CN106165218A - 可制造的激光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造激光二极管器件的方法包括提供具有表面区域的基板并且形成上覆表面区域的外延材料，外延材料包括n型包覆区域、包括上覆n型包覆区域的至少一个有源层的有源区、以及上覆有源层区域的p型包覆区域。外延材料被图案化以形成多个管芯，管芯中的每一个对应于至少一个激光器件。多个管芯中的每一个被转移至一个或多个载体基板，并且处理在一个或多个载体基板上的多个管芯中的至少一个。管芯利用基板封装以构造模块器件。

Description

可制造的激光二极管
背景技术
随着激光技术发展，研发出红色波长和红外波长的更高效的灯泵浦固体激光器设计，但是这些技术对于蓝色激光器和绿色激光器仍然是挑战。为了提高这些可见激光的效率，利用高功率二极管(或者半导体)激光器。由纤维锌矿AlGaInN物质***制作出仅对直接蓝色和绿色可行的激光二极管结构。通过GaN在诸如Si、SiC、和蓝宝石的异质基板上的异质外延生长控制由GaN相关的材料制造的发光二极管。激光二极管设备在如此高电流密度下操作，使得与异质外延生长相关联的晶体缺陷不可接受。因此，极低缺陷密度、自立式GaN基板已变为GaN激光二极管制造的基板的选项。令人遗憾地，这种基板成本高并且效率低。
发明内容
本发明的实施方式提供了制作半导体激光二极管的方法。
附图说明
图1是根据本发明的实例的激光二极管的简化示图。
图2a-图2b是根据本发明的实例的管芯扩展的激光二极管的简化示图。
图3a是实施例中具有利用切割或蚀刻的反射镜沿m方向对准的腔体的c平面极性激光二极管的示意图。
图3b是实施例中具有利用切割或蚀刻的反射镜沿c方向的投影对准的腔体的半极性激光二极管的示意图。
图4是实施例中脊形激光二极管的示意性截面。
图5是实施例中选择性区域粘结处理的顶视图。
图6是实施例中用于外延制作的简化过程流。
图7是实施例中选择性区域粘结的简化侧视图。
图8是实例中具有有源区(active region)保护的外延制作的简化过程流。
图9是实例中在粘结之前具有有源区保护并且具有脊形形成的外延制作的简化过程流。
图10a是实例中的固定PEC底切的简化示图(顶视图)。
图10b是实例中的固定PEC底切的简化示图(侧视图)。
图11a是实例中具有金属固定器的可转移的台面的顶视图。
图11b是实例中的金属固定器的截面图。
图11c是实例中在利用金属固定器的PEC蚀刻期间形成的示意性电路。
图12是实例中的被处理以充当基台的载体晶圆的简化示图。
图13是实例中具有两种尺寸的管芯扩展的选择性区域粘结处理的顶视图。
图14是实例中针对典型激光二极管器件的处理步骤和材料输入的流程图。
图15是实例中针对利用外延转移至载体晶圆制作的低成本激光器件的处理步骤和材料输入的流程图。
图16是示出实例中的能够以给定管芯节距在基板上处理的激光器件的数目的表。
图17是实例中的在100mm直径的载体晶圆上针对各种基板尺寸的可粘结区域的示图。
图18是示出实例中的在外延转移至载体之后能够在50微米宽的管芯上处理的激光器件的数目的表。
图19是示出实例中的用于将小区域GaN基板制作为芯片规模封装件的过程流的示图。
图20是实例中的将由GaN晶圆制作的典型激光器管芯与在转移的激光器管芯上制作并且从载体晶圆单片化的激光器件相比较的示意图。
图21示出用于本发明的实施方式的外延结构的示意性图示，其中，用于c平面激光器的另外常规的外延设计包含牺牲层和n接触层，牺牲层和n接触层促进根据本发明的外延器件层的转移并且与转移的器件的暴露的n侧面点接触。
图22示出用于本发明的实施方式的外延结构的示意性图示，其中，期望转移的外延器件层的两侧利用透明导电氧化物包覆。
图23示出利用AlGaN包覆的常规的c平面激光二极管的外延结构的示意性图示和实例，在实例中，薄外延结构从原始基板转移并且非外延、低折射指数包覆通过沉积透明导电氧化层应用于腔体的两侧。
图24示出使用商业可获得的光模解决实例中的软件封装模拟的TCO包覆c平面激光器的限制因子的曲线图。虚线对应于常规c平面激光二极管结构中发现的限制因子。TCO包覆和c平面数据均对应于在图1中示出的结构。其他实施方式包括非极性或者半极性取向。
