从半导体衬底移除半导体层的方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC第119(e)条要求以下共同未决且共同转让的申请的权益：

由Srinivas Gandrothula和Takeshi Kamikawa于2018年5月30日提交的、题为“从半导体衬底移除半导体层的方法(METHOD OF REMOVING SEMICONDUCTING LAYERS FROM ASEMICONDUCTING SUBSTRATE)”、代理人案卷号为G&C 30794.0682USP1(UC 2018-614-1)的美国临时申请序列号62/677,833；

该申请通过引用并入本文。

本申请与以下共同未决且共同转让的申请相关：

由Takeshi Kamikawa和Srinivas Gandrothula于2019年5月17日提交的、题为“用于分割一个或多个器件的条的方法(METHOD FOR DIVIDING A BAR OF ONE OR MOREDEVICES)”、代理人案卷号为30794.0681WOU1(UC 2018-605-2)的PCT国际专利申请号PCT/US19/32936，该申请根据35USC第119(e)条要求由Takeshi Kamikawa和SrinivasGandrothula于2018年5月17日提交的、题为“用于分割一个或多个器件的条的方法(METHODFOR DIVIDING A BAR OF ONE OR MORE DEVICES)”)、代理人案卷号为G&C 30794.0682USP1(UC 2018-605-1)的共同未决且共同转让的美国临时申请序列号62/672,913的权益；

由Takekawa Kamikawa、Srinivas Gandrothula、Hongjian Li和Daniel A.Cohen于2018年5月7日提交的、题为“移除衬底的方法(METHOD OF REMOVING A SUBSTRATE)”、代理人案卷号为30794.0653WOU1(UC2017-621-2)的PCT国际专利申请号PCT/US18/31393，该申请根据35USC第119(e)条要求由Takeshi Kamikawa、Srinivas Gandrothula、LiHongjian和Daniel A.Cohen于2017年5月5日提交的、题为“移除衬底的方法(METHOD OFREMOVING A SUBSTRATE)”、代理人案卷号为30794.0653USP1(UC2017-621-1)的共同未决且共同转让的美国临时专利申请号62/502,205号的权益；以及

由Kamikawa Takeshi、Srinivas Gandrothula和Hongjian Li于2018年9月17日提交的、题为“使用裂开技术移除衬底的方法(METHOD OF REMOVING A SUBSTRATE WITH ACLEAVING TECHNIQUE)”、代理人案卷号为30794.0659WOU1(UC 2018-086-2)的PCT国际专利申请号PCT/US18/51375，该申请根据35USC第119(e)条要求由Takeshi Kamikawa、SrinivasGandrothula和Hongjian Li于2017年9月15日提出的、题为“使用裂开技术移除衬底的方法(METHOD OF REMOVING A SUBSTRATE WITH A CLEAVING TECHNIQUE)”、代理人案卷号为30794.0659USP1(UC2018-086-1)的共同未决且共同转让的美国临时专利申请号62/559,378的权益；

所有这些申请都通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种使用剥离技术从半导体衬底移除半导体外延层(epitaxiallayer)的方法。

背景技术

在本发明中，我们聚焦于从基于III族氮化物的衬底移除III族氮化物外延层，然而，总体上，本发明可以应用于所有半导体衬底。

许多器件制造商已使用独立式体GaN衬底来生产用于照明、光学存储和其它目的的激光二极管(LD)和发光二极管(LED)。GaN衬底是有吸引力的，因为容易通过在GaN衬底上的同质外延生长来获得具有低缺陷密度的高质量的基于III族氮化物的半导体层。

然而，通常使用HVPE(氢化物气相外延)生产的GaN衬底是非常昂贵的。而且，非极性和半极性GaN衬底比极性(c平面)GaN衬底更昂贵。例如，2英寸极性GaN衬底的成本约为每晶片1,000美元，而2英寸非极性或半极性GaN衬底的成本约为每晶片10,000美元。

结果，研究人员已经研究在制造器件后从GaN衬底移除基于III族氮化物的半导体层。这种技术将导致可以回收GaN衬底，最终将为客户提供非常便宜和高质量的GaN器件。

使用激光烧蚀或其它技术，容易在异质界面上从异物(foreign)衬底(诸如，蓝宝石/GaN、Si/GaN等)移除外延层。然而，GaN衬底和基于III族氮化物的半导体层缺乏异质界面，这使得难以从GaN衬底移除基于III族氮化物的半导体层。

因此，需要一种以容易的方式从基于III族氮化物的衬底或层移除基于III族氮化物的半导体层的技术。

在一种先前的技术中，GaN层在拉伸应变下被金属的应力源层剥落。例如，参见《应用物理快报(Applied Physics Express)》6(2013)112301、美国专利号8,450,184、美国专利号9,748,353、美国专利号9,245,747和美国专利号9,058,990，这些通过引用并入本文。具体地，本技术在GaN层的中间使用剥落。

然而，剥落平面上的表面形态是粗糙的，并且无法控制剥落位置。此外，本移除方法可能由于要移除的层中的过度弯曲而损坏半导体层，这可能导致沿非预期方向的开裂。因此，有必要减少任何这种损坏和表面粗糙度。

另一种常规技术是使用牺牲层的光化学(PEC)蚀刻来从GaN衬底移除器件结构，但这需要很长时间，并且涉及数个复杂的工艺。而且，这些工艺的良率还没有达到工业期望。

因此，在本领域中需要改善从基于III族氮化物的半导体层移除基于III族氮化物的衬底的方法，尤其是在GaN衬底上生长GaN薄膜的情况下。本发明满足了该需要。

发明内容

为了克服上述现有技术中的限制，并为了克服在阅读和理解本说明书后将变得显而易见的其它限制，本发明公开了一种使用聚合物/胶黏剂膜和受控的温度和压力环境从半导体衬底移除岛状半导体层的方法，特别是从基于III族氮化物的衬底或异质衬底移除岛状III族氮化物半导体层。

该方法使用外延横向过度生长(ELO)机制将基于III族氮化物的半导体层形成为岛状结构，该岛状结构包括在每个岛状结构的下部向内延伸到该岛状结构中央的水平沟槽。应力施加到岛状结构是由于岛状结构与结合到岛状结构的聚合物/胶黏剂膜之间的热膨胀的差异。选择聚合物/胶黏剂膜以具有至少与衬底不同的(例如更大的)热膨胀系数。

一旦移除，衬底(特别是基于III族氮化物的衬底或异质衬底)就可以被回收，从而节省器件制造的成本。另外，本方法确保100％的良率，因为它可以在相同的衬底上多次应用，直到移除所有岛状结构，而无需延长前置时间。

该方法在制造激光二极管和发光二极管方面都具有优势，即，容易移除基于III族氮化物的衬底或异质衬底，对基于III族氮化物的半导体层的破坏很小，平滑裂开表面，并以较低的成本缩短处理时间。

附图说明

现在参考附图，其中，相同的附图标记始终表示对应的部分：

图1(a)和1(b)图示了根据本发明的类型1设计制造的器件结构，其中，图1(a)是横截面视图，且图1(b)是顶视图。

图2(a)是激光二极管器件的典型结构，且图2(b)是发光二极管器件。

图3(a)和图3(b)分别表示类型2和类型3设计；图3(c)图示了干蚀刻的类型3设计；图3(d)示出了类型2设计的子掩模贴片之一的放大顶视图，其还图示了在干蚀刻类型3设计之后所得到的子掩模贴片图案；图3(e)示出了横截面视图；并且图3(f)和3(g)分别图示了类型2和类型3设计的激光二极管和发光二极管器件的典型结构。

图4(a)图示了用于本发明的类型4设计的典型掩模；图4(b)从顶视图示出了类型4设计的外延横向过度生长层，并且其横截面视图在图4(c)中示出；图4(d)是类型4设计的器件的典型结构；并且图4(e)、4(f)、4(g)和4(h)示出了使用类型4设计的可能设计图案的示意图。

图5(a)和5(b)是分别图示用于生长III族氮化物层和溶解生长限制掩模的步骤的示意图。

图6(a)和6(b)是用于如图6(a)所示的在类型1和类型4设计的顶部上以及如图6(b)所示的在类型2和类型3设计的顶部上放置聚合物/胶黏剂膜的步骤的示意图。

图7(a)、7(b)、7(c)和7(d)是用于对如图7(a)所示的类型1和类型4设计和对如图7(b)所示的类型2和类型3设计施加压力、以及用于对如图7(c)和7(d)所示的使用可压缩材料在设计的外延横向过度生长层上施加聚合物/胶黏剂膜的步骤的示意图。

图8(a)和8(b)是本发明中提到的技术之一的构思验证的图像，其中，当一次移除至少两个外延横向过度生长层时，聚合物/胶黏剂膜不必到达基于III族氮化物的衬底。

图9(a)、9(b)和9(c)是示出用于本发明的原始装备的示意图和拍摄图像。

图10是根据本发明降低或升高结构的温度的步骤的示意图。

图11(a)是在生长限制掩模的开口区域上生长的外延横向过度生长层的示意图，且图11(b)是在外延横向过度生长层与靠近开口区域的边缘的衬底之间的界面处的横截面透射电子显微镜(TEM)图像。

图12(a)是具有实现本发明所需功能和元件的商业化自动化腔室的示意图；且图12(b)是图示工艺流程的流程图。

图13(a)是放置聚合物/胶黏剂膜之后的衬底的示意性表示；图13(b)从顶视图表示聚合物/胶黏剂膜的剥离方向；且图13(c)从横截面视图表示聚合物/胶黏剂膜的剥离方向。

图14(a)、14(b)和14(c)是描绘在岛状III族氮化物半导体层中形成水平沟槽的一种方式的示意图。

图15(a)和15(b)是用于实现本发明的替代膜的示意图。

图16是在设计激光二极管器件时涉及的典型层的示意性表示，以及在外延横向过度生长的翼区域上的示意图。

图17(a)和17(b)图示了如何执行芯片刻划。

图18(a)、18(b)、18(c)、18(d)和18(e)是在移除岛状III族氮化物半导体层之前和之后的基于III族氮化物的衬底的(0001)表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；图18(f)、18(g)和18(h)是聚合物/胶黏剂膜上移除的岛状III族氮化物半导体层的光学显微镜图像；且图18(i)和18(j)是移除的岛状III族氮化物半导体层的背表面的SEM图像。

图19(a)和19(b)是在实践本发明时，当不施加温度时，从c平面衬底移除外延横向过度生长层之后的参考图像。

图20(a)、20(b)、20(c)和20(d)是从基于III族氮化物的衬底的(10-10)表面移除岛状III族氮化物半导体层之前和之后的光学显微镜图像；图20(e)示出了在聚合物/胶黏剂膜上移除的外延横向过度生长层的光学显微镜图像，指示了可以使用本发明移除的开口区域的范围；且图20(f)是使用本发明移除的聚合物/胶粘剂膜上的不规则形状的光学显微镜图像。

图21(a)、21(b)、21(c)、21(d)和21(e)是图示本发明中提到的类型2设计的构思验证演示的光学显微镜图像，其中，图21(b)、21(c)和21(d)是在聚合物/胶黏剂膜上移除的外延横向过度生长层的光学显微镜图像，且图21(a)和21(e)是移除外延横向过度生长层之后的衬底图像。

