層130和150中的 至少一個可以緊鄰勢阱140，意味著在吸收層和勢阱之間沒有設置中間層。示例性的發(fā)光裝置100包括兩個光吸收層130和150。通常，發(fā)光裝置可以沒有、 有一個、兩個或兩個以上的吸收層。通常，光吸收層充分靠近勢阱140，使得在光吸收層中的 光生載流子有適當的機會擴散到勢阱。第一和第二窗口 120和160主要設計用來提供屏障，使得在吸收層中諸如電 子_空穴對等光生載流子沒有或具有很小的機會遷移到自由或外表面，例如再發(fā)光半導體 構造190的表面122。例如，第一窗口 120主要設計用來防止通過光源110發(fā)射的光在第一 吸收層130產生的載流子遷移到表面122，在表面122處，該載流子可以非輻射重新結合。 在一些情況下，窗口 120和160具有比光源110發(fā)射的光子能量高的帶隙能量。在這些情 況下，窗口 120和160對于光源110發(fā)射的光和勢阱140再發(fā)光的光來說基本上是光學透 明的。示例性的發(fā)光裝置100包括兩個窗口。通常，發(fā)光裝置可以沒有或具有任何數量 的窗口。例如，在一些情況下，發(fā)光裝置100具有設置在光源110和勢阱140之間或光源 110和吸收層130之間的單個窗口。在一些情況下，發(fā)光裝置110中的兩個相鄰層之間的界面位置可以是明確定義的 或清晰的界面。在一些情況下，例如當一層之中材料組分沿厚度方向隨著距離的變化而改 變時，兩相鄰層之間的界面可能定義不明確，并且可能，例如，是漸變界面。例如，在一些情 況下，第一吸收層130和第一窗口 120可以具有相同的材料組分，但材料濃度不同。在這些情況下，吸收層的材料組合物可以逐漸變成窗口層的材料組合物，從而在兩層之間形成漸 變界面。例如，在兩層都包括Mg的情況下，當從吸收層逐漸過渡到窗口時，Mg的濃度可以 增加。自動停止腐蝕構造170設置在再發(fā)光半導體構造和基底180之間，并且主要設計 用來抵抗能夠腐蝕基底180的腐蝕劑。如果例如在腐蝕劑基本上腐蝕了整個基底后，自動 停止腐蝕構造的至少一部分保持沒有被腐蝕劑腐蝕，則自動停止腐蝕構造抵抗能夠腐蝕基 底的腐蝕劑。在一些情況下，基底的腐蝕率比自動停止腐蝕構造的腐蝕率大至少10倍，或 比自動停止腐蝕構造的腐蝕率大至少20倍，或比自動停止腐蝕構造的腐蝕率大至少50倍， 或比自動停止腐蝕構造的腐蝕率大至少100倍。在一些情況下，自動停止腐蝕層170實質上比基底180薄。例如，在一些情況下， 腐蝕停止構造170的厚度小于約10微米，或小于約8微米，或小于約5微米，或小于約2微 米，或小于約1微米；并且基底180的厚度大于約50微米，或大于約100微米，或大于約200 微米，或大于約300微米，或大于約500微米，或大于約1000微米。在一些情況下，腐蝕停止層170是或者包括在基底180上生長的假晶層，意味著結 晶腐蝕停止構造170的晶格常數與結晶基底180的晶格常數足夠相似，使得當在基底制造 或生長腐蝕停止時，腐蝕停止層可以采取沒有或只有低密度錯配缺陷的基底的晶格間距。 在這些情況下，該腐蝕停止構造的晶格常數可以被限定為基底晶格常數。在一些情況下，腐蝕停止構造170是或者包括與基底180晶格匹配的層，意味著結 晶腐蝕停止構造170的晶格常數與結晶基底180的晶格常數基本上相等，這里基本上相等 意指兩個晶格常數彼此相差不超過約0. 2%，或彼此相差不超過約0. 1%，或彼此相差不超 過約0. 01%。在一些情況下，基底180可以包括InP。在這些情況下，腐蝕停止構造170可以包 括一種或多種AlGaInAs合金，例如GaInAs和/或AlInAs，和/或一種或多種GaInAsP合 金。InP基底可以通過在例如HCl溶液中在室溫或高溫下腐蝕基底來去除。在這些情況 下，AlGaInAs或GaInAsP腐蝕停止構造170可以有效地抵抗HCl溶液。GaInAs腐蝕停止構 造170可以通過例如使用包含約30ml的30%氫氧化銨、5ml的30%過氧化氫、40克的己二 酸以及200ml的水的腐蝕溶液來去除。例如，這樣的溶液在攪動時可以在約5分鐘后腐蝕 200nm厚的GalnAs。在一些情況下，GaInAs腐蝕停止構造170可以通過使該構造經受等離 子體、離子束或其他濕腐蝕劑來去除。在一些情況下，基底180可以包含Ge。在這些情況下，腐蝕停止構造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基底的優(yōu)點是基底無毒，并且通常比諸如GaAs基底便 宜。