图25是具有双导电氧化物包覆的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如GaN的n型含镓和氮的材料中的脊部形成。
图26是具有双倍导电氧化物包层的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如GaN的p型含镓和氮的材料中的脊部形成。
图27是具有双导电氧化物包层的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如GaN的n型和p型含镓和氮的材料中的脊部形成。
图28是示出了由TCO形成的脊部的实例。
图29示出用于制造单片集成的多发射器带激光器件，常常称作激光棒的标准方法。
图30是根据本发明的多发射器激光器件的一个实施方式的示意性截面，其中，激光条带并联电连接。
图31示出根据本发明在图30中示出的多发射器激光器件的实施方式的顶视图。
图32是根据本发明的多发射器激光器件的实施方式的示意性截面，其中，激光条带串联电连接。
图33是根据本发明的多发射器激光器件的实施方式的示意性截面，其中，激光条带电气独立地可访问。
图34示出在根据本发明的图33中示出的多发射器激光器件的实施方式的顶视图。
图35示出针对根据本发明的图31、图32、及图33中示出的多发射器激光器件的三个实施方式的示意性等效电路。
图36示意性地示出根据本发明的外延晶圆上的单独的激光条带在转移至载体晶圆之前之间的几何关系。
图37是根据本发明的选择性区域粘结过程的简化顶视图并且示出了经由选择性区域粘结的管芯扩展过程，产生多发射器激光器件。
图38示意性地示出本发明的一个实施方式，针对根据本发明的多发射器激光器件的发射器足够紧密地隔开以共享共用的光学组件。
图39示出顶视图示例性实施方式，示出了根据本发明的多发射器激光器件利用单个光学元件。
图40是根据本发明的实施方式的RGB激光器芯片的示图。
图41是根据本发明的实施方式的RGB激光器芯片的示图。
图42是根据本发明的实施方式的用于将来自多个外延晶圆的管芯粘结至相同载体晶圆的处理的示意图。
图43是根据本发明的实施方式的用于将来自多个外延晶圆的管芯粘结至相同载体晶圆的处理的示意图。
图44示出了根据本发明的实施方式的用于将独立可访问的包含多个管芯的激光器芯片的布局的示意图。
图45示出了根据本发明的实施方式的用于将独立可访问的包括包含多个管芯的金属通孔的激光器芯片的布局的示意图。
图46示出了根据本发明的实施方式的用于将独立可访问的包含多个管芯的激光器芯片的布局的示意图。
图47示意性地描述了实例中针对GaN基发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的能量转换效率和输入功率密度。
图48示意性地描述了本发明的实例。
图49示意性地描述了本发明的替代实例。
图50示意性地描述了本发明的替代实例。
图51是实例中集成的、低成本的激光基光模块的示意性截面图。
图52示意性地描述了来自一个或多个蓝色激光器的光的实例。
图53示意性地描述了本发明的替代实例中的集成的、低成本的激光基光模块的替换装置。
图54示意性地描述了本发明的实例中的集成照明装置。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了制作半导体激光二极管的方法。通常这些器件使用外延沉积制作，接着是外延基板和上覆外延材料上的处理步骤。以下是这些器件的典型构造和制作的总体描述。
可以参考下文提供的以下附图描述。
图1是处理之后的本技术领域的GaN基激光二极管的侧视图示图。在包含原始的镓和氮的外延基板100上制作激光二极管，通常，该激光二极管具有外延n-GaN和n-侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p-侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片(pad)层105。标记了激光器管芯节距。在该器件设计中，浪费了未直接位于激光器脊部下方的所有外延材料。在实例中，n型包覆层可以由GaN、AlGaN、或InAlGaN构成。