图22(a)、22(b)、22(c)和22(d)是图示本发明中提到的类型4设计的构思验证的演示的光学显微镜图像，其中，图22(a)、22(c)和22(d)是移除外延横向过度生长层之后的衬底图像，且图22(b)示出了聚合物/胶黏剂膜上的外延横向过度生长层。

图23(a)示出了在移除具有宽度为2μm、4μm和6μm的开口区域的岛状III族氮化物半导体层之后的具有(10-10)、(20-21)、(20-2-1)取向的衬底的光学显微镜图像；且图23(b)示出了从具有(10-10)、(20-21)、(20-2-1)取向的衬底移除聚合物/胶黏剂膜上的外延横向过度生长层的图像。

图24是在已经移除外延横向过度生长层之后的m平面衬底的表面的图像。

图25(a)、25(b)、25(c)、25(d)和25(e)是从基于III族氮化物的衬底移除之前和之后的由AlGaN构成的外延横向过度生长层的光学显微镜图像。

图26包括示意图和SEM图像两者，图示了SiO

图27(a)、27(b)、27(c)和27(d)是用于实现本发明的聚合物/胶黏剂膜的替代贴附方法的示意图，其中，这些技术在降低或升高温度时修改施加的应力。

图28(a)、28(b)、28(c)、28(d)、28(e)和28(f)是已经使用聚合物/胶黏剂膜从衬底移除岛状III族氮化物半导体层之后，使用MOCVD在具有(10-10)、(10-11)、(20-21)、(30-31)、(11-22)、(10-1-1)、(20-2-1)、(30-3-1)和(11-2-2)的取向的衬底上生长的岛状III族氮化物半导体层的光学显微图像。

图29(a)、29(b)、29(c)和29(d)是聚合物/胶黏剂膜的替代贴附方法的示意图，该方法在降低或升高温度的同时修改施加的应力。

图30(a)、30(b)、30(c)和30(d)是示出如何使用聚合物/胶黏剂膜并施加局部热应力从大规模晶片剥离外延层的示意图。

图31(a)、31(b)、31(c)和31(d)是示出在衬底上生长至少两个外延横向过度生长层之后如何在选择区域处剥离至少两个外延横向过度生长层的示意图。

图32(a)、32(b)和32(c)是示出如何使用本发明的激光二极管器件来大量生产显示器的示意图，而图32(d)和32(e)是示出如何使用本发明的发光二极管器件来大量生产显示器的示意图。

图33是示出如何在选择区域处从生长的衬底剥离至少一个外延横向过度生长层的示意图和流程图。

图34(a)是使用开口区域为50μm且掩模条带为50μm的生长限制掩模在m平面衬底上生长的外延横向过度生长层的图像；且图34(b)是使用本发明转印到聚合物/胶黏剂膜上的外延横向过度生长层的图像。

图35(a)是使用开口区域为100μm且掩模条带为50μm的生长限制掩模在m平面衬底上生长的外延横向过度生长层的图像；且图35(b)是使用本发明转印到聚合物/胶黏剂膜上的外延横向过度生长层的图像。

图36(a)是使用开口区域为200μm且掩模条带为50μm的生长限制掩模在m平面衬底上生长的外延横向过度生长层的图像；且图36(b)是使用本发明转印到聚合物/胶黏剂膜上的外延横向过度生长层的图像。

图37包括在开口区域处移除岛状III族氮化物半导体层之后的衬底的表面的图像。

图38(a)和38(b)是图示在开口区域处移除岛状III族氮化物半导体层之后的衬底表面的示意图。

图39是图示从衬底移除半导体层的方法的流程图。

具体实施方式

在以下优选实施例的描述中，参考了可以实践本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构化改变。

概述

本发明公开了一种通过将外延半导体层分离为岛状结构而从半导体衬底移除外延半导体层的方法，该岛状结构具有在结构的下部向内延伸到该岛状结构中央的水平沟槽。干法蚀刻和化学蚀刻或外延横向过度生长(ELO)的组合是形成水平沟槽的两种选择；然而，本发明不限于这些选择。ELO方法对于在基于III族氮化物的半导体层上获得水平沟槽特别有用。

通过以下方式从基于III族氮化物的衬底或异质衬底移除外延生长基于III族氮化物的半导体层：使用聚合物/胶黏剂膜，结合受控的参数，诸如在将膜接合到基于III族氮化物的半导体层之后升高或降低温度，并且在将一定量的压力施加到膜和基于III族氮化物的半导体层上时降低或升高温度，随后裂开或开裂基于III族氮化物的半导体层以将其从衬底移除，以及然后回收衬底。

只要能够通过生长限制掩模来生长III族氮化物层，就可以使用任何基于III族氮化物的衬底，诸如GaN。而且，该技术可以应用于从基于III族氮化物的衬底的任何平面移除III族氮化物半导体层，而与晶体取向无关。

在替代实施例中，异物或异质衬底(诸如，蓝宝石(Al

基于III族氮化物的半导体层和基于III族氮化物的衬底指代与具有式B

在基于III族氮化物的衬底和/或中间层上或上方外延生长岛状III族氮化物半导体层。岛状III族氮化物半导体层的质量非常高，并且由基于III族氮化物的半导体层构成的器件具有非常高的质量。然而，难以将基于III族氮化物的半导体层与基于III族氮化物的衬底分离。已经发现，使用聚合物/胶黏剂膜在受控的温度和压力下，可以容易地从基于III族氮化物的衬底移除ELO III族氮化物层。

一种技术是在该衬底移除技术中使用生长限制掩模，其可以是电介质膜或金属，诸如SiO

生长限制掩模被图案化，并且岛状III族氮化物半导体层从ELO III族氮化物层开始在图案化的掩模上生长。相邻的岛状III族氮化物半导体层不合并，这在它们之间留下作为凹陷区域的空间，随后该空间将用于从衬底上开裂或裂开基于III族氮化物的半导体层。而且，ELO III族氮化物层的非合并图案有助于释放层的内部应变，避免任何开裂的发生，从而改善使用该技术制成的器件的性能。另外，岛之间的空间通过提供到达更深侧面的接入来增强聚合物/胶黏剂膜与基于III族氮化物的半导体层之间的接触部分。

特别地，紫外(UV)光学器件领域正经历着与III型氮化物半导体领域类似的问题。为了实现功能性的UV光学器件，必须在支持这些层生长的衬底上生长更高的AlGaN、AlN等铝组分外延层。并且，最后，优选地移除对期望的操作波长吸收的衬底以用于适当的器件操作。本发明将通过以下来满足这两个需求：在外延层中没有显著应力的情况下经由岛状图案生长促进外延层中更高的铝组分，以及通过实践下面提到的技术从器件移除不必要的衬底。

此方法的断裂点在器件层与衬底表面之间的界面周围。断裂点取决于衬底平面、衬底材料和生长限制掩模厚度和材料而不同。

此方法在移除衬底之前，使用氢氟酸(HF)、缓冲HF(BHF)或其它蚀刻剂溶解掩模。此后，通过在外延层的顶部上轻微施加压力，将基于III族氮化物的半导体层接合到聚合物/胶黏剂膜上，其中，随后将该膜化学溶解在溶剂中。

在溶解生长限制掩模之后，将聚合物/胶黏剂膜贴附到III族氮化物半导体层上。在另一个实施例中，观察到当有效地缠绕膜使得在ELO生长的III族氮化物半导体层与聚合物/胶黏剂膜之间达到最大的接触区域时，获得更好的良率。为实现此，使用相邻的岛状层之间的空间。

优选地，聚合物/胶黏剂膜包括两个或更多个层。例如，在两个层中，比底层更硬的顶层接触外延层。通过这样的结构，在向层施加压力之前，可以容易地将底层放置在相邻的岛状基于III族氮化物的半导体层之间的凹陷部分中。通过这样做，聚合物/胶黏剂膜可以有效地从岛状基于III族氮化物的半导体层的侧分面(facet)施加压力。此外，在施加聚合物/胶黏剂膜时改变温度(例如降低温度)来避免当回缩聚合物/胶黏剂膜时形成开裂。

在将聚合物/胶黏剂膜贴附到岛状基于III族氮化物的半导体层之后，对组合施加压力，并将该结构插入液氮浴中以更改组合的温度。然后将组合从温度浴中抽出，并通过吹送干氮气使其恢复至室温。

本发明的一项关键技术是降低聚合物/胶黏剂膜和衬底的温度，这导致两种机制同时发生。一种是使用聚合物/胶黏剂膜与岛状基于III族氮化物的半导体层之间的差异向岛状基于III族氮化物的半导体层(在凸状和凹状区域)施加压力。另一种是通过降低温度来硬化聚合物/胶黏剂膜。这两种机制使得容易有效且均匀地向岛状基于III族氮化物的半导体层施加压力。而且，非常优选的是，聚合物/胶黏剂膜的底表面至少到达凸状区域的表面的下方。通过这样做，压力被有效地施加到岛状基于III族氮化物的半导体层。

在此温度循环期间由聚合物/胶黏剂膜经历的快速收缩和膨胀冲击，以及聚合物/胶黏剂膜与岛状基于III族氮化物的半导体层之间的热膨胀和收缩行为的差异在层与衬底之间的界面处引发开裂或裂开。

也可以通过升高和降低温度来实践本技术。而且，可以使用具有与基于III族氮化物的衬底不同的热膨胀的非柔性支撑衬底。然后在接合聚合物/胶黏剂膜之后加热组合。由于衬底之间的热膨胀的差异，应力被施加到接合到支撑衬底的岛状基于III族氮化物的半导体层。

此应力施加在岛状的基于III族氮化物的半导体层与基于III族氮化物的衬底之间的最弱点处，即在生长限制掩模的开口区域处的ELO III族氮化物层。断裂从在生长限制掩模的边缘处的开口区域的一侧开始，并继续进行到边缘的相对侧。

器件或芯片大小，即岛状III族氮化物半导体层的宽度，通常比沿剥离的表面的剥离的长度更宽。结果，可以使用较小的力或压力来移除岛状基于III族氮化物的半导体层。这避免了器件的退化和良率的降低。

剥离或裂开技术使用触发器开始(断裂)裂开。触发器可以是由热膨胀的差异引起的应力，但是也可以使用其它触发器。例如，诸如超声波的机械力可以用作裂开技术的触发器。

而且，开裂或裂开触发可以发生在开口区域的侧面的脆弱区域处，该脆弱区域特别地出现在ELO生长机制的情况下。ELO III族氮化物层在衬底与生长限制掩模之间的界面附近的开口区域的侧面处的生长限制掩模上弯曲。在弯曲工艺期间，源自衬底的开口区域的缺陷也会向生长限制掩模弯曲，导致在界面处的开口区域的侧面处存在与外延层的其它部分相比更高缺陷密度的区域，以在开口区域的侧面附近得到脆弱区域。

如果使用机械力，则可以快速地且以非常弱的应力实现对基于III族氮化物的衬底的移除。此外，裂开点可以是楔形，这简化了裂开。裂开点的形状对于实现高良率是重要的。

使用这些方法，可以容易地从基于III族氮化物的衬底和晶片(包括大尺寸晶片，例如超过2英寸)移除器件层。对于需要AlGaN层的器件，这非常有用，尤其是在高Al含量层的情况下。

