电子器件制造技术

本发明专利技术涉及电子器件。一种电子器件包括扩展层和形成在所述扩展层上并与之接触的第一接触层。所述第一接触层由导热晶体材料形成，所述导热晶体材料具有高于或等于有源层材料的热导率的热导率。有源层包括一个或多个III族氮化物层。第二接触层形成在所述有源层上，其中所述有源层被垂直设置在第一和第二接触层之间以形成垂直薄膜叠层。

【技术实现步骤摘要】
电子器件相关申请数据本申请涉及共同受让的申请序列号为(TDB)(律师案号Y0R920120995US1 (163-609))，其被同时提交并通过弓I用结合到这里。
本专利技术涉及半导体处理，更具体地涉及使用晶片转移来形成III族氮化物电子器件的制造工艺和器件结构。
技术介绍
III族氮化物材料是一类特有的半导体材料族，其能被使用在广泛应用中，包括，例如，光电子、光伏电子和发光领域。III族氮化物材料是氮和至少一种III族元素的化合物，即，铝(Al)，镓(Ga)和铟(In)。一些常见的镓的氮化物示意性的示例是GaN、GaAlN和GaAlInN。通过改变III族氮化物材料中Al、Ga和/或In的成分，III族氮化物材料可沿电磁光谱调整；大体从210nm到1770nm。该光谱包括可见光发光二极管(LED)，这是超过100亿美元的工业并被预测以两位数的年增长率。这种对LED需求的持续增长使得基于III族氮化物的半导体器件的生长和制造的蓬勃发展。发光二极管(LED)是传统灯泡的高能效替代品。LED典型的是形成在衬底上并封装在芯片中。传统的衬底(如蓝宝石)的价格是高的，这导致LED芯片的价格增加。这种衬底不可重复使用。LED包括形成在衬底的同一侧上形成的前侧接触和后侧接触。不导电的衬底防止后侧接触布置，这导致所有的接触都形成在LED的一侧。这种并排(side-to-side)接触布置会导致电流群集效应，降低载流子注入。此外，传统蓝宝石衬底的热导率为约42W/m_k。蓝宝石衬底提供了边缘(marginal)热管理和导致更高的结温。这导致器件特性和寿命的降低。对于其他衬底，例如InGaN的折射率(neaN)为2.5，临界角(Θ约为23°，光提取效率期望值仅为4%，假设在LED结构中存在一个光逸出锥。这导致外量子效率降低，这因为产出光不能有效耦合出射。
技术实现思路
一种电子装置包括扩展层和形成在扩展层上并与之接触的第一接触层。第一接触层由导热晶体材料形成，该导热晶体材料具有高于或等于有源层材料的热导率的热导率。有源层包括一种或多种III族氮化物层。第二接触层形成在有源层上，其中有源层垂直设置在第一和第二接触层之间，以形成垂直薄膜叠层。另一电子装置包括二维材料扩展层，其具有1-5个单层(monolayer)的厚度。第一接触层形成在扩展层上并与之接触，用SiC晶体材料形成。有源层包括具有多个III族氮化物周期结构的多量子阱(MQW)结构，该多量子阱结构具有小于约IOOnm的总厚度。第二接触层形成在有源层上，其中有源层垂直设置在第一和第二接触层之间，以形成垂直发光二极管(LED)。一种无衬底电子装置包括第一接触层，其用导热SiC晶体材料形成，该导热SiC晶体材料具有高于或等于有源层材料的热导率的热导率。有源层包括一个或多个III族氮化物层，且第二接触层形成在有源层上，其中有源层垂直设置在第一和第二接触层之间，以形成垂直薄膜叠层。一种晶片转移方法，包括在单晶衬底上形成扩展层，扩展层包括具有在两个维度上的强键和第三维度上的弱键的材料；在扩展层上生长成晶体层；在晶体层上形成一个或多个III族氮化物层；将在一个或多个III族氮化物层晶片接合至处理衬底；以及并沿着弱键分裂该扩展层以去除该单晶衬底。另一用于晶片转移以形成电子装置的方法，包括在单晶衬底上形成扩展层；在扩展层上生长晶体层以形成第一接触层；在该晶体层上形成包括一层或多层III族氮化物层的有源层；在有源层上形成第二接触层，其中该有源层垂直设置在第一和第二接触层之间；将第二接触层晶片接合至处理衬底；以及分裂该扩展层以去除该单晶衬底。一种用于晶片转移以形成发光二极管的方法，包括在单晶SiC衬底上形成扩展层，其包括一到五个石墨烯的单层；生长晶体SiC层以形成第一接触层；在晶体SiC层上形成包括一层或多层的GaN层的有源层；在有源层上形成第二接触层，其中该有源层垂直设置在第一和第二接触层之间；将该第二接触层晶片接合至处理衬底；以及分裂该扩展层以去除该单晶SiC衬底。另一种用于晶片转移的方法，包括在单晶衬底上形成扩展层，该扩展层包括具有两个维度上的强键和第三维度上的弱键的材料，该扩展层被延展以与单晶衬底晶格匹配；在扩展层上生长晶体层；在该晶体层上形成一层或多层的半导体层；转移该一层或多层的半导体层至处理衬底；以及沿弱键分裂该扩展层以去除该单晶衬底。又一种用于晶片转移的方法，包括在单晶SiC衬底上形成扩展层，其包括石墨烯；形成包括与晶体SiC层晶格匹配的一层或多层的半导体层；转移该半导体层至处理衬底；以及分裂该扩展层以去除单晶SiC衬底。根据以下对示例性实施例的详细描述(其与附图相结合地阅读)，这些以及其他的特点和优点将是显而易见的。【附图说明】结合附图，本公开在以下优选实施例中的描述中提供细节其中:图1是根据本专利技术的原理的具有形成在单晶衬底和晶体材料之间的扩展层的结构的横截面图；图2是根据本专利技术的原理的接合至处理衬底并在扩展层处分离的图1的晶片结构的横截面图；图3A-3E显示根据一个实施例的用于提供无应力GaN层的方法步骤；图4是根据一个示例性实施例的具有SiC和石墨烯层的发光二极管结构的横截面图；图5是根据一个示例性的实施例的具有附加接触层的图4的发光二极管结构的横截面图；图6是根据另一示例性实施例的具有SiC和石墨烯层的发光二极管结构的横截面图；图7是根据一个示例性实施例的具有附加接触层的图6的发光二极管结构的横截面图；图8是根据本专利技术的原理的具有形成在晶体材料之间用于减小应力的缓冲层的结构的横截面图。图9A是根据本专利技术的原理的具有垂直结构并包括背反射器的LED的横截面图。图9B是根据现有技术的分离接触结构的横截面图。图10是根据一个示例性实施例的显示反射接触和粗糙表面的LED结构横截面图；以及图11是根据示例性实施例的示出了制造LED的方法的方块/流程图。【具体实施方式】根据本专利技术原理，一种先进的方法被提供以制造半导体器件，如发光二极管(LED)，其旨在解决传统方法和器件的不足。在特别有效的实施例中，衬底材料和它们的处理被改变。SiC衬底包括可被从SiC衬底(不像蓝宝石或硅)去除的LED外延层或有源层。因而，衬底能被重复使用。由于LED外延层能独立存在(不需要基础衬底)，两个接触(即，顶和背接触)能被布置在外延层的相对的侧面，从而能优化电流注入和性能。这进一步使得垂直LED(VLED)集成体优于横向LED的形成。VLED具有更佳的能量输出。去除热传导差的衬底(即蓝宝石或硅)能使得更高的热导率(如SiC层和/或AlN基片)来作为热转移层至热沉来降低结温。在衬底被去除后，诸如表面粗化或光子晶体使用的光提取技术能被更容易地实施。在一个实施例中，该外延或有源层材料可包括GaN，与蓝宝石相比，由于硬度更低它更易于被构图。硅可吸收可见光，举例来说，产生光的一半将被硅吸收，SiC对于可见光是透明的。其他的优点、结构和方法将被描述以获得根据本专利技术原理的进一步的这些和其它示意性目的。可以理解的是，本专利技术将关于给定的示例性结构被描述；然而，其他构造、结构、衬底材料和工艺特征以及步骤可在本专利技术的范围内调整。同样可理解的是，当元件诸如层、区域或衬底被称为“在另一个元件上或之上”时，这可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子器件，包括：扩展层；第一接触层，形成在所述扩展层之上并与之接触并且由导热晶体材料形成，所述导热晶体材料的热导率大于或等于有源层材料的热导率；有源层，包括一个或多个III族氮化物层；以及第二接触层，形成在所述有源层之上，其中所述有源层垂直设置在所述第一和第二接触层之间以形成垂直薄膜叠层。