图2a-图2b是管芯扩展过程之前的含镓和氮的外延晶圆100以及管芯扩展过程之后的载体晶圆106的侧视图示图。该图示出了大概五倍的扩展和由此从仅含镓和氮的基板和上覆外延材料能够制作的激光二极管的数目的五倍的增加。出于示例性之目的，包括典型的外延和处理层，且典型的外延和处理层包括n-GaN和n-侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p-侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片层105。此外，在管芯扩展处理中，使用牺牲区107和粘结材料108。
图3a是具有利用切割或蚀刻的反射镜沿m方向对准的腔体的c平面极性激光二极管的示意图。示出的是具有利用切割或蚀刻的反射镜沿m方向对准的腔体的c平面激光二极管的简化示意图。激光条带区域通过基本上沿着基本垂直于a方向的m方向的投影的腔体取向而表征。激光条带区域具有第一端107和第二端109并且形成在m方向上具有面向彼此的一对切割的反射镜结构的(0001)c平面含镓和氮的基板上。
图3b是具有利用切割或蚀刻的反射镜沿c方向的投影对准的腔体的半极性激光二极管的示意图。示出的是具有利用切割或蚀刻的反射镜沿c方向的投影对准的腔体的半极性激光二极管的简化示意图。激光条带区域通过基本上沿着基本垂直于a方向的c方向的投影的腔体取向而表征。激光条带区域具有第一端107和第二端109并且形成在c方向上具有面向彼此的一对切割的反射镜结构的半极性含镓和氮的基板上。在实例中，半极性取向可以由{50-51}、{30-31}、{20-21}、{30-32}、{50-5-1}、{30-3-1}、{20-2-1}、或者{30-3-2}取向组成，或者这些取向+/-10度内朝向c方向和/或a方向的切割。在其他实施方式中，含镓和氮的基板可以是非极性基板，诸如m平面基板。
图4是实例中的脊形激光二极管的示意性截面，并且示出图示了本技术领域的激光二极管结构的简化示意性截面图。该图仅仅是一个实例，该实例不应过度限制本文权利要求的范围。如图所示，激光设备包括氮化镓基板203，其具有底层n型金属背接触区201。在实施方式中，金属背接触区由合适的材料制成，诸如下述那些以及其他材料。在实施方式中，该器件还具有上覆的n型氮化镓层205、有源区207、以及被构造成激光条带区域211的上覆p型氮化镓层。此外，除了其他特征，该器件还可以包括n侧分别限制异质结构(SCH)、p侧引导层或SCH、p-AlGaN EBL。在实施方式中，该器件还具有p++型氮化镓材料213，以形成接触区。
图5是选择性区域粘结处理的简化顶视图并且示出了经由选择性区域粘结的管芯扩展处理。含原始镓和氮的外延晶圆201已具有外延材料的独立管芯以及通过处理限定的释放层。单独的外延材料管芯被标记202并且以节距1间隔开。圆形载体晶圆200已制备有图案化的粘结垫203。这些粘结垫以节距2间隔开，该节距2是节距1的偶数倍，使得在选择性区域粘结处理的各个反复操作中能够粘结所选择组的外延晶圆。选择性区域粘结处理反复操作继续，直到所有外延晶圆已被转移至载体晶圆204。现在，可选地，可以制备含镓和氮的外延基板201以用于再利用。
在实例中，图6是用于外延制作的过程流的简化示图，包括管芯扩展过程中的示例性外延制作过程流的侧视图示图。含镓和氮的外延基板100和上覆的外延材料被限定在单个管芯中，粘结材料108被沉积，并且底切牺牲区107。出于示例性之目的，包括典型的外延层，并且典型的外延层是n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、以及p-GaN和p侧包覆层103。
在实例中，图7是实例中的选择性区域结合过程的侧视图的简化示图。所制备的含镓和氮的外延晶圆100和所制备的载体晶圆106是该过程的起始部件。第一选择性区域粘结反复操作转移外延晶圆的部分，且根据需要重复另外的反复操作以转移所有外延管芯。一旦完成管芯扩展处理，则能够继续在载体晶圆上执行本技术领域的激光器处理。出于示例性之目的，包括典型的外延层和处理层，且该典型的外延层和处理层为n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片层105。此外，在管芯扩展处理中，使用牺牲区107和粘结材料108。