技术说明

总体上，本发明描述了一种用于制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上直接或间接形成具有多个开口区域的生长限制掩模，其中，衬底是基于III族氮化物的半导体；以及使用生长限制掩模在衬底上生长多个岛状III族氮化物半导体层，使得生长在平行于生长限制掩模的条带状开口区域的方向上延伸，并且防止了岛状III族氮化物半导体层的合并。

但是，本发明不限于不合并的层。例如，外延横向过度生长可能在某些区域掩埋了生长限制掩模。在那种情况下，生长限制掩模首先通过干法蚀刻工艺被暴露，并且然后使用化学蚀刻剂将其溶解，从而将识别出凸凹形状区域。

可以通过使用湿法蚀刻技术至少部分地溶解生长限制掩模来从基于III族氮化物的衬底移除基于III族氮化物的半导体层。然后，使用剥离(裂开)技术将基于III族氮化物的半导体层与基于III族氮化物的衬底分离。

n电极和接合垫沉积在器件的相对侧。相对侧是从衬底移除的分面。当然，电极可以设置在顶表面上。器件可以是发光二极管、激光二极管、肖特基势垒二极管或金属氧化物半导体场效应晶体管、微型发光二极管、垂直腔表面发射激光器件。

最后，移除的基于III族氮化物的衬底然后可以通过抛光衬底的表面而被回收。重复这些步骤，并且再次将基于III族氮化物的半导体层沉积在基于III族氮化物的衬底上。

具体而言，该方法包括以下步骤：

1、半导体层

本发明应用于生长限制掩模设计的下列变化，然而，本发明不限于这些设计。外延GaN层生长在以生长限制掩模图案化的基于III族氮化物的衬底上，该生长限制掩模包含以下任何材料，例如SiO

图1(a)和1(b)图示了根据类型1设计制造的器件结构，其中，图1(a)是横截面视图，图1(b)是顶视图。

在该示例中，提供基于III族氮化物的衬底101(诸如体GaN衬底101)，并且在衬底101上或上方形成生长限制掩模102。在生长限制掩模102中限定开口区域103，从而导致生长限制掩模102具有条带。

生长限制掩模102的宽度范围为50μm至100μm，间隔为2μm至200μm，其中，开口区域103的长度在第一方向111上延伸，开口区域103的宽度在第二方向112上延伸，如图1(b)所示。对于半极性和非极性基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102的条带垂直于<11-20>轴，并且对于C平面基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102的条带沿非极性方向。

当使从生长限制掩模102中的相邻开口区域103生长的ELO III族氮化物层105不合并在生长限制掩模102的顶部上时，产生非生长区域104。优化生长条件，使得ELO III族氮化物层105在其翼区域上的横向宽度为20μm。

附加的III族氮化物半导体器件层106沉积在ELO III族氮化物层105上或上方，并且可以包括有源区域106a、电子阻挡层(EBL)106b和包覆层106c以及其它层。

ELO III族氮化物层105的厚度是重要的，因为它确定一个或多个平坦表面区域107的宽度以及在其与非生长区域104相邻的边缘处的层弯曲区域108。平坦表面区域107的宽度优选地为至少5μm，并且更优选地为10μm或更大，并且最优选地为20μm或更大。

将ELO III族氮化物层105和附加的III族氮化物半导体器件层106称为岛状III族氮化物半导体层109，其中，相邻的岛状III族氮化物半导体层109由非生长区域104分离。岛状III族氮化物半导体层109之间的距离是非生长区域104的宽度。彼此相邻的岛状III族氮化物半导体层109之间的距离通常为20μm或更小，并且优选地为5μm或更小，但不限于这些值。

每个岛状III族氮化物半导体层109可以被处理成分离的器件110。在平坦表面区域107和/或开口区域103上处理器件110，该器件110可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、肖特基势垒二极管(SBD)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。此外，器件110的形状通常包括条。

图2(a)示出了被处理为包括脊条带的激光二极管器件110，该脊条带由透明导电氧化物(TCO)层201、二氧化锆(ZrO

在类型2设计中，如图3(a)所示，生长限制掩模102具有数个子掩模301。每个子掩模301的长度和宽度尺寸在30μm至300μm之间变化。在每个子掩模301中，生长限制掩模102具有宽度为3μm至7μm且间隔为7μm至3μm的开口区域103。使在每个子掩模301中生长的ELOIII族氮化物层105合并，并注意停止相邻子掩模301之间的合并。

在类型3设计中，如图3(b)所示，生长限制掩模102具有宽度为3μm至7μm且间隔为7μm至3μm的开口区域103，该开口区域103贯穿整个生长限制掩模102被图案化，其中，对于半极性和非极性基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102的条带垂直于<11-20>轴，而对于C平面基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102的条带沿非极性方向。

如图3(b)所示，使从生长限制掩模102中的开口区域103生长的ELO III族氮化物层105合并在覆盖整个表面的生长限制掩模102的顶部上。然后，经由在区域303中的蚀刻，将ELO III族氮化物层105分割为子掩模301贴片302，如图3(c)所示。在图3(d)中放大了子掩模301贴片302。

在图3(e)中示出了包括衬底101、生长限制掩模102、开口区域103和岛状III族氮化物半导体层109的所得到的结构的横截面侧视图。如图3(f)所示，可以执行脊工艺以形成LD器件110，该LD器件110可以包括TCO层201、ZrO

图4(a)中图示了类型4的设计，其中，生长限制掩模102具有在整个衬底101上图案化的开口区域103，该开口区域103的宽度为30μm至100μm，间隔为20μm至30μm。如图4(b)所示，在开口区域103上生长ELO III族氮化物层105。图4(c)示出了生长的ELO III族氮化物层105的横截面视图。图4(d)示出了沉积在岛状III族氮化物半导体层109上的TCO层201和p型垫203。

可替代地，具有不同于正方形或矩形的开口区域103形状的生长限制掩模102可以通过维持掩模102的开口区域103至少大于1μm

2、移除生长限制掩模

图5(a)示出了生长之后的衬底101、生长限制掩模102、开口区域103和岛状III族氮化物半导体层109。如图5(b)所示，然后使用诸如氢氟酸(HF)或缓冲的HF的化学溶液移除生长限制掩模102，从而水平沟槽501在岛状III族氮化物半导体层109下方。可替代地，也可以实施干法蚀刻来移除生长限制掩模102。

3、贴附膜

如图6(a)和6(b)所示，在溶解生长限制掩模102之后，将聚合物/胶黏剂膜601施加到岛状III族氮化物半导体层109。聚合物/胶黏剂膜601优选地具有H

观察到，在邻近的岛状III族氮化物半导体层109之间留有非生长区域104有助于聚合物/胶黏剂膜601舒适地适合岛状III族氮化物半导体层109的形状，从而改善移除的器件110的质量和良率。在此设计中，在类型1和类型4设计中，非生长区域104位于邻近的岛状III族氮化物半导体层109之间，在类型2设计中，非生长区域104位于邻近的贴片302之间，并且在类型3设计中，非生长区域104是分割相邻贴片302的蚀刻部分。

4、施加压力

图7(a)和7(b)图示了在贴附聚合物/胶黏剂膜601之后，如何使用合适的工具701将聚合物/胶黏剂膜601抵靠在岛状III族氮化物半导体层109的一个或多个侧上轻微按压，而不超过岛状III族氮化物半导体层109的开裂极限，使得聚合物/胶黏剂膜601的底表面H

可替代地，在将聚合物/胶黏剂膜601放置在岛状III族氮化物半导体层109上之后，可压缩材料702可以被放置在聚合物/胶黏剂膜601上，以在岛状III族氮化物半导体层109的形状周围施加压力，如图7(c)和7(d)所示。在这种情况下，由于在非生长区域104处没有材料位于聚合物/胶黏剂膜601与衬底101之间，因此对可压缩材料702施加的压力将有效地分布在岛状III族氮化物半导体层109的边缘周围，从而聚合物/胶黏剂膜601的框架在岛状III族氮化物半导体层109的周围。

如果在施加压力时以受控的方式升高或降低环境温度，使得聚合物/胶黏剂膜601贴合在岛状III族氮化物半导体层109周围，则可以实现更有效的方式。

图8(a)和图8(b)分别是图示膜601与衬底101接触和膜601不与衬底101接触的情况的图像。图8(a)示出了从膜601保留的残余物，而图8(b)示出了无残余物。在两种情况下，都移除了岛状III族氮化物半导体层109。聚合物/胶黏剂膜601不必与衬底101接触以移除岛状III族氮化物半导体层109。

图9(a)是示意图，并且图9(b)和9(c)是用于实现替代实施例的实际仪器的图像，其中，聚合物/胶黏剂膜601被施加到包括衬底101和岛状III族氮化物半导体层109的样品上，石英板901被施加到样品101、109的两侧，并且聚合物/胶黏剂膜601和石英板901被金属夹902牢固地夹持，从而向膜601施加压力。

5、改变温度

图10图示了用于改变样品101、109的温度的装置1001，其中，使用金属夹具902将聚合物/胶黏剂膜601夹在两块石英板901之间。在施加压力时，温度从室温降低/升高。然后，通过在装置1001上不断吹送干氮气来使装置1001回到处理温度(诸如室温)，并释放具有聚合物/胶黏剂膜601的样品101、109上的压力。

可以通过数种替代方案使具有聚合物/胶黏剂膜601的样品101、109回到处理温度，诸如通过将结构放置在热板、散热器等上来升高/降低温度。

可替代地，一旦聚合物/胶黏剂膜601在岛状III族氮化物半导体层109周围形成良好的布局，则可以在降低或升高温度之前释放具有聚合物/胶黏剂膜601的样品101、109上的压力。

在此温度循环期间聚合物/胶黏剂膜601经历的快速收缩和膨胀冲击以及聚合物/胶黏剂膜601与岛状III族氮化物半导体层109之间的热膨胀的差异可以在岛状III族氮化物半导体层109与衬底101之间的界面处引发开裂或裂开。

而且，开裂或裂开可以在开口区域103的一个或多个侧的脆弱区域处，该脆弱区域特别地出现在ELO生长机制的情况下。ELO III族氮化物层105在衬底101与生长限制掩模102之间的界面附近的开口区域103的侧面处的生长限制掩模102上弯曲。在界面处的开口区域103的侧面处存在与ELO III族氮化物层105的其它部分相比更高的缺陷密度区域，从而在开口区域103的侧面附近形成脆弱区域。

图11(a)和11(b)是在衬底101和ELO III族氮化物层105之间的界面附近的开口区域103的一侧处拍摄的示意图和透射电子显微镜(TEM)图像。TEM图像表明，与ELO III族氮化物层105的其它区域相比，ELO III族氮化物层105中的缺陷集中在开口区域103的侧面处。存在这些缺陷的原因之一可以是由于与ELO III族氮化物层105上的缺陷相关联的应力而引发开裂。