Ge基底可以通過使用例如CF4/02等離子體腐蝕基底來去除，該CF4/02等離子體如在 R. Venkatasubramanian等人著的《用于薄自支撐GaAs-AlGaAs異質結構的Ge基底的選擇性 等離子體燭刻》("Selective Plasma Etchingof Ge Substrates for Thin Freestanding GaAs-AlGaAs Heterostructures”，Appl. Phys. lett.(《應用物理快報》)，第 59 卷，第 2153 頁(1991年))中有所描述。在一些情況下，基底180可以包含GaAs。在這些情況下，腐蝕停止構造170可以在 GaAs基底上單片生長，并且能夠抵抗能夠腐蝕GaAs的腐蝕劑。例如，腐蝕停止構造170可以包含諸如BeTe、AlGaAs合金或AlGaInP合金的II-VI化合物，AlGaInP合金例如為GaInP 或AllnP。在一些情況下，例如當腐蝕停止層包含AlGaAs時，GaAs基底可以通過例如在 NH4OH和充分濃縮的H2O2溶液中，在室溫或高溫下，并且在例如用力攪動的情況下，腐蝕基 底來去除。在這些情況下，由于例如腐蝕停止表面上氧化鋁的形成，腐蝕可以在AlGaAs腐 蝕停止構造處基本上停止。在一些情況下，例如當腐蝕停止層包含GaInP時，GaAs基底可以通過在例如在 H2S04*H202的水溶液中腐蝕基底來去除。在這些情況下，腐蝕可以在GaInP腐蝕停止構造 處基本上停止。在一些情況下，例如當薄腐蝕停止構造包含AlGaAs合金、AlGaInP合金或BeTe時， 該AlGaInP合金例如為GaInP或AlInP，則可以通過使用任何適用的腐蝕技術，諸如等離子 體腐蝕方法或離子束腐蝕方法，并且監(jiān)控例如腐蝕時間，以使腐蝕可以在整個腐蝕停止層 基本上被去除時來終止腐蝕，來去除腐蝕停止層。在一些情況下，例如當基底180包含GaAs時，諸如第一吸收層130的吸收層和/ 或諸如第一窗口 120的窗口可包含例如MgZnSSe合金和/或BeMgZnSe合金。在一些情況下，例如當基底180包含GaAs時，勢阱140可包含例如CdZn⑶Se和/ 或ZnSeTe壓應變合金，其中括號中的材料是可任選的材料。在這些情況下，發(fā)光裝置可以 具有附加層，例如第一和第二應變補償層135和145，以分別補償或緩解勢阱140的應變。 應變補償層可以包含例如ZnSSe和/或BeZnSe。示例性的發(fā)光裝置100包括兩個應變補償 層，在勢阱140的每一側。通常，發(fā)光裝置可以沒有或有一個或兩個或更多個應變補償層。 例如，在一些情況下，發(fā)光裝置可以只在勢阱140的一側具有單個應變補償層。在一些情況下，基底180和腐蝕停止構造170從發(fā)光裝置100中被去除。在一些 情況下，這兩個組件在半導體構造105附接到光源110后被去除。在一些情況下，這兩個組 件在半導體構造105附接到光源110前被去除。圖3是發(fā)光裝置300的示意性側視圖，該發(fā)光裝置300包括附接到半導體構造305 的光源110。半導體構造305包括基底180、在基底180上單片生長的犧牲層310、在犧牲層 310上單片生長的腐蝕停止構造170以及在腐蝕停止構造170上單片生長的單片再發(fā)光半 導體構造190。再發(fā)光半導體構造吸收光源110發(fā)射的光的至少一部分，并且以更長波長的 光將所吸收的光的至少一部分再發(fā)光。在一些情況下，可以通過從側面311和312進入并腐蝕犧牲層來去除犧牲層310， 從而從半導體構造305中去除基底180。在一些情況下，例如當犧牲層310可以在對再發(fā)光 半導體構造190沒有不利影響下去除時，發(fā)光裝置300中可以沒有腐蝕停止構造170。在一些情況下，基底180可以包含Ge或GaAs，而犧牲層310可以包括生長在基底 上的假晶AlAs或MgSe，或晶格匹配的MgZnSe。例如，可以通過把發(fā)光裝置至少部分地浸泡 在HF溶液中來除去AlAs犧牲層，在例如，E. Yablonovitch等人著的《在任意基底上的GaAs 外延剝離膜的范德華鍵》(“Van der Waals Bonding of GaAs EpitaxialLiftoff Films onto Arbitrary Substrates, ”Appl. Phys. lett.(《應用物理快報》)，第 56 卷，第 2419 頁 (1990年))中有所描述。又如，可以通過把發(fā)光裝置至少部分地浸泡在HF溶液中來去除 MgSe犧牲層。圖4是發(fā)光裝置300的局部示意性側視圖，其中層410是部分被腐蝕的犧牲層 310。