在实例中，图8是具有有源区保护的外延制作过程的简化示图。所示出的是可替代的外延晶圆制作过程流的侧视图，在该处理期间，在任何PEC底切蚀刻步骤期间使用侧壁钝化来保护有源区。该过程流允许更广泛地选择牺牲区材料和成分。出于示例性之目的，包括典型的基板、外延层以及处理层，并且典型的基板、外延层以及处理层是含镓和氮的基板100、n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片层105。此外，在管芯扩展处理中，使用牺牲区107和粘结材料108。
在实例中，图9是在结合之前具有有源区保护和脊部形成的外延制作过程流的简化示图。所示出的是可替代的外延晶圆制作过程流的侧视图，在该处理期间，在任何PEC底切蚀刻步骤期间使用侧壁钝化来保护有源区并且在转移之前在密集的外延晶圆上限定激光器脊部。该过程流通过对密集的外延晶圆执行额外的处理步骤，潜在地允许节约成本。出于示例性之目的，包括典型的基板、外延层以及处理层，并且典型的基板、外延层以及处理层是含镓和氮的基板100、n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片层105。此外，在管芯扩展处理中，使用牺牲区107和粘结材料108。
图10a是固定PEC底切的简化实例(顶视图)。所示出的是在窄台面(mesa)的选择性区域粘结期间的可替代释放处理的顶视图。在本实施方式中，在沉积粘结金属303之前，使用自上向下的蚀刻来蚀刻掉区域300。然后，使用PEC蚀刻来底切比牺牲层的横向蚀刻距离更宽的区域301。在选择性区域粘结处理期间，牺牲区302保持完整并且用作机械支撑。如在“狗骨式(dog-bone)”版本中，诸如这些的固定能够被放置在窄台面的末端。固定也能够被放置在台面的多侧(参见半岛固定)，使得它们经由底切并且将在转移期间优先折断的窄连接304附接至台面。充当应力集中器305的几何特征能够被增加至将发生折断的该固定处以进一步限制。粘结媒介也能够部分地延伸至该固定上以防止靠近台面的折断。
图10b是实例中的固定PEC底切的简化示图(侧视图)。所示出的是固定PEC底切的侧视图。为便于机械支撑，在外延管芯的各端处包括牺牲区支柱，直至完成该粘结处理。在粘结之后，外延材料将切割在粘结垫与完整的牺牲区之间的未支撑的薄膜区域，使能够执行选择性区域粘结处理。出于示例性之目的，包括典型的外延层和处理层，且该典型的外延层和处理层为n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p侧包覆层103、绝缘层104、以及接触/垫片层105。此外，在管芯扩展处理中，使用牺牲区107和粘结材料108。外延材料从含镓和氮的外延晶圆100被转移至载体晶圆106。下面将更为具体地描述本方法和结构的进一步细节。
图11a示出GaN外延材料的可转移台面的实例的平面示意图，其中，金属固定器桥接在台面的顶部上的粘结金属与蚀刻区段中的阴极金属之间。
图11b呈现金属固定器的位置处的可转移GaN台面的实例的截面图。在此，台面通过化学蚀刻形成并且包括p型包覆层、光电器件的发光层、n型包覆层、包括牺牲层和牺牲层下面的n型GaN外延层的一部分的量子阱。p接触金属首先沉积在p型GaN上以利用p型GaN形成高质量电气接触。然后，第二金属堆叠图案化并且沉积在台面上，覆盖p接触金属。第二金属堆叠由n接触金属以及充当台面粘结垫以及阴极金属两者的相对厚的金属层构成，n接触金属与牺牲层下面的n型GaN形成良好的电气接触。粘结/阴极金属还形成覆盖台面的边缘并且提供台面顶部与基板之间的连续的连接的厚层。在牺牲层通过选择性光化学蚀刻移除之后，厚金属提供机械支撑以使台面保留在GaN晶圆上的适当的位置直至进行至载体晶圆的粘结。