在工业水平上，该技术可以在自动化腔室中实践，该自动化腔室可以包括样品处理、用于受控的环境的气阀、放置样品的热板，并且还可以能够引起超声处理(sonification)和压力施加臂等。图12(a)是具有实现本发明所需功能和元件的自动化腔室的示意性表示，该自动化腔室包括受控的环境箱1201、机器人臂1202、具有超声处理功能的温度受控的基底1203和样品处理端口1204；并且图12(b)是图示该工艺流程的流程图，该流程图包括以下步骤：插入样品101、109(1205)，贴附聚合物膜601(1206)，在衬底101上根据图案形成布局(1207)，编程的温度和/或压力改变(1208)，以及当实现温度时的样品101、109处理(1209)。

非常优选在干空气或干氮气气氛中进行温度改变。

6、从衬底剥离外延层

图13(a)是在岛状III族氮化物半导体层109上放置聚合物/胶黏剂膜601之后的衬底101的示意性表示；图13(b)从顶视图表示膜601的剥离方向1301；图13(c)从横截面视图表示膜601的剥离方向1301。

通常，在达到处理温度之后，将聚合物/胶黏剂膜601从样品101、109缓慢剥离。

如果聚合物/胶黏剂膜601在与岛状III族氮化物半导体层109接触的位置具有胶黏界面，则岛状III族氮化物半导体层109将被贴附到聚合物/胶黏剂膜601。

如果聚合物/胶黏剂膜601具有不胶黏界面，则岛状III族氮化物半导体层109可以保留在衬底101上，并且可以通过以下在衬底101上实施进一步的器件处理：通过拾取单独岛状III族氮化物半导体层109或者拾取批量岛状III族氮化物半导体层109并将它们放置在支撑衬底上。

在通过在紫外(UV)或红外(IR)照射下或使用适当的溶剂处理聚合物/胶黏剂膜601来移除聚合物/胶黏剂膜601之后，处理贴附到聚合物/胶黏剂膜601的单独或批量岛状III族氮化物半导体层109以处理为器件110。在此之后，借助于支撑衬底，实施进一步的器件110处理步骤。

在本发明中，岛状III族氮化物半导体层109可以使用聚合物/胶黏剂膜601以如上所述的容易方式从衬底101移除。这种方法可用于大量生产，并且既便宜又易于以短的前置时间实现。而且，岛状III族氮化物半导体层109在被移除之后被自动对准在聚合物/胶黏剂膜601上。这对于大量生产是有用的，特别是对于微型LED、激光二极管阵列等。

术语的定义

基于III族氮化物的衬底

只要基于III族氮化物的衬底101能够通过生长限制掩模102来生长基于III族氮化物的半导体层105、106、109，就可以使用在(0001)、(1-100)、(20-21)或(20-2-1)平面上或其它平面上从体基于III族氮化物的晶体切片的任何基于III族氮化物的衬底101，诸如从体GaN晶体切片的GaN衬底101。当岛状III族氮化物半导体层109通过剥离从基于III族氮化物的衬底101移除时，剥离的表面在非极性和半极性衬底101的情况下可以包括m平面分面，并且对于极性衬底101可以包括极性表面。

基于III族氮化物的半导体层

基于III族氮化物的半导体层包括ELO III族氮化物层105、III族氮化物半导体器件层106和岛状III族氮化物半导体层109。在半导体器件110中，岛状III族氮化物半导体层109的侧面通常形成有(1-10a)平面(其中a为任意整数)、(11-2b)平面(其中b为任意整数)或者晶体学上等同于这些的平面，或者岛状III族氮化物半导体层109的侧面包括(1-10a)平面(其中a为任意整数)。

基于III族氮化物的半导体器件层106总体上包括多于两层，包括n型层、未掺杂层和p型层中的至少一个层。基于III族氮化物的半导体器件层106可以包括GaN层、AlGaN层、AlGaInN层、InGaN层等。

在器件110具有多个基于III族氮化物的半导体层105、106、109的情况下，在类型1和类型4设计中彼此相邻的岛状III族氮化物半导体层109之间的距离通常为30μm或更小，并且优选地为10μm或更小，但是不限于这些值。对于类型2设计，这是相邻贴片之间的优选值，并且对于类型3设计，该值是干法蚀刻区域空间。岛状III族氮化物半导体层109之间的距离优选地是非生长区域104的宽度。

在半导体器件110中，根据半导体器件110的类型的多个电极布置在预先确定的部分处。例如，半导体器件110可以包括肖特基二极管、发光二极管、半导体激光器、光电二极管、晶体管等，但是不限于这些器件。本公开对于微型LED和激光二极管(诸如，边缘发射激光器和垂直腔室表面发射激光器(VCSEL))是特别有用的。

生长限制掩模

生长限制掩模102包括电介质层，诸如SiO

在一个实施例中，生长限制掩模102的厚度为约0.05-1.05μm。

用于非极性和半极性基于III族氮化物的衬底101的条带状开口区域103分别以第一间隔和第二间隔周期性地布置在与基于III族氮化物的半导体层105、106、109的<11-20>方向垂直的第一方向和与基于III族氮化物的半导体层105、106、109的<11-20>方向平行的第二方向上，并且在第二方向上延伸。条带状开口区域103的宽度在第二方向上通常是恒定的，但是如有必要可以在第二方向上改变。

用于极性基于III族氮化物的衬底101的条带状开口区域103分别以第一间隔和第二间隔周期性地布置在与基于III族氮化物的半导体层105、106、109的<11-20>方向垂直的第一方向和与基于III族氮化物的半导体层105、106、109的<11-20>方向平行的第二方向上，并且在第二方向上延伸。条带状开口区域103的宽度在第二方向上通常是恒定的，但是必要时可以在第二方向上改变。

平坦表面区域

平坦表面区域107在层弯曲区域108之间。此外，平坦表面区域107位于生长限制掩模102和开口区域103两者上。

半导体器件110的制造主要在平坦表面区域107上执行。这意味着器件110可以在生长限制掩模102、开口区域103上，或者在生长限制掩模102和开口区域103两者上。如果半导体器件110的制造部分地在层弯曲区域108中执行，这没有问题。更优选地，可以通过蚀刻移除层弯曲层108。

平坦表面区域107的宽度优选地为至少5μm，并且更优选地为10μm或更大。平坦表面区域107在平坦表面区域107中的每个半导体层105、106、109具有高的厚度均匀性。

层弯曲区域

如果包括有源层106a的层弯曲区域108保留在LED器件110中，则从有源层106a发射的光的一部分被重新吸收。结果，可以优选在这种器件110中移除层弯曲区域108。

如果包括有源层106a的层弯曲区域108保留在LD器件110中，则激光模式可能由于低折射率(例如，InGaN层)而受到层弯曲区域108的影响。结果，可以优选在这种器件110中移除层弯曲区域108。

如果层弯曲区域108保留在LD器件110中，则脊条带结构的边缘应该距层弯曲区域108的边缘至少1μm或更大。

从另一方面来看，除了开口区域103以外，平坦表面区域107的外延层具有比开口区域103的ELO III族氮化物层105更小的缺陷密度。因此，除了开口区域103以外，脊条带结构应该在平坦表面区域107中。

水平沟槽

水平沟槽501是在岛状III族氮化物半导体层109的下部向内延伸到结构的中央所创建的结构中央。

以下是用于获得水平沟槽501的各种方法：

方法1：

在衬底101上生长岛状III族氮化物半导体层109，并且然后利用具有对实践本发明特别有用的分离宽度的干法蚀刻来分割岛状III族氮化物半导体层109，并且借助于化学蚀刻，可以实现向结构中央的内部延伸的水平沟槽501。

特别地，例如，岛状III族氮化物半导体层109包括在衬底101正上方形成至少包含来自III组(In,Ga,Al)的元素的至少一个最下层(In

执行干法蚀刻以暴露岛状III族氮化物半导体层109，该岛状III族氮化物半导体层109包括位于最下的且在衬底101正上方的化学敏感层。干法蚀刻的深度应该至少暴露最下层对化学蚀刻敏感的一部分。

可以执行成角度的干法蚀刻以便于本公开中提到的剥离，诸如反应离子蚀刻(RIE)等。例如，SiCl

图14(a)、14(b)和14(c)是描绘在岛状III族氮化物半导体层109中形成水平沟槽501的一种方式的示意图。图14(a)示出了III族氮化物半导体层105、106的生长，包括诸如InAlGaN的化学敏感层1401作为最下层。图14(b)示出了对III族氮化物半导体层105、106的蚀刻，从而产生蚀刻区域1402，形成岛状III族氮化物半导体层109。图14(c)示出通过部分地蚀刻化学敏感层1401在岛状III族氮化物半导体层109的任一侧或两侧上形成水平沟槽501。例如，优选地，化学蚀刻化学敏感层1401以实现水平沟槽501。

方法2：

外延后过度生长(ELO)是获得水平沟槽501的第二种方法。衬底101被生长限制掩模102遮蔽，该生长限制掩模102可以保持在MOCVD温度而不分解，并且此后与生长的半导体外延层反应最小。衬底101上的掩模102周期性地或非周期性地具有数个开口区域103，以帮助岛状III族氮化物半导体层109的生长。从掩模102上的开口区域103横向生长的ELO III族氮化物层105的宽度将被定义为沟槽501的长度。优选地，沟槽501的长度为0.1μm或更大。

例如，对于III族氮化物半导体情况，放置下面详细定义的具有本公开中讨论的数种设计类型的生长限制掩模102来实现水平沟槽501以移除岛状III族氮化物半导体层109。

聚合物/胶黏剂膜

通常，聚合物/胶黏剂膜601可以卷覆在岛状III族氮化物半导体层109上。此外，聚合物/胶黏剂膜601也可以卷覆在整个器件110结构上，例如，包含脊条带、p电极等。

如图15(a)和15(b)所示，聚合物/胶黏剂膜601的结构可以包括三个或两个层1501、1502、1503，分别如图15(a)和15(b)所示，但不限于这些层。在一个实施例中，基膜1501材料的厚度为约80μm并由聚氯乙烯(PVC)制成，背衬膜1502材料的厚度为约38μm并由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成；胶黏剂层1503的厚度约为15μm并由丙烯酸制成。

此外，聚合物/胶黏剂膜601可以是UV敏感或IR敏感的带。在从衬底101移除岛状III族氮化物半导体层109之后，可以使膜601暴露于UV或IR辐射，这极大地降低了膜601的胶黏性，从而使其容易移除。

此外，在岛状III族氮化物半导体层109之间可以存在具有1μm或更大的高度或深度的凸状和/或凹状的区域。在这些情况下，重要的是将聚合物/胶黏剂膜601放置在凹状和/或凹状部分中，并且使膜601符合这样的区域。

就此而言，聚合物/胶黏剂膜601可以是至少由软层和硬层构成的多层膜。例如，PVC层比PET层更硬，其中，PET可以容易地放置在这样的区域中并符合这样的区域。PVC还有助于PET避免在温度改变期间开裂和断裂。

支撑衬底

如有必要，用于制造半导体器件的方法还可以包括以下步骤：在完成剥离工艺之后，接合/贴附基于III族氮化物的外延结构的暴露表面侧。如果使用聚合物/胶黏剂膜601，则将贴附在聚合物/胶黏剂膜601上的外延层接合到支撑衬底上以用于进一步处理。