在一些情況下，例如當犧牲層310實質上比基底180薄時，通過腐蝕犧牲層來去除 基底可能更理想，例如因為這比腐蝕基底耗時更少和/或更便宜。在一些情況下，去除的基 底可以丟棄。在一些情況下，去除的基底可以在例如復原后，如清潔和/或拋光后再利用。 在一些情況下，犧牲層310的厚度小于約10微米，或小于約8微米，或小于約5微米，或小 于約2微米，或小于約1微米，或小于約0. 5微米，或小于約0. 2微米；并且基底180的厚度 大于約50微米，或大于約100微米，或大于約200微米，或大于約300微米，或大于約500 微米，或大于約1000微米。在一些情況下，再發(fā)光半導體構造190中的至少一些層和組件，例如窗口層、勢阱 層和/或吸收層，能夠抵抗能夠腐蝕犧牲層310的腐蝕劑。在一些情況下，整個再發(fā)光半導 體構造能夠抵抗能夠腐蝕犧牲層310的腐蝕劑。圖5A是半導體構造520和光源組件510的示意性側視圖。在一些情況下，半導體 構造520可以和本發(fā)明所公開的任何實施例相似，例如與半導體構造105相似，并且可以包 括與基底180相似的基底550，與腐蝕停止構造170相似的單片生長在基底550上的腐蝕停 止構造540，以及與單片生長在腐蝕停止構造170上的再發(fā)光半導體構造190相似的再發(fā)光 半導體構造。光源組件510包括多個在共用基底514上單片制造的分立光源512。在一些情況 下，分立光源512可以與光源110相似。例如，分立光源512可以是III-VI LED。半導體構造520和光源組件510每一個可以通過使用已知的制造方法，諸如外延 沉積方法來制造。例如，分子束外延(MBE)工藝可以用來在基底550上，例如在InP基底 550上沉積層530和540。其他示例性制造方法包括化學氣相沉積法(CVD)、金屬-有機氣 相沉積法(MOCVD)、液相外延法(LPE)以及汽相外延法(VPE)。在一些情況下，例如當分立光源512包括LED時，可以用已知的制造方法，諸如 MOCVD來構造分立光源，其中基底514可以是諸如藍寶石基底、SiC基底、GaN基底或在應用 中合適的任何其他基底。在一些情況下，LED光源512可以包括如電極、透明電觸頭、通孔 以及粘合層這樣的層和/或組件。通常，可以用半導體微制造工業(yè)中常規(guī)的方法，例如常規(guī) 的光刻法和常規(guī)的蝕刻法和/或沉積法來制造光源512。圖5B是來自圖5A的兩個構造的示意性側視圖，這兩個構造以再發(fā)光半導體構造 面向光源彼此附接或粘合?？梢酝ㄟ^例如晶片直接粘合或通過在粘合過程中在兩個晶片之 間設置一個或多個粘合層來實行附接。粘合層可以例如包括一個或多個薄的或非常薄的金 屬層，或一個或多個薄的金屬氧化物層，或一個或多個其他材料層，例如粘合劑、密封劑、高 指數玻璃或諸如低溫溶膠_凝膠材料等溶膠_凝膠材料，或它們的任何組合。在一些情況下，在光源組件510連接到半導體構造520中使用的粘合層的厚度范 圍可以從約5nm到約200nm，或從約IOnm到約lOOnm，或從約50nm到約lOOnm。在一些情況 下，例如當粘合層是光學粘合劑時，粘合層的厚度可以是大于約1 μ m,或大于約2 μ m，或大 于約5 μ m，或大于約7 μ m，或大于約10 μ m。在一些情況下，可以通過例如層壓或加熱和/ 或加壓來實現兩個部件之間的結合。光源組件510粘合到半導體構造520后，使用本發(fā)明所公開的方法來去除基底 550，得到圖5C中示意性顯示的結構。
在一些情況下，也可以例如用本專利申請中所公開的方法中的一個或其組合來去 除腐蝕停止構造，得到在圖5D中示意性顯示的發(fā)光裝置570的陣列。發(fā)光裝置570的陣列 包括延伸跨過分立發(fā)光源512陣列或多個分立發(fā)光源512的再發(fā)光半導體構造530。在一 些情況下，在相鄰分立發(fā)光源512之間的再發(fā)光半導體構造530的至少一些部分可以去除， 得到在圖5E中示意性顯示的構造，其中再發(fā)光半導體構造560是再發(fā)光半導體構造530的 一部分?？梢酝ㄟ^例如使用已知的圖案化和蝕刻方法來實現部分再發(fā)光半導體構造530 的去除。示例性的圖案化方法包括光刻法。示例性的腐蝕方法包括濕蝕刻。例如，可以使 用包含甲醇和溴的溶液蝕刻II-VI半導體光轉換元件。在一些情況下，發(fā)光裝置570陣列中的發(fā)光裝置被構造成有源矩陣，意味著每個 發(fā)光裝置包括一個專用開關電路以驅動發(fā)光裝置陣列中的發(fā)光裝置。在一些情況下，發(fā)光裝置570陣列中的發(fā)光裝置被構造成無源矩陣，意味著發(fā)光 裝置不能被構造成有源矩陣。在無源矩陣構造中，發(fā)射裝置不具有專用開關電路以驅動發(fā) 光裝置陣列中的發(fā)光裝置。典型地，在無源矩陣構造中，發(fā)光裝置陣列中的發(fā)光裝置一次將一行通電。相比之 下，在有源矩陣構造中，雖然多行通常在一次通電一行，但開關電路通常允許發(fā)光裝置連續(xù) 不斷地通電。如本文所用，術語例如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”、“上部”和“下部”、