图11c是使用金属固定器的器件中在牺牲层的光电化学[PEC]蚀刻期间电荷流动的示意图。可以选择性地蚀刻牺牲层，即使泵浦光由有源区吸收。当空穴转移至蚀刻溶液时，通过在晶圆表面分解AlInGaN材料实现PEC处理中的蚀刻。然后，这些空穴在溶液中与在阴极金属界面从蚀刻溶液提取的电子重新结合。因此获得电荷中性。通过使阳极与阴极电短路实现选择蚀刻。器件发光层中产生的电子空穴对通过p-n结的电场从发光层清除。因为空穴从有源区清除，所以存在很少或没有发光层的蚀刻。载流子的积累产生电势差，该电势差驱动载流子通过金属固定器，载流子在金属固定器处重新结合。牺牲区中的平带条件导致空穴的积累，空穴的积累导致牺牲层的快速蚀刻。
图12是被处理以充当基台的载体晶圆的简化示图。处理载体晶圆402，使得背侧包含可以是环氧树脂、金-锡焊料等的粘结介质401。还利用使载体晶圆与覆盖层电绝缘的第一钝化层403来处理载体。导电性粘结垫405覆盖钝化层并且允许经由探针或引线粘结粘结电接入在激光器管芯转移处理期间所使用的粘结垫108。在激光器管芯406的转移之后，加入覆盖在管芯上图案化的激光器件以及底侧接触片405的一部分的第二电气接触和粘结垫层407。第二钝化层408使两个粘结垫分离。
图13是实例中具有两种尺寸的管芯扩展的选择性区域粘结处理的顶视图。基板901利用可转移的管芯903图案化。载体晶圆902在基板上以大于管芯节距的第二和第四节距两者利用粘结垫904图案化。在第一粘结之后，激光器管芯的子组被转移到载体。在第二粘结之后，转移完整行的管芯。
图14是实例中针对典型激光二极管器件的处理步骤和材料输入的流程图。在此，GaN基板沉积以形成LD器件晶圆。在晶圆前侧制作激光器脊部、以及钝化层和电气接触层。然后使晶圆薄化，去掉晶圆的大部分厚度。处理背面电触点。然后划刻并切割晶圆以形成刻面(facet)，添加刻面涂层并且测试激光器件用于品质保证。然后将激光棒单片化为单独的管芯并且附接至基台。用于GaAsP基的激光器的处理流程将基本类似。
图15是实例中针对利用外延转移至载体晶圆制作的低成本GaN激光器件的处理步骤和材料输入的流程图。在此，GaN基板沉积以形成LD器件晶圆。处理激光器管芯为转移作准备。然后使激光器管芯转移至载体晶圆。然后在载体的管芯上制作激光器脊部、钝化层和接触。在使用蚀刻的刻面的情况下，在晶圆上测试器件。然后使载体单片化为单独的管芯。用于GaAsP基的激光器的处理流程将基本类似。
图16是示出能够以给定管芯节距在基板上处理的激光器件的数目的表。表示出直径为25.4mm、32mm的圆形晶圆和2x2cm2正方形晶圆的三种几何形状的基板。随着管芯节距减小，基板上能够处理的器件的密度显著地增加。
图17是在100mm直径的载体晶圆1001上针对各种基板尺寸的可粘结区域的示图。在该构造中，管芯扩展仅发生在一种尺寸中。可能转移的数目由基板相对于载体的尺寸和形状固定。示出了几个实例，包括25.4mm直径的晶圆1002、32mm直径的晶圆1003和2x2cm2的基板1004。
图18是示出能够在以各种第二节距外延转移至载体之后在约50微米宽的管芯上处理的激光器件的数目的表。第二节距，例如，载体中的管芯节距相对于基板上的节距确定管芯在基板上每个转移步骤可以转移的部分。因此，根据第一节距和第二节距的尺寸，载体晶圆可以包含多个基板、一个基板或者仅单个基板的部分的管芯。
图19示出了从基板上的外延膜至最终应用的制作GaN基激光二极管器件的过程流的绘画图示。管芯可以在32mm GaN晶圆上制作然后转移至100mm SiC基板。在管芯加工到激光器件中之后，SiC载体单片化为单独的激光器芯片，单独的激光器芯片准备安装在诸如显示器、用于普通照明的光源、投影仪以及汽车头灯等的各种应用中。在该实例中，具有约70微米的第一节距的约50微米宽的台面可以以约490微米的第二节距转移至载体晶圆。
图20示出了在基台上的典型激光器管芯1102和本发明的器件1101的示意图。在基台上的管芯可以是在薄型化为约75微米并且切割为约1.2mm长和约150微米宽的激光器管芯的GaN基板上制作的约1.2mm长乘以约30微米宽的激光器脊部。然后，这些管芯被附接至利用电气隔离的引线粘结垫图案化的更大基台。引线粘结垫经由引线粘结和焊料连接分别电气连接至激光器管芯的顶部和底部。在芯片规模的器件中，约50微米宽乘以约1.2mm长乘以约2微米厚的激光器管芯的阵列被转移至SiC载体晶圆，使用晶圆规模的光刻处理制作电连接和引线粘结垫。所获得的芯片为约1.2mm长乘以约0.5mm宽，然而应注意，能够通过调整在载体晶圆上的激光器管芯阵列的节距来缩放所获得的芯片的尺寸。在两个器件中，能够通过引线粘结或经由诸如弹簧针(pogo-pin)、弹簧卡子等的可拆卸连接进行对垫片的电气接触。