或者，如果将聚合物/胶黏剂膜601用于剥离工艺，则通过将支撑衬底接合到基于III族氮化物的衬底101上来处理基于III族氮化物的衬底101上的已处理外延层。

支撑衬底可以由元素半导体、化合物半导体、金属、合金，氮化物基陶瓷、氧化物基陶瓷、金刚石、碳、塑料等构成，并且可以包括由这些材料制成的单层结构或多层结构。金属(诸如焊料等)或有机胶黏剂可以用于支撑衬底的接合，并且如果需要的话可以选择金属(诸如焊料等)或有机胶黏剂。

制造方法

制造半导体器件的方法还可以包括以下步骤：将支撑衬底接合到基于III族氮化物的半导体层的暴露部分。当聚合物/胶黏剂膜601用于剥离工艺时，III族氮化物外延层的暴露部分可以是下表面，基于III族氮化物的衬底和III族氮化物外延层之间的界面。可替代地，III族氮化物外延层的暴露部分可以是基于III族氮化物的衬底上生长的III族氮化物外延结构的顶部部分。

另外，该方法还可以包括以下步骤：在从衬底剥离基于III族氮化物的半导体层之后，在暴露的基于III族氮化物的半导体层的表面上形成一个或多个电极。

如果需要的话，制造半导体器件的方法还可以包括以下步骤：在衬底上生长基于III族氮化物的半导体层之后，在基于III族氮化物的半导体层的上表面上形成一个或多个电极。可以在已经使用剥离技术移除基于III族氮化物的半导体层之后形成电极。

该方法还可以包括以下步骤：通过湿法蚀刻剂移除生长限制掩模的至少一部分，或者优选地几乎全部，或者最优选地全部。然而，该工艺不必总是移除衬底。另外，如果需要的话，也可以在与基于III族氮化物的半导体层接合的侧面的支撑衬底上形成导体薄膜或导体线。

根据本发明，从生长限制掩模的条带开口在生长限制掩模上横向生长的岛状III族氮化物半导体层的结晶度非常高，并且可以获得由高质量半导体晶体制成的基于III族氮化物的半导体层。

此外，使用基于III族氮化物的衬底可以获得两个优点。一个优点是可以获得高质量的岛状III族氮化物半导体层，诸如具有非常低的缺陷密度。通过对于外延层和衬底两者使用相似或相同的材料，另一个优点是它可以减小外延层中的应变。而且，由于相似或相同的热膨胀，该方法可以减少外延生长期间衬底的弯曲量。如上所述，效果是产品良率可以是高的以便改善温度均匀性。

另一方面，异物或异质衬底(诸如蓝宝石、LiAlO

因此，本发明公开了：由基于III族氮化物的半导体构成的衬底；具有在衬底上直接或间接设置的一个或多个条带状开口的生长限制掩模；以及使用生长限制掩模在衬底上生长的一个或多个岛状III族氮化物半导体层。

在一个实施例中，通过溅射或电子束蒸发或PECVD(等离子体增强化学气相沉积)来沉积生长限制掩模，但是不限于这些方法。此外，当生长多个岛状III族氮化物半导体层时，这些层彼此分离，即隔离地形成，所以在每个基于III族氮化物的半导体层中生成的拉伸应力或压缩应力被限制在基于III族氮化物的半导体层内，并且拉伸应力或压缩应力的作用不会落在其它基于III族氮化物的半导体层上。但是，不必将岛状的III族氮化物半导体层分离。

此外，由于生长限制掩模和基于III族氮化物的半导体层没有化学接合，因此可以通过在生长限制掩模与基于III族氮化物的半导体层之间的界面处引起的滑动来缓和基于III族氮化物的半导体层中的应力。

而且，在每个岛状III族氮化物半导体层之间的间隙(称为非生长区域104)的存在，导致衬底101具有成行的多个岛状III族氮化物半导体层109(其具有柔性)，并且因此，当施加外力时它容易变形并且它可以弯曲。

因此，即使在衬底101中发生轻微的翘曲、弯曲或变形，也可以通过较小的外力容易地对其进行校正，以避免开裂的发生。结果，可以通过真空吸盘来处理衬底101，这使得半导体器件110的制造工艺更容易实施。

如所解释的，可以通过抑制衬底101的弯曲来生长由高质量半导体晶体制成的岛状III族氮化物半导体层109，并且进一步地，即使当基于III族氮化物的半导体层105、106、109非常厚时，也可以抑制开裂的发生等，并且从而可以容易地实现大面积的半导体器件110。

替代实施例

第一实施例

解释根据第一实施例的基于III族氮化物的半导体器件及其制造方法。

在第一实施例中，首先提供基衬底101，并且在衬底101上形成具有多个条带状开口区域103的生长限制掩模102。在该实施例中，基衬底101由基于III族氮化物的半导体制成。

例如，要生长在GaN衬底上的基于III族氮化物的半导体层(诸如GaN层等)的厚度为1至60μm，但是不限于这些值。如本文所述，从生长限制掩模102的表面到岛状基于III族氮化物的半导体层109的上表面测量基于III族氮化物的半导体层的厚度。

生长限制掩模102可以由绝缘体膜形成，例如，SiO

使用生长限制掩模102，由气相沉积方法(例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法)生长一个或多个ELO III族氮化物层105。在这种情况下，基衬底101的表面暴露在开口区域103中，并且ELO III氮化物层105选择性地生长在其上，并且ELO III氮化物层105在生长限制掩模102上连续横向生长。

在类型1设计中，在ELO III族氮化物层105中相邻的层合并之前停止生长。

类型3的设计与类型1的设计相似，不同之处在于，与类型1相比，开口区域103和生长限制掩模102的条带更小，使得ELO III族氮化物层105合并，并且随后将ELO III族氮化物层105分割为期望的形状。

ELO III族氮化物层105的厚度在类型1设计中是重要的，因为它确定平坦表面区域107的宽度。优选地，平坦表面区域107的宽度为20μm或更大。ELO III族氮化物层105的厚度优选地尽可能地薄。这是为了减少工艺时间并且容易蚀刻开口区域103。ELO生长比率是横向方向的生长速率与垂直于衬底101的垂直方向的生长速率的比率。优化生长条件，可以将ELO生长比率控制在0.4至4。

接下来，在ELO III族氮化物层105上生长III族氮化物半导体器件层106。III族氮化物半导体器件层106由多个基于III族氮化物的层构成。

生长限制掩模

已经示出了生长限制掩模102的各种示例。对于所有设计，对于半极性和非极性基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102条带的第一方向垂直于<11-20>轴且第二方向沿<11-20>，如(10-1-1)、(10-11)、(20-2-1)、(20-2-1)、(30-3-1)、(30-31)、(1-100)等；对于C平面(0001)基于III族氮化物的衬底101，生长限制掩模102条带的第一方向和第二方向分别沿<11-20>和<1-100>。

确定生长限制掩模102的方向以获得用于外延层的光滑表面形态。关于移除外延层，方向无关紧要。本发明采用任何方向。

在类型1的设计中，作为开口区域103的长度的第一方向例如为200至5000μm，并且作为开口区域103的宽度的第二方向例如为5至200μm。

在类型3设计中，生长限制掩模102包括多个开口区域103，开口区域103具有宽度为3μm至7μm的开口窗口301且间隔为7μm至3μm，使得在衬底101上形成具有10μm周期的图案。在这些图案上获得合并的ELO III族氮化物层105之后，然后使用x和y方向上的规则间隔在303蚀刻ELO III族氮化物层105以创建期望的形状302。

通常，用于本发明的生长限制掩模102具有如下所示的尺寸。在第一实施例中，使用C平面GaN衬底101。生长限制掩模102由厚度为0.2μm的SiO

岛状III族氮化物半导体层109的生长条件可以使用与ELO技术相同的MOCVD条件。例如，GaN层的生长是在950-1150℃的温度和30kPa的压力下。对于GaN层的生长，将三甲基镓(TMGa)和氨(NH

图16是沿与光学谐振器垂直的方向的激光二极管器件110的横截面视图，其中，激光二极管器件110包括ELO III族氮化物层105和III族氮化物半导体器件层106，该III族氮化物半导体器件层106包括5x InGaN/GaN多量子阱(MQW)有源层106a、AlGaN电子阻挡层(EBL)106b和p型GaN包覆层106c。光学谐振器由脊条带结构构成，该脊条带结构由p型GaN包覆层106c、ZrO

在一个实施例中，p电极203可由以下材料中的一种或多种构成：Pd、Ni、Ti、Pt、Mo、W、Ag、Au等。例如，p电极203可以包括Pd-Ag-Ni-Au(厚度为3-50-30-300nm)。可以通过电子束蒸发、溅射、热量的热蒸发等沉积这些材料。此外，可以在p-GaN包覆层106b与p电极203之间添加TCO包覆层(例如，由ITO构成)，如图2(a)和2(b)中的ZrO

在MOCVD生长之后，使用传统的常用方法(诸如光刻和干法蚀刻)已经制造脊条带结构，如图17(a)和17(b)中的1701所示。基于仿真或先前的实验数据，在执行干法蚀刻之前预先确定脊深度。脊结构可以在包括开口区域103的基于III族氮化物岛的半导体层109的整个平坦表面区域107上执行，或者仅在生长限制掩模102上执行。

制作分面：

如图17(a)和17(b)所示，基于光学谐振长度来定位蚀刻的反射镜分面1702。GaN蚀刻的蚀刻工艺使用Ar离子束和Cl

可替代地，在从基于III族氮化物的衬底101转印岛状基于III族氮化物的半导体层109之后，可以机械地裂开分面1702。

移除生长限制掩模

使用蚀刻移除生长限制掩模102。干法蚀刻或湿法蚀刻或两种工艺的组合可以用于至少部分地溶解生长限制掩模102。本发明也可以在不溶解生长限制掩模102的情况下实践；然而，为了更好的良率和质量，建议至少部分溶解。

贴附膜

然后，将聚合物/胶黏剂膜601放置在岛状III族氮化物半导体层109上，并轻微按压，而不到达岛状III族氮化物半导体层109的断裂点。该步骤是为了确保聚合物/胶黏剂膜601在岛状III族氮化物半导体层109的布局周围被很好地框架化。

可替代地，如果聚合物/胶黏剂膜601的温度轻微升高，例如，到大约100℃，则可以获得更好的结果；然而，不限于该值，轻微低于聚合物/胶黏剂膜601的熔点的值也起作用。然后施加轻微的压力和/或使用旋转器使具有贴附的加热的聚合物/胶黏剂膜601的样品旋转，可以帮助膜601根据岛状III族氮化物半导体层109的布局弯曲。

施加压力

使用合适的工具从顶侧和底侧按压上述组合(贴附有聚合物/胶黏剂膜601的岛状III族氮化物半导体层109)并将其夹持在一起。例如，在该组合的底侧和顶侧上各自一个石英板并将石英板夹持在一起可以确保在岛状III族氮化物半导体层109上良好地固定聚合物/胶黏剂膜601。

如果聚合物/胶黏剂膜601使用任何替代方法(如上面提到的使用可压缩材料的方法)来制成以完美地适合岛状III族氮化物半导体层109的布局，则本发明在此阶段也可以在不施加压力的情况下实践。