“頂部”和“底部”以及其他相似術語是指如圖所示的相對位置。通常，實際的實施例可以具 有不同取向，并且在該情況下，該術語意指參照改變到裝置實際取向的相對位置。例如，即 使圖3中的構造相比圖中取向旋轉了 90度，表面312仍然被認為是犧牲層310的一“側”。雖然上面為了易于說明本發(fā)明的各個方面而詳細描述了本發(fā)明的具體實例，但是 應當理解，這并不旨在將本發(fā)明限于實例中所給出的具體內容。相反，本發(fā)明旨在涵蓋落入 所附權利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改形式、實施例和替代方案。
權利要求
一種發(fā)光裝置，包括發(fā)射藍光或紫外光的發(fā)光二極管(LED)，所述發(fā)光二極管附接到半導體構造，所述半導體構造包括再發(fā)光半導體構造，包括至少一層II VI化合物，所述II VI化合物把發(fā)射的藍光或紫外光的至少一部分轉換成更長波長的光；以及腐蝕停止構造，包括AlInAs或GaInAs化合物，所述腐蝕停止構造能夠抵抗可以腐蝕InP的腐蝕劑。
2.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述LED包括GaN基LED。
3.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述至少一層II-VI化合物包括勢阱。
4.根據權利要求3所述的發(fā)光裝置，其中所述勢阱包含Cd(Mg)ZnSe或ZnSeTe。
5.根據權利要求3所述的發(fā)光裝置，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括吸收層，所述 吸收層與所述勢阱毗鄰，并且具有比所述勢阱的躍遷能量大的帶隙能量。
6.根據權利要求5所述的發(fā)光裝置，其中所述吸收層緊鄰所述勢阱。
7.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述更長波長的光包括綠光。
8.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述更長波長的光包括紅光。
9.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物可以是在InP 上生長的假晶。
10.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物與InP晶格匹配。
11.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含AlGaInAs 化合物。
12.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含GaInAsP 化合物。
13.根據權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述AlInAs或GaInAs化合物包含 AlGaInAsP 化合物。
14.一種半導體構造，包括基底，包含能夠被第一腐蝕劑腐蝕的InP ；腐蝕停止構造，在所述基底上單片生長，并且包含AlInAs或GaInAs化合物，所述腐蝕 停止構造能夠抵抗所述第一腐蝕劑；再發(fā)光半導體構造，在所述腐蝕停止構造上單片生長，并且能夠把具有第一光子能的 光的至少一部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子能的光，所述再發(fā)光半導體構造包 括工工-^半導體勢阱，具有比所述第一光子能小的帶隙能量和與所述第二光子能基本上 相等的勢阱躍遷能；以及第一窗口構造，具有比所述第一光子能大的帶隙能量。
15.根據權利要求14所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括吸收層， 所述吸收層與所述勢阱毗鄰，具有比所述勢阱躍遷能大并且比第一光子能小的帶隙能量。