相对于AlInGaN激光器件，这些器件包括含镓和氮的基板(例如，GaN)，但是该基板包括在极性c平面{0001}方位中(可以是诸如非极性的或者半极性的其它的)定向的表面区域。该器件还具有包括上覆表面区域的InGaN的含镓和氮的材料。如本文中所使用的，术语“基板”可指大块基板或者可包括诸如含镓和氮的外延区域的上覆生长结构、或者诸如n型GaN的功能区、组合等。
GaN发光二极管(LED)和激光二极管(LD)通常在c平面定向基板上生产。在LED的情况下，LED通常是GaN模板，即在化学上不同的基板上异质外延生长的薄的GaN膜。例如，GaN膜可以在蓝宝石、SiC、硅和尖晶石等上生长。在这种情况下，GaN膜的方位通过基板的晶体结构和方位确定并且GaN层的缺陷率通过GaN与基板之间的晶格失配以及GaN层的生长的细节确定。在激光二极管的情况下，模板中发现的高密度扩展缺陷导致不能接受的高失败率。首先通过使用侧向外延增生产生具有减小缺陷密度的大区域的模板解决该问题。本领域现状是使用通过氢化物汽相处延或者氨热生长减小的缺陷密度晶锭的生长产生的块GaN基板。在两种情况下，可以生产相对大的(例如，通常两英寸直径或者更大的)GaN晶圆，该GaN晶圆的均匀分布的缺陷的密度相对低。c平面晶圆上的生长对于在非极性和半极性定向GaN晶圆上的生长的有利方面仅在于两英寸和更大的直径c平面晶圆目前可用，并且非极性和半极性方位由于它们从c平面定向晶锭的横切导致在尺寸上通常受限制。
没有斜切(offcut)的C平面GaN晶圆主要定向，其中，表面法线平行于纤维锌矿晶格的[0001]方向。晶圆可以具有斜切，其中，晶圆的表面法线朝向<11-20>或者<10-10>方向的一个或者组合倾斜。对于任意的斜切方向，一般地，倾斜指定朝向<11-20>和<10-10>族中发现的正交对的方向。例如，[10-10]和[1-210]正交并且可以用来指定任意的斜切。通常，斜切将主要地朝向<11-20>或者<10-10>方向的仅一种，其中，仅相对小的偏移。例如，c平面晶圆可以具有朝向[10-10]方向的0.1度与10度之间的斜切或者可以具有朝向[11-20]方向的0.1度与10度之间的斜切。尽管可能有较大的和较小的斜切，但是认为斜切小于0.1度的晶圆标称在轴上。
晶圆斜切很重要，因为它将确定晶圆表面上原子梯级的密度以及梯级边缘的终止。因为晶体的任意定向的表面可能具有高的表面能量，所以晶体将趋向于使用许多低能量平面形成近似倾斜的面。通常，斜切c平面晶圆将导致由[0001]梯级表面组成的梯级表面和由棱柱面(即(11-20)或者(10-10))组成的梯级边缘。由于晶体结构中的各向异性，所以(11-20)梯级边缘处的不饱和键的数目和构造不同于(10-10)梯级边缘的那些。因为斜切的方向和大小控制梯级边缘的密度和方位，所以对基板的化学特性的大量控制可以受斜切的影响。许多生长过程，诸如化学有序性、易挥发种类的合并和堆垛层错的形成可以与原子在梯级边缘合并的方式有关系。因此，基板斜切的合理选择对获得最好的外延膜品质是关键的。
尽管c平面晶圆大于非极性和半极性定向的晶圆并且提供成本优势，但是它们具有严重的缺点。通常由于内部极化场，c平面激光器仅需要使用几个窄的量子阱，内部极化场导致不利地影响差分增益的电子和空穴状态在宽阱内的空间分离。使用很少的窄阱具有限制在有源区与GaN包覆层之间可以实现的指数对比的副作用。为了增加有源区与包覆层之间的指数对比并且从而增加光学限制，c平面器件通常利用含铝的包覆层。非极性和半极性定向的激光二极管的吸引人的特征是设计外延结构的自由度，其中，几个量子阱可以比c平面中的更厚。这可以允许不需要含Al的包覆层的设计。