【技术特征摘要】
2013.02.05 US 13/759,7111.一种电子器件，包括: 扩展层； 第一接触层，形成在所述扩展层之上并与之接触并且由导热晶体材料形成，所述导热晶体材料的热导率大于或等于有源层材料的热导率； 有源层，包括一个或多个III族氮化物层；以及 第二接触层，形成在所述有源层之上，其中所述有源层垂直设置在所述第一和第二接触层之间以形成垂直薄膜叠层。2.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述扩展层包括I到5个石墨烯单层。3.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述有源层包括多量子阱(MQW)结构。4.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述MQW结构包括具有小于大约IOOnm的总厚度的多个GaN/InGaN周期。5.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述导热晶体材料包括SiC。6.根据权利要求5所述的电子器件，其中所述SiC包括在大约0.3nm和大约300nm之间的厚度。7.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述第一接触层包括与所述导热晶体材料接触的GaN。8.根据权利要求1所述的电子器件，进一步包括阻挡层，其形成在所述接触层中的一个和所述有源层之间。9.根据权利要求8所述的电子器件，其中所述阻挡层包括AlGalnN。10.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述第一接触层和所述第二接触层被分离，距离为IOOnm或更小。11.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述第一接触层和所述第二接触层被相反掺杂且都包括GaN。12.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述扩展层包括WS2或MoS2中的一个。13.根据权利要求1所述的电子器件，其中所述电子器件包括发光二极管(LED)、晶体管和/或光子器件中的一种或多种。14.一种电子器件，包括， 二维材料扩展层，具有1-5单层的厚度； 第一接触层，形成在所述扩展...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·巴伊拉姆，J·O·初，C·蒂米特拉克普洛斯，金志焕，朴弘植，D·K·萨达那，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US