16.根據權利要求15所述的半導體構造，還包括發(fā)光二極管(LED))，所述LED發(fā)射具 有所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再發(fā)光半導體構造，所述窗口設置在所述吸 收層和所述LED之間。
17.根據權利要求14所述的半導體構造，其中所述第一光子能對應藍光或紫外光。
18.根據權利要求14所述的半導體構造，其中所述勢阱包含Cd(Mg)ZnSe或ZnSeTe。
19.一種半導體構造，包括包含GaAs的基底，能夠被第一腐蝕劑腐蝕；腐蝕停止構造，在所述基底上單片生長，并能夠抵抗所述第一腐蝕劑； 再發(fā)光半導體構造，在所述腐蝕停止構造上單片生長，并且包含II-VI勢阱，所述 II-VI勢阱具有勢阱躍遷能，所述再發(fā)光半導體構造能夠把具有第一光子能的光的至少一 部分轉換成具有比第一光子能小的第二光子能的光。
20.根據權利要求19所述的半導體構造，其中所述腐蝕停止構造為在GaAs上生長的假曰曰曰ο
21.根據權利要求19所述的半導體構造，其中所述腐蝕停止構造與GaAs晶格匹配。
22.根據權利要求19所述的半導體構造，其中所述腐蝕停止構造包含II-VI化合物、 AlGaAs、GaInP和BeTe中的至少一種。
23.根據權利要求19所述的半導體構造，其中所述II-VI勢阱包含CdZn⑶Se或 ZnSeTe0
24.一種發(fā)光裝置，包括發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)射具有第一光子能的光，并且 附接到根據權利要求19所述的半導體構造。
25.根據權利要求24所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括吸收層， 所述吸收層與所述勢阱毗鄰，具有比所述勢阱躍遷能大并且比第一光子能小的帶隙能量。
26.根據權利要求24所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括第一窗口 構造，所述第一窗口構造具有比所述第一光子能大的帶隙能量。
27.根據權利要求24所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括第一應變 補償層，以補償所述II-VI勢阱中的應變。
28.一種半導體構造，包括包含Ge的基底，能夠被第一腐蝕劑腐蝕；腐蝕停止構造，在所述基底上單片生長，并且包含(Al)GaInAS、(Al)GaAs.AlInP,GaInP 或Al(Ga)AsP,所述腐蝕停止構造能夠抵抗所述第一腐蝕劑；再發(fā)光半導體構造，在所述腐蝕停止構造上單片生長，并且能夠把具有第一光子能的 光的至少一部分轉換成具有比所述第一光子能小的第二光子能的光，所述再發(fā)光半導體構 造包括II-VI半導體勢阱，具有比所述第一光子能小的帶隙能量，和與所述第二光子能基本上 相等的勢阱躍遷能；以及吸收層，與所述勢阱毗鄰，具有比所述勢阱躍遷能大并且比所述第一光子能小的帶隙能量°
29.根據權利要求28所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括第一窗口 構造，所述第一窗口構造具有比所述第一光子能大的帶隙能量。
30.根據權利要求29所述的半導體構造，還包括發(fā)光二極管(LED)，所述LED發(fā)射具有 所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再發(fā)光半導體構造，所述窗口設置在所述吸收 層和所述LED之間。
31.根據權利要求28所述的半導體構造，其中所述第一光子能對應藍光或紫外光。
32.根據權利要求28所述的半導體構造，其中所述勢阱包含CdZn(S)Se或ZnSeTe。
33.一種半導體構造，包括 半導體基底，能夠抵抗第一腐蝕劑；半導體犧牲層，在所述基底上單片生長，并且能夠被所述第一腐蝕劑腐蝕； 再發(fā)光半導體構造，在所述犧牲層上單片生長，并且能夠把具有第一光子能的光的至 少一部分轉換成具有比所述第一光子能小的第二光子能的光，所述再發(fā)光半導體構造包 括工工-^半導體勢阱，具有比所述第一光子能小的帶隙能量和與所述第二光子能基本上 相等的勢阱躍遷能；以及吸收層，與所述勢阱毗鄰，具有比所述勢阱躍遷能大并且比所述第一光子能小的帶隙能量；其中，所述再發(fā)光半導體構造中的至少一些層能夠抵抗所述第一腐蝕劑。
34.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造還包括第一窗口 構造，所述第一窗口構造具有比所述第一光子能大的帶隙能量。