使用含铝包层存在许多缺点。AlGaN层趋向于比GaN层的电阻更大，尤其当掺杂的p型添加至激光器件的完全串联电阻时。AlGaN当在未拉紧的GaN层上生长时也在张力下，限制AlGaN包覆的厚度和成分，AlGaN包覆由于拉伸应变在裂缝或者其他扩展缺陷形成之前可以生长。高品质AlGaN生长通常还需要比GaN更高的生长温度和更慢的生长率。与铟相和镓相相比，含铝先驱物在气相中也更容易起反应，导致在生长期间更多粒子的形成和外延膜的相关污染。四元(AlInGaN)包层是一个可能的替换物，然而，因为使高品质AlInGaN生长需要的高温也抑制铟的合并，所以AlInGaN层在引进更加困难的生长控制的同时仅解决与拉伸应变相关的问题。
应用于c平面激光二极管器件的本发明的有利之处在于允许通过具有等效的或者较低的折射率的非外延或者外部沉积物取代厚度相对高的铝含量包覆层。例如，InGaN量子阱的任一侧由几百纳米GaN包层组成的薄的器件结构可以包覆有高导电性但是低吸收率的TCO，诸如ZnO、ZnGaO、Ga2O3、ITO等。因为这些材料的折射率比低成分的AlGaN低得多，即使有源区以别的方式不支持导模，容易制造高限制波导，并且根据设计可以具有比利用厚的且相对高的铝含量的包覆层的常规的器件更好的光学限制。作为诸如TCO的低指数材料的替换物，高反射性金属在不导致不可接受的损失水平的情况下通过使用薄的包层区域可用于辅助限制模式。这种反射性金属的实例包括银、铝、及金。在某些实施方式中，可以从外延结构去除整个AlGaN包覆层并且在其他实施方式中，薄的和/或较低的铝含量包覆层可以与诸如TCO的低的指数异位沉积物和/或反射性金属同时存在。使用这种结构还改善处理洁净度，通过显著地减少生长时间增加生产量并且降低器件电阻率。
在实施方式中，牺牲层与转移之后将暴露的n接触层一起生长。覆盖n接触层的是包括与常规的c平面激光二极管的那些类似的结构的层。在这个实施方式中，n型GaN缓冲层生长在c平面定位的块GaN晶圆上。覆盖缓冲层的是InGaN阱包括的牺牲层，InGaN阱通过GaN势垒分开，其中，阱成分和厚度选择为导致阱吸收波长短于450nm的光，尽管在一些实施方式中，吸收边缘与400nm一样短并且在其他实施方式中与520nm一样短。覆盖牺牲层的是由GaN组成的n型接触层，该GaN掺杂有浓度为5E18cm-3的硅，尽管在其他实施方式中，掺杂可以介于1E18与1E19cm-3的范围中间。覆盖接触层的是n型AlGaN包覆层，其中，厚度为1微米和平均组成是4％AlN，尽管在其他实施方式中，厚度范围可以从0.25微米至2微米，平均组成是1％至8％AlN。覆盖n包层的是n型波导或者单独限制异质结构(SCH)层，辅助提供与包层的指数对比以改善光模的限制。NSCH是成分为4％InN并且厚度为100nm的InGaN，尽管在其他实施方式中，InGaNn SCH的厚度范围可以从20nm至300nm并且InN范围可以从0％至8％并且可以由组成(composition，成分)和厚度变化的几个层组成。覆盖n-SCH的是由两个通过4nm厚的GaN势垒分离的3.5nm厚的In0.15Ga0.85N量子阱组成的发光层，尽管在其他实施方式中，可以存在由1至五个通过1nm至25nm厚的GaN或者InGaN势垒分离的1nm至6nm厚的量子阱组成的发光层。覆盖发光层的是成分为4％InN并且厚度为100nm的InGaNp SCH，尽管在其他实施方式中，nSCH的厚度范围可以从20nm至300nm并且InN范围可以从0％至8％并且可以由成分和厚度变化的几个层组成。覆盖pSCH的是具有10％AlN的成分的AlGaN电子阻挡层[EBL]，尽管在其他实施方式中，AlGaN EBL成分的范围可以从0％至30％AlN。覆盖EBL的是p型AlGaN包覆层，其中，厚度为0.2微米和平均成分是4％AlN，尽管在其他实施方式中，厚度范围可以从0.25微米至2微米，平均成分是1％至8％AlN。覆盖p-AlGaN包覆的是厚度为700nm的p-GaN包覆，尽管在其他实施方式中，p-GaN包覆厚度的范围可以从0nm至1500nm。p-GaN包覆利用允许与器件高品质p型电气接触的高度掺杂p++或者p接触层在晶体的自由表面处终止。该器件在图21中以示意性形式示出。