本发明也可以使用在导电聚合物/胶黏剂膜601上图案化的(一个或多个)电极来实践，并使膜601与器件110上的预先制造的电极重叠。

改变温度

现在，在维持结构上的压力时，升高或降低这种新组合(夹持结构)的温度。然后，将结构温度降低/升高回到处理温度。可替代地，可以使用珀耳帖器件来改变温度，使得可以根据需要控制用于升高和降低的爬升速率。

可替代地，本发明可以以数种替代方案来执行，例如，在温度变化工艺期间，可以控制或移除结构上的压力。类似于图12(a)中所示的机器人功能臂，数个机器人功能臂1202执行夹持、可控加热基底、可控压力、气体端口的操作以改变样品的环境条件等。

剥离膜

在该温度循环期间聚合物/胶黏剂膜601经历的快速收缩和膨胀冲击以及聚合物/胶黏剂膜601和III族氮化物半导体层105、106、109之间的热膨胀的差异在ELO III族氮化物层105与衬底101之间的界面处引发开裂或裂开。

在达到处理温度之后，将聚合物/胶黏剂膜601从样品缓慢剥离，如图13(a)、13(b)和13(c)所示。如果聚合物/胶黏剂膜601是聚合物/胶黏剂膜，则将岛状III族氮化物半导体层109贴附到聚合物/胶黏剂膜601。

在化学溶解或由UV或IR辐射溶解聚合物/胶黏剂膜601与岛状III族氮化物半导体层109之间的界面之后，可以使用真空吸盘或一些工业上成熟的工艺来单独或批量处理聚合物/胶黏剂膜601上贴附的岛状III族氮化物半导体层109。

可替代地，如果聚合物/胶黏剂膜601不是胶黏剂类型，则在移除聚合物/胶黏剂膜601之后，岛状III族氮化物半导体层109可以保留在衬底101上。然后，可以使用任何上述方法从衬底101处理岛状III族氮化物半导体层109。

图18(a)-18(j)是从基于III族氮化物C平面半导体衬底101剥离的ELO III族氮化物层105的SEM图像和显微图像。图18(a)和18(b)示出了基于III族氮化物的衬底101的C平面(0001)表面上的ELO III族氮化物层105。图18(c)、18(d)和18(e)是在移除ELO III族氮化物层105之后的C平面基于III族氮化物的衬底101的图像，其中ELO III族氮化物层105沿第一方向的最大移除长度为2.6mm，这可以在图18(c)的图像中看到。图18(d)和18(e)是C平面III族氮化物衬底101上移除区域的放大版本。

在图18(f)、18(g)和18(h)的图像中示出了聚合物/胶黏剂膜601上的剥离的ELOIII族氮化物层105。在图18(i)和图18(j)中示出了从C平面基于III族氮化物的衬底101剥离的ELO III族氮化物层105的SEM图像。在图18(i)和18(j)的图像中示出了背表面，该背表面是基于III族氮化物的衬底101与ELO III族氮化物层105之间的界面。

一旦从基于III族氮化物的衬底101移除III族氮化物半导体层105、106、109，就可以回收衬底101。在回收之前，可以由抛光机对衬底101的表面进行重新抛光。回收工艺可以重复进行，从而降低了制造基于III族氮化物的半导体器件的成本。

沉积n电极：

可以将n电极放置在III族氮化物半导体层109的背侧上。典型地，n电极由以下材料中的一种或多种构成：Ti、Hf、Cr、Al、Mo、W、Au，但不限于这些材料。

例如，n电极可以由Ti-Al-Pt-Au(厚度为30-100-30-500nm)构成，但是限于这些材料。这些材料的沉积可以通过电子束蒸发、溅射、热量的热蒸发等执行。优选地，p电极沉积在ITO上。

另一种选择是将ITO和ZnO用于n电极，但是n电极不限于这些材料。

分割芯片：

芯片或器件110分割方法具有两个步骤。第一步是刻划(scribe)岛状III族氮化物半导体层。第二步是使用激光刻划等分割支撑衬底。

如图17(a)-17(b)所示，由金刚石刻划机或激光刻划机制造芯片刻划线1703。芯片刻划线1703被制造在岛状III族氮化物半导体层109的背侧上。芯片刻划线1703可以是实线或虚线。

接下来，聚合物/胶黏剂膜601同样由激光刻划来分割以获得激光二极管器件110。当制造芯片刻划线1703时，最好避免器件110的脊条带结构。

在移除工艺中，可以在温度改变或不改变的情况下使用此技术。图19(a)和19(b)示出了没有温度改变的结果，它们是在没有施加温度改变时，从c平面基于III族氮化物的衬底101移除ELO III族氮化物层105之后的参考图像。然而，总体上优选在移除工艺期间改变温度时使用该技术。

第二实施例

除了衬底101的平面以外，第二实施例与第一实施例几乎相同。在该实施例中，在m平面III族氮化物衬底101上生长ELO III族氮化物层105。生长限制掩模102中的开口区域103的宽度和长度分别大于30μm和1200μm；并且ELO III族氮化物层105的厚度为约15μm。

图20(a)、20(b)、20(c)和20(d)是从基于III族氮化物的衬底101的(10-10)表面移除ELO III族氮化物层105之前和之后的光学显微镜图像；图20(e)示出了在聚合物/胶黏剂膜601上移除的ELO III族氮化物层105的光学显微镜图像，指示了可以被移除的开口区域103的范围；并且图20(f)是使用聚合物/胶黏剂膜601移除的ELO III族氮化物层105的不规则形状的光学显微镜图像。在这些图像中，转印到聚合物/胶黏剂膜601上的ELO III族氮化物层105的最大长度为约1mm，宽度为约65μm。

通常，开口区域103的宽度越窄，越容易移除ELO III族氮化物层105。例如，当开口区域103的宽度小于1μm时，不难移除ELO III族氮化物层105。另一方面，可能需要加宽ELOIII族氮化物层105，以便在平坦表面区域107上形成器件110。例如，对于ELO III族氮化物层105，需要花费很长的生长时间以获得超过100μm的宽度，这需要在任一侧上进行50μm的横向生长。因此，在开口区域103的宽度与ELO III族氮化物层105的宽度之间存在权衡关系。

然而，利用本发明可以消除权衡关系。如图20(a)-20(f)所示，本发明可以移除与具有30μm或更大的宽开口区域103的衬底101接触的ELO III族氮化物层105。如果开口区域103的宽度为30μm，则在开口区域103的每一侧上横向生长30μm的ELO III族氮化物层105就是实现商业激光二极管器件110所需的全部，这导致生长时间减少。

该技术还可以用于移除较宽的ELO III族氮化物层105。图20(d)示出了具有在8μm至80μm范围内的各种开口区域103的聚合物/胶黏剂膜601上的移除的ELO III族氮化物层105的图像。这些结果指示，在本发明中可以使用多达至少约80μm的开口区域103；然而，很可能商业环境和装备可以获得具有甚至更大的值的结果。

本发明的另一个优点是ELO层的形状无关紧要。该技术可以从衬底移除随机的ELO形状。这是器件设计灵活性的附加价值。图20(e)示出了层的ELO的形状，该层在III族氮化物m平面衬底上在<11-20>和关于<11-20>的垂直线之间二维展开。

第三实施例

除了设计的类型以外，第三实施例与第一实施例几乎相同。该实施例展示了从具有类型2掩模设计的C平面基于III族氮化物的衬底101剥离的ELO III族氮化物层105。

在类型2设计中，如图3(a)所示，生长限制掩模102具有子掩模301。每个子掩模301中ELO III族氮化物层105的生长导致贴片302的长度和宽度尺寸从50μm到300μm变化。在每个子掩模301中，生长限制掩模102具有多个开口区域103，开口区域的宽度为3μm至7μm且间隔为7μm至3μm，使得周期为10μm图案，如图3(a)所示嵌入。然而，不限于这些值。

在类型2设计中，子掩模301中的ELO III族氮化物层105合并，尽管必须防止相邻的ELO III族氮化物层105从最近的子掩模301合并。如图7(b)所示，然后使用聚合物/胶黏剂膜601移除ELO III族氮化物层105。

图21(a)和21(b)分别示出了在使用聚合物/胶黏剂膜601从基于III族氮化物的衬底101移除ELO III族氮化物层105之后，基于III族氮化物的衬底101和ELO III族氮化物层105；图21(c)是聚合物/胶黏剂膜601上剥离的ELO III族氮化物层105的激光显微图像，其中，贴片区域为50μm x 50μm、100μm x 100μm、200μm x 200μm和300μm x 300μm。在图21(d)中示出了在聚合物/胶黏剂膜601上的300μm×300μm的区域内的贴片的放大图像。图21(e)示出了在移除ELO III族氮化物层105之后基于III族氮化物的衬底101的SEM图像，其中，插图示出了衬底103的开口区域103的放大的SEM图像。

第四实施例

除了设计的类型以外，第四实施例与第一实施例几乎相同。该实施例展示了从具有类型4设计的C平面基于III族氮化物的衬底101剥离的ELO III族氮化物层105。

在类型4设计中，开口区域103在第一方向上的长度例如为30至100μm；并且开口区域103在第二方向上的宽度例如为30至100μm，如图4(a)所示。

与类型1设计类似，在类型4设计中，在ELO III族氮化物层105到达它们最近的邻近ELO III族氮化物层105或与它们最近的邻近ELO III族氮化物层105合并之前停止生长，其中，开口区域103被限制在相对较小的区域，例如，对于具有正方形形状的图案，值为100μm×100μm。如图4(e)-4(h)所示，形状可以是任意形状，例如圆形、三角形、正方形/矩形、五边形、六边形或仅是多边形。开口区域103被设计为使得每个上述形状的值为约0.01mm

通过将聚合物/胶黏剂膜601放置在子掩模301图案上来移除ELO III族氮化物层105。图22(a)和22(b)分别示出了移除ELO III族氮化物层105之后的基于III族氮化物的衬底101，以及连带移除的ELO III族氮化物层105的聚合物/胶黏剂膜601。图22(c)和22(d)分别表示在移除ELO III族氮化物层105之后连带50μm×50μm和100μm×100μm贴片的基于III族氮化物的衬底101的SEM图像。

第五实施例

除了衬底101的平面以外，第五实施例与第一实施例几乎相同。根据使用其它平面(诸如(20-21)、(20-2-1)、(1-100)等)来描述该实施例。岛状III族氮化物半导体层109包括通过MOCVD在图案化的半极性和非极性衬底101上生长的厚度约为12μm的GaN层，例如，(20-21)或(20-2-1)或(1-100)衬底101。因此，使用与第一实施例相同的方法从半极性和非极性衬底101移除岛状III族氮化物半导体层109。

图23(a)示出了从宽度为2μm、4μm和6μm的开口区域103移除ELO III族氮化物层105之后，具有(10-10)、(20-21)、(20-2-1)取向的衬底101的光学显微镜图像；并且图23(b)示出了从衬底101移除之后，具有(10-10)、(20-21)、(20-2-1)取向的聚合物/胶黏剂膜601上的ELO III族氮化物层105的图像。

在其它实施例中，可以使用其它方向，诸如(30-31)、(30-3-1)、(10-11)、(10-1-1)、(11-22)、(11-2-2)等。另外，也可以使用各种斜角平面衬底101。