35.根據權利要求34所述的半導體構造，還包括發(fā)光二極管(LED)，所述LED發(fā)射具有 所述第一光子能的光，所述LED附接到所述再發(fā)光半導體構造，所述窗口設置在所述吸收 層和所述LED之間。
36.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述基底包含Ge和GaAs中的至少一種。
37.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述犧牲層包含Al、Mg、AlAs和Mg(Zn) Se中的至少一種。
38.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述犧牲層為在所述基底上生長的假曰曰曰ο
39.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述犧牲層與所述基底晶格匹配。
40.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述第一光子能對應藍光或紫外光。
41.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述勢阱包含Cd(Mg) ZnSeXdZn (S) Se或 ZnSeTe0
42.根據權利要求33所述的半導體構造，其中所述再發(fā)光半導體構造能夠抵抗所述第 一腐蝕劑。
43.一種半導體系統(tǒng)，包括多個分立光源，單片集成在第一基底上；以及半導體構造，包括第二基底，能夠被第一腐蝕劑腐蝕；腐蝕停止構造，在所述第二基底上單片生長，并且能夠抵抗所述第一腐蝕劑；以及 再發(fā)光半導體構造，在所述腐蝕停止構造上單片生長，并且能夠把所述多個分立光源 中的每一個光源發(fā)射的光的至少一部分轉換成更長波長的光；其中所述再發(fā)光半導體構造附接到并且覆蓋所述多個分立光源。
44.根據權利要求43所述的半導體系統(tǒng)，其中每個分立光源是III-VLED。
45.根據權利要求43所述的半導體系統(tǒng)，其中所述第二基底包含InP、GaAS和Ge中的一種。
46.根據權利要求43所述的半導體系統(tǒng)，其中所述腐蝕停止構造包含AlGalnAs、 GaInAsP、AlGaAs、GaInP、AlInP、GaInAs、AlInAs、GaAs 和 BeTe 中的一種。
47.根據權利要求43所述的半導體系統(tǒng)，其中所述再發(fā)光半導體構造包含II-VI勢阱。
48.一種制造半導體構造的方法，包括以下步驟(a)提供基底；(b)在所述基底上單片生長腐蝕停止層；(c)在所述腐蝕停止層上單片生長勢阱；(d)把所述勢阱粘合到光源；(e)用腐蝕停止層能夠抵抗的第一腐蝕劑去除所述基底；以及(f)用第二腐蝕劑去除所述腐蝕停止層。
49.根據權利要求48所述的方法，其中所述步驟(a)到(f)按順序實施。
50.根據權利要求48所述的方法，其中所述勢阱能夠把由所述光源發(fā)射的光的至少一 部分轉換成更長波長的光。
51.根據權利要求48所述的方法，還包括單片生長吸收層的步驟，所述吸收層與所述 勢阱毗鄰，并且具有比所述勢阱的躍遷能量大的帶隙能量。
52.根據權利要求48所述的方法，還包括單片生長窗口構造的步驟，所述窗口構造具 有比所述光源發(fā)射的光子能量大的帶隙能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光裝置及其制造方法。所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管(LED)，所述LED發(fā)射藍光或紫外光并且附接到半導體構造。所述半導體構造包括再發(fā)光半導體構造，所述再發(fā)光半導體構造包含至少一層II-VI化合物，并且把發(fā)射的藍光或紫外光的至少一部分轉換成更長波長的光。所述半導體構造還包括腐蝕停止構造，所述腐蝕停止構造包含AlInAs或GaInAs化合物。所述腐蝕停止構造能夠抵抗可以腐蝕InP的腐蝕劑。
文檔編號H01L33/50GK101939855SQ200880126542
公開日2011年1月5日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2007年12月10日
發(fā)明者孫曉光, 托馬斯·J·米勒, 邁克爾·A·哈斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司