当使用异质衬底201代替基于III族氮化物的衬底101时，也可以利用该方法。异质衬底201可以包括但不限于蓝宝石、LiAlO

在m平面和c平面III族氮化物衬底101的情况下，m平面和c平面的可裂性可以用于移除ELO III族氮化物层105。图24是在已经移除了ELO III族氮化物层105之后的m平面衬底101的表面的图像，示出了在移除之后衬底101的表面非常光滑。

第六实施例

除了使用ELO III族氮化物层105以外，第六实施例与第一实施例几乎相同。具体地，该实施例使用AlGaN作为ELO III族氮化物层105。图25(a)、25(b)、25(c)、25(d)和25(e)是在从基于III族氮化物的衬底101移除之前和之后的由AlGaN构成的ELO III族氮化物层105的光学显微镜图像。

图25(a)包括基于III族氮化物的衬底101的非极性(1-100)平面上的条带的显微图像。在该示例中，ELO III族氮化物层105具有2-3％的Al组分，厚度为约25-30μm，并且在生长之后没有开裂。

图25(b)是包括m平面基于III族氮化物的衬底101、生长限制掩模102和含有n-AlGaN的ELO III族氮化物层105的示意图。

图25(c)是在移除包括AlGaN的ELO III族氮化物层105之后的基于III族氮化物的衬底101的显微镜图像。

图25(d)-25(f)是使用聚合物/胶黏剂膜601移除的由AlGaN构成的ELO III族氮化物层105的显微图像。

本实施例可以利用高质量和低缺陷密度的GaN衬底101以及由AlGaN构成的ELOIII族氮化物层105作为获得低缺陷密度和高晶体质量的半导体层的技术。可以在这些高质量的AlGaN ELO III族氮化物层105顶上制造近UV器件110，并且然后如第一实施例中所述的使用本发明，移除AlGaN ELO III族氮化物层105和近UV的III族氮化物半导体器件层106。

因为GaN衬底101吸收UV光，因此近UV和UV器件110不能在其最终的器件110结构中使用GaN衬底101。因此，本发明可用于从GaN衬底101分离AlGaN ELO III族氮化物层105和近UV的III族氮化物半导体器件层106，以用作近UV或UV器件110。

另外，在该实施例中，AlGaN ELO III族氮化物层105不合并，由AlGaN ELO III族氮化物层105有效地释放了由于热膨胀的差异而施加的应变。因为可以在AlGaN ELO III族氮化物层105与AlGaN/GaN衬底101的界面处移除包括AlGaN ELO III族氮化物层105的岛状III族氮化物半导体层109。

AlGaN ELO III族氮化物105也可将可用于近UV或深UV的LED。然而，由于GaN的带隙，GaN衬底101将吸收短于365nm的光，并且因此不适合于近UV和深UV的LED。由于该方法可以移除吸收UV光的GaN衬底101，因此这将适用于UV和近UV的LED。此外，该方法可以与将适合深UV的LED的AlN衬底101一起使用。

如上所述，非常优选的是，ELO III族氮化物层105的组分不同于衬底101。

第七实施例

除了使用不同的生长限制掩模102材料和比第一实施例中使用的生长限制掩模更厚的生长限制掩模102以外，第七实施例几乎与第一实施例相同，例如，第七实施例可以使用由氮化硅(SiN)构成的生长限制掩模102作为基于III族氮化物的衬底101与ELO III族氮化物层105之间的界面层，其中，生长限制掩模102包括1μm SiO

图26包括，图示了由SiO

SEM图像指示，SiO

第八实施例

除了在降低和/或升高本发明的温度时变化施加在聚合物/胶黏剂膜601上的应力的方向以外，第八实施例与第一实施例相同。

图27(a)、27(b)、27(c)和27(d)是用于实现本发明的聚合物/胶黏剂膜601的替代贴附方法的示意图，其中，这些技术在降低或升高温度时修改施加的应力。在该实施例中，衬底101位于支撑基底2701(诸如石英板)上。

在图27(a)中，岛状III族氮化物半导体层109的侧面沿第一方向111和第二方向112对准，并且胶黏剂/聚合物/胶黏剂膜601的一部分在一侧上接触衬底101，如图27(b)所示。通过这样做，回缩方向2702被控制为朝向一侧。膜601在降低或升高温度时在收缩和膨胀期间的移动不受与衬底101的接触的限制或停止。在一个方向(例如，第二方向112)上的回缩方向2702已经有效地起作用以移除岛状III族氮化物半导体层109。

可替代地，如图27(c)所示，膜601可以仅贴附到岛状III族氮化物半导体层109，而不接触衬底101。

如图27(d)所示，将胶黏剂/聚合物/胶黏剂膜601贴附到两个(或更多个)分离的岛状III型氮化物半导体层109。此外，可以存在两个(或更多个)分离的胶黏剂/聚合物膜601，其中一个膜601贴附到一个(或更多个)分离的岛状III族氮化物半导体层109。在该示例中，可以减小在第二方向112上施加的压力，这防止了膜601过度扭曲。通过这样做，在移除岛状III族氮化物半导体层109之后，在开口区域103处的衬底101的表面是光滑的。

在该实施例中，岛状III族氮化物半导体层109的边缘中的至少一个与衬底101所位于的支撑基底2701一起暴露于环境温度。随着温度改变，回缩方向2701发生改变。由于聚合物/胶黏剂膜601在回缩方向2701(或可替代地在膨胀方向)上的这种受控改变，可以改善转印的岛状III族氮化物半导体层109的质量和生产率。

图28(a)、28(b)、28(c)、28(d)、28(e)和28(f)是已经使用聚合物/胶黏剂膜601从衬底101移除ELO III族氮化物层105之后，使用MOCVD在具有沿各种平面(包括(10-10)、(10-11)、(20-21)、(30-31)、(11-22)、(10-1-1)、(20-2-1)、(30-3-1)和(11-2-2)平面)的取向的衬底101上生长的ELO III族氮化物层105的光学显微图像。

在图28(a)中以较低的放大率示出了在III族氮化物衬底101的各个平面上生长的ELO III族氮化物层105的光学显微镜图像，并在图28(b)中以较高的放大率示出了相同的图像。

在图28(c)中以较低的放大率示出了已经移除ELO III族氮化物层105之后的具有各种平面的衬底101的光学显微镜图像，并在图28(d)中以较高的放大率示出了相同的图像。

在图28(e)中以较低的放大率示出了已经从具有各种平面的衬底101移除ELO III族氮化物层105之后的ELO III族氮化物层105的光学显微镜图像，并在图28(f)中以较高的放大率示出了相同的图像。

第九实施例

除了在降低和/或升高温度时向在聚合物/胶黏剂膜601上施加的应力增加改善的方向版本以改善移除的岛状III族氮化物半导体层109的质量和良率以外，如图29(a)、29(b)、29(c)和29(d)的示意图所示，第九实施例与第八实施例相同。

如图29(a)所示，代替放置聚合物/胶黏剂膜601以覆盖整个岛状III族氮化物半导体层109，该聚合物/胶黏剂膜601被设计为沿第一方向111以特定间隔具有窄开口2901。

如图29(b)和29(c)所示，聚合物/胶黏剂膜601位于一个器件110的脊的两个芯片刻划线1703之间。

如图29(d)所示，当从衬底101上剥离时，聚合物/胶黏剂膜601可以移除一个或多个岛状III族氮化物半导体层109。该技术提供了对施加到岛状III族氮化物半导体层109的应变的独特控制，这允许以更高的质量以提高的吞吐量移除岛状III族氮化物半导体层109。可以从衬底101剥离在第一方向111上较长且在第二方向112上较宽的岛状III族氮化物半导体层109而不开裂或扭曲。例如，使用该技术移除的岛状III族氮化物半导体层109的典型长度为约4mm，开口面积103的宽度为约25μm。

第十实施例

第十实施例通过升高或降低温度在聚合物/胶黏剂膜601与岛状III族氮化物半导体层109之间引起热应力。结果，将聚合物/胶黏剂膜601的软区域均匀地推到岛状III族氮化物半导体层109上和周围。结果，可以非常有效地从衬底101移除具有大纵横比的岛状III族氮化物半导体层109或具有随机形状的岛状III族氮化物半导体层109。例如，图28(a)、28(b)、28(c)和28(d)所示的图像是纵横比接近70、长度约4000μm且宽度约55μm的ELO III族氮化物层105。

尽管如此，从较大的晶片(大于2英寸)移除外延层对于该技术的其它替代方案(诸如剥落和PEC蚀刻)将具有挑战性。此外，该技术还具有附加的优点。

图30(a)、30(b)、30(c)和30(d)是示出如何使用聚合物/胶黏剂膜601并施加局部热应力从包括大规模晶片的衬底101剥离岛状III族氮化物半导体层109的示意图。

如图30(a)和30(b)所示，晶片101包含多个分离的岛状III族氮化物半导体层109，并且聚合物/胶黏剂膜601被施加到晶片101的表面。如图30(c)所示，将聚合物/胶黏剂膜601卷起，从晶片101移除岛状III族氮化物半导体层109，其中岛状III族氮化物半导体层109贴附到聚合物/胶黏剂膜601。如图30(d)所示，将聚合物/胶黏剂膜601卷成管。

图31(a)、31(b)、31(c)和31(d)是示出如何在晶片101的选择区域处剥离至少两个岛状III族氮化物半导体层109的示意图。如图31(a)所示，在将聚合物/胶黏剂膜601放置在晶片101上所选的岛状III族氮化物半导体层109上之后，由圆柱滚柱3101对聚合物/胶黏剂膜601施加压力，使得聚合物/胶黏剂膜601至少到达所选的岛状III族氮化物半导体层109的顶表面以下。使用圆柱滚柱3101连续降低或升高包括聚合物/胶黏剂膜601的晶片101的温度。当滚柱3101在晶片101上滚动时，滚柱3101的作用可以假定为压力施加器和局部冷却和/或加热生成器。通过降低和升高圆柱滚柱3101接触晶片101的每个区域处的圆柱滚柱3101的温度，并同时通过将聚合物/胶黏剂膜601的一端钩到圆柱滚柱3101来剥离聚合物/胶黏剂膜601，可以从较大尺寸晶片101移除岛状III族氮化物半导体层109。

由于该技术不涉及任何化学物来剥离岛状III族氮化物半导体层109，所以即使在第一次尝试之后一些岛状III族氮化物半导体层109保留在晶片101上，也可以在将圆柱滚柱3101跨越到晶片101的另一端之后需要很少或不需要准备的情况下数次重复做相同的晶片101。结果，该技术可以以更便宜的方式以更少的前置时间获得100％的吞吐量。

第十一实施例

第十一实施例与第十实施例相同，但是与其它剥离技术相比增加一个优点。使用其它提到的移除技术(如PEC蚀刻、剥落和激光射落(liftoff))从整个晶片101的所选的部分拾取ELO III族氮化物层105是非常不可能的。

图32(a)、32(b)和32(c)是示出如何使用本发明的激光二极管器件110来大量生产显示器的示意图，而图32(d)和32(e)是示出如何使用本发明的发光二极管器件110来大量生产显示器的示意图。

图32(a)示出了不同类型的器件110，包括发红光器件110a、发绿光器件110b和发蓝光器件110c，所有这些器件已经转印到聚合物/胶黏剂膜601的分离条带上。机器人臂3201拾取这些不同的器件110a、110b、100c，并将它们放置到封装体3202中。

在图32(b)所示的实施例中，封装体3202中的每一个包括发红光激光二极管器件110a、发绿光激光二极管器件110b和发蓝光激光二极管器件110c。如图32(c)所示，可以将多个这样的封装体3202组装成LD显示器3203。

在图32(d)所示的实施例中，封装体3202中的每一个包括发红光二极管器件110a、发绿光二极管器件110b和发蓝光二极管器件110c。如图32(e)所示，可以将多个这样的封装体3202组装成LED显示器3203。

第十二实施例

第十二实施例与第十一实施例相同。

当今的显示器行业依靠晶片级测试来最小化缺陷器件的数量。该实施例可以以较小的努力从衬底101选择并拾取单独岛状III族氮化物半导体层109或器件110，并将它们与其它显示元件集成。例如，该实施例可以选择并拾取发蓝光器件用于与发绿光器件和发红光器件集成以创建显示器的像素。

图33是示出如何从支撑件3301上安装的衬底101上的选择区域剥离至少一个岛状III族氮化物半导体层109的示意图和流程图。

步骤1涉及将聚合物/胶黏剂膜601放置在所选的岛状III族氮化物半导体层109上。

步骤2涉及将聚合物/胶黏剂膜601贴附到衬底101上。例如，机器人头部件3302可以包括在机器人头部件的两侧上的可伸缩销3303，该可伸缩销3303被向下推直到聚合物/胶黏剂膜601的至少一侧在凹陷区域中接触衬底101的表面，使得H

步骤3涉及降低温度，这可以使用相同的机器人头部件3302局部或者整体控制整个衬底101上的环境。随着温度的降低，衬底101的表面与岛状第三族氮化物半导体层109的顶表面之间的聚合物/胶黏剂膜601的软部分收缩，并向岛状III族氮化物半导体层109从其被压在衬底101上的地方施加应力，这导致在与岛状III族氮化物半导体层109的界面处引发开裂。

步骤4涉及从衬底101剥离岛状III族氮化物半导体层109。为了在岛状III族氮化物半导体层109中避免不期望的开裂，可以通过沿岛状III族氮化物半导体层109的最短方向移动机器人头部件3302来轻微地完成膜601的剥离。

结果是岛状III族氮化物半导体层109贴附到聚合物/胶黏剂膜601，然后可以与功能性的显示器的其它元件集成在一起。而且，该技术不仅限于显示器，还可以应用于需要选择和拾取岛状III族氮化物半导体层109中的单独岛状III族氮化物半导体层109的其它应用。

第十三实施例

除了开口区域103的宽度以外，第十三实施例与第一实施例相同。在该实施例中，制造三个样品，它们的开口区域103具有不同的宽度，包括50、100或200μm。

图34(a)是使用生长限制掩模102在m平面衬底101上生长的ELO III族氮化物层105的图像，该生长限制掩模102的开口区域103的宽度为50μm，掩模条带的宽度为50μm；图34(b)是转印到聚合物/胶黏剂膜601上的ELO III族氮化物层105的图像。

图35(a)是使用生长限制掩模102在m平面衬底101上生长的ELO III族氮化物层105的图像，该生长限制掩模102的开口区域103的宽度为100μm，掩模条带的宽度为50μm；图35(b)是转印到聚合物/胶黏剂膜601上的ELO III族氮化物层105的图像。

图36(a)是使用生长限制掩模102在m平面衬底101上生长的ELO III族氮化物层105的图像，该生长限制掩模102的开口区域103的宽度为200μm，掩模条带的宽度为50μm；图36(b)是转印到聚合物/胶黏剂膜601上的ELO III族氮化物层105的图像。

第十四实施例

第十四实施例要求保护使用本发明制造的半导体层，这在回收方面提供了优势。具体地，图37包括在开口区域103处移除岛状III族氮化物半导体层109之后的衬底101的表面的图像，并且图38(a)和38(b)是图示在开口区域103处移除岛状III族氮化物半导体层109之后的衬底101的表面的示意图。

在图38(a)中，当开口区域103的宽度为40μm或更小时，开口区域103处的岛状III族氮化物半导体层109的底表面不包含源自衬底101的材料。

然而，在图38(b)中，具有宽度超过40μm的开口区域103的岛状III族氮化物半导体层109的确包含源自底部的两侧之间的衬底101的材料。该现象有时会发生在机械地从衬底101移除岛状III族氮化物半导体层109的时候。这也反映在图37的图像中所示的衬底101的凹部分中。

图38(a)和38(b)中的表面3801均示出了回收衬底101所需的抛光的深度。在图38(a)中，抛光的深度最小，而在图38(b)中，抛光的深度很大。与图38(b)不同，在图38(a)中，在移除岛状III族氮化物半导体层109之后，对衬底101进行抛光以再次使用将不会消耗衬底101的更多部分，从而增加了衬底101的回收寿命。

因此，更好的是，移除的岛状III族氮化物半导体层109不包含衬底101的一部分。

工艺步骤

图39是图示从衬底101移除半导体层的方法的流程图，其中，半导体层由使用生长限制掩模102和外延横向过度生长在衬底101上生长的岛状III族氮化物半导体层109构成，并且在岛状III族氮化物半导体层109合并之前，停止外延横向过度生长。

框3901表示提供基衬底101的步骤。在一个实施例中，基衬底101是基于III族氮化物的衬底101，诸如基于GaN的衬底101，或者是异物或异质衬底201。

框3902表示在衬底101上沉积中间层的可选步骤。在一个实施例中，中间层是基于III族氮化物的层，诸如基于GaN的层。

框3903表示在衬底101上或上方(即在衬底101本身上或在中间层上)形成生长限制掩模102的步骤。生长限制掩模102被图案化以包括多个开口区域103。

框3904表示使用外延横向过度生长在生长限制掩模102上或上方生长一个或多个基于III族氮化物层105的步骤，其中，III族氮化物层105的外延横向过度生长在平行于生长限制掩模102的开口区域103的方向上延伸，并且在III族氮化物层105在生长限制掩模102上合并之前，停止外延横向过度生长。在一个实施例中，ELO III族氮化物层105是ELO基于GaN的层105。

框3905表示在ELO III族氮化物层105上生长一个或多个附加III族氮化物半导体器件层106的步骤。这些附加III族氮化物半导体器件层106与ELO III族氮化物层105一起形成可以随机成形的一个或多个岛状III族氮化物半导体层109。岛状III族氮化物半导体层109可以被图案化为具有水平沟槽501，该水平沟槽向内延伸到岛状III族氮化物半导体层109的中央且至少一侧垂直在岛状III族氮化物半导体层109下方。

框3906表示从岛状III族氮化物半导体层109制造器件110的步骤，其中，器件110可以包括激光二极管器件110或发光二极管器件110。

框3907表示将聚合物/胶黏剂膜601施加到岛状III族氮化物半导体层109的步骤。

框3908表示从一个或多个侧在膜601上施加压力的步骤。可以将可压缩材料702放置在膜601上以改善其对岛状III族氮化物半导体层109的贴附；并且向可压缩材料702施加压力以改善膜601与岛状III族氮化物半导体层109的接合。在一个实施例中，膜601具有顶层和底层，将底层向内推至岛状III族氮化物半导体层109之间的凹陷区域，并且顶层比底层硬。优选地，将岛状III族氮化物半导体层109上或上方的膜601的底表面推至至少在岛状III族氮化物半导体层109的顶表面的下方的水平，其中，膜601的底表面到达岛状III族氮化物半导体层109的凸状区域的表面的下方。另外，可以在岛状III族氮化物半导体层109的顶表面下方并且在衬底101的表面上施加膜。

框3909表示改变膜601和衬底101的温度的步骤，使得开裂被引入岛状半导体层109中，其中，在岛状III族氮化物半导体层109与衬底101之间的界面处或上方(例如在水平沟槽501处)，将开裂引入岛状III族氮化物半导体层109中。在一个实施例中，改变温度以降低膜601和衬底101的温度；在其它实施例中，改变温度以升高膜601和衬底101的温度。优选地，膜601的热膨胀系数与岛状III族氮化物半导体层109和衬底101不同。而且，可以在改变温度之前移除压力。

框3910表示在施加压力并改变温度之后，从衬底101剥离具有岛状半导体层109的膜601的步骤，其中，在剥离后，岛状III族氮化物半导体层109的至少一部分可以与衬底101保留在一起。连带岛状III族氮化物半导体层109的膜601可以在任何方向上从衬底101剥离。

将膜601施加到岛状III族氮化物半导体层109；在膜601上施加压力；改变膜601和衬底101的温度；以及从衬底101剥离连带岛状III族氮化物半导体层109的膜601的上述步骤中的一个或多个可以由自动化装置执行。

此外，将膜601施加到岛状III族氮化物半导体层109；在膜601上施加压力；改变膜601和衬底101的温度；以及从衬底101剥离具有岛状半导体层109的膜601的上述步骤中的一个或多个可以被重复以从衬底101移除岛状III族氮化物半导体层109。

该方法的得到的产品包括一个或多个根据该方法制造的基于III族氮化物的半导体器件110，以及已从器件110移除并可供回收和再次使用的衬底101，如本文所述和所示。

优点和益处

本发明具有许多优点和益处：

·本发明可以用于基于III族氮化物的衬底的任何平面，并且可以剥离在相应的基于III族氮化物的衬底上的任意方向上图案化的ELO III族氮化物层。

·本发明可以用于异质衬底，并且还可以用于III族氮化物半导体器件以外的半导体器件。

·还可以移除开口区域大于100μm的较宽图案，这将减少MOCVD的生长时间并为器件设计增加更多灵活性，例如，功率电子件可以通过移除具有较宽开口区域的较厚ELO III族氮化物层来采用这种机制以实现高击穿电压器件。

·该工艺可以以更便宜的价格实现，因为剥离的资源仅使用聚合物/胶黏剂膜。

·本发明对当前的显示器技术(例如，激光二极管或微型LED显示器)具有内在的优势，因为这些器件需要被一个接一个地处理以与其它像素集成以实现功能性显示器。在从衬底上移除后，处理的器件可以保持贴附在聚合物/胶黏剂膜上。膜的胶黏性可以通过UV或IR照射降低，然后使用工具，诸如机器人真空吸盘，每个器件可以被拾取并与其它波长像素集成以实现功能性显示器。

·该工艺提供了最佳设计以释放岛状III型氮化物半导体层中的应力。

·与商业可用的器件相比，器件或芯片尺寸显著减小。

·由于接合，器件的热管理显著改善。

·本发明还可以用于微型LED、功率器件、VCSEL等。

·对于较大尺寸的晶片(>2英寸)，也可以容易采用本方法。

·本方法可以重复进行。

·本方法可以仅在部分衬底上进行。

结论

本发明优选实施例的描述到此结束。为了说明和描述的目的，已经呈现了本发明的一个或多个实施例的前述描述。这并不旨在穷举或限制本发明为所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。旨在本发明的范围不由该详细描述限制，而是由所附权利要求限制。