如对于读者的进一步背景，难以生产大块形式的氮化镓及相关晶体。能够生产大面积GaN晶锭的生长技术仍处于不成熟阶段，并且所有定向的成本比诸如Si、GaAs、以及InP等其他半导体基板的相似管芯尺寸昂贵许多。尽管可以商购较大面积、自立式的GaN基板(例如，具有两英寸或者更大的直径)，然而，较大面积的非极性和半极性GaN基板的可用性非常受限制。通常，通过c平面取向的晶锭的生长来产生这些取向，然后，该晶锭被以相对c平面成某个陡峭角度切成矩形晶圆。这些晶圆的宽度受c平面定向晶锭的厚度的限制，c平面定向晶锭的厚度反过来通过晶锭生产(例如，通常异质基板上的氢化物汽相处延(HVPE))的方法得到限制。这种小型晶圆尺寸在几个方面受限制。首先，必须在这种小型晶圆上进行外延生长，从而由于晶圆边缘附近处生长不均匀性导致增加了晶圆的不可使用的区域部分。其次，在基板上外延生长光电器件层之后，需要对小型晶圆执行相同次数的处理步骤，以制作本领域技术人员在较大面积晶圆上所使用的最终器件。这些影响促使在这种小型晶圆上制造器件的成本增加，因为所生产的每个器件的成本和不可使用的晶圆区域部分随着晶圆尺寸减小而增加。相对不成熟的大块GaN生长技术额外地限制了可以生产的基板的总数目，从而潜在地限制了增大非极性或者半极性GaN基板类器件的可行性。
已知的，GaN基板的所有取向的高成本、增大晶圆尺寸的难度、小型晶圆处理时所固有的低效率、以及对半极性和非极性晶圆的潜在供应限制，使得变得极其希望使基板和外延材料的利用率最大化。在制作侧腔激光二极管时，通常情况是由激光器腔长度确定最小管芯长度，但是，由诸如引线粘结垫的其他器件部件或者诸如在管芯附接过程中用于管芯处理的机械面积的考虑因素确定最小管芯宽度。即，尽管激光器腔长度限制激光器管芯长度，然而，激光器管芯宽度通常远大于激光器腔宽度。因为GaN基板和外延材料仅对激光器腔区域内和附近至关重要，所以这提供了发明新方法以仅形成这些相对昂贵材料之外的激光器腔区域并且以较低成本材料形成结合片和芯片的机械结构的极大机遇。尽管引线粘结垫为～100μm宽，然而，激光器腔宽度的典型尺度为约1μm至30μm。这指的是如果从GaN芯片尺度排除引线粘结垫宽度限制和机械处理考虑因素，则从单个外延晶圆可制作大于3倍与100倍之间的更多激光二极管管芯。这转变成外延和基板成本的大于3倍至100倍的减少。在传统器件设计中，尽管不使用结构支撑之外的半导体的材料性能，然而，相对较大的结合片由外延晶圆机械支撑。
在另一个实施方式中，低折射率TCO包覆层应用于激光二极管的p型和n型侧以提高结构的光学限制。因此，低折射率含铝层是不必要的，这减小外延结构的整体张力，器件层在生长室中沉积需要的时间及相对厚的器件的串联电阻并且结构中不存在AlGaN或者AlInGaN的电阻层。在这个实施方式中，n型GaN缓冲层生长在c平面定位的块GaN晶圆上。覆盖缓冲层的是InGaN阱包括的牺牲层，InGaN阱通过GaN势垒分开，其中，阱成分和厚度选择为导致阱吸收波长短于450nm的光，尽管在一些实施方式中，吸收边缘与400nm一样短并且在其他实施方式中与520nm一样短。覆盖牺牲层的是由GaN组成的n型接触层，该GaN掺杂有浓度为5E18cm-3的硅，尽管在其他实施方式中，掺杂可以介于1E18与1E19cm-3的范围中间。覆盖接触层的是厚度为100纳米的n型GaN包覆层，尽管在其他实施方式中，厚度的范围可以从50纳米至1000纳米并且可以由范围从0.5％至10％InN的InGaN合金组成。覆盖n-GaN包层的是n型波导或者单独限制异质结构(SCH)层，辅助提供与包层的指数对比以改善光模的限制。nSCH是成分为4％InN并且厚度为100nm的InGaN，尽管在其他实施方式中，nSCH的厚度范围可以从20nm至300nm并且从0％至8％InN并且可以由成分和厚度变化的几个层组成。覆盖n-SCH的是由两个通过4nm厚的GaN分隔层分开的3.5nm厚的In0.15Ga0.85N量子阱组成的发光层，尽管在其他实施方式中，可以存在由1至五个通过1nm至25nm厚的GaN或者InGaN分隔层分开的1nm至6nm厚的量子阱组成的发光层。覆盖发光层的是成分为4％InN并且厚度为100nm的InGaNp SCH，尽管在其他实施方式中，nSCH的厚度范围可以从20nm至300nm并且InN范围可以从0％至8％并且可以由成分和厚度变化的几个层组成。覆盖pSCH的是具有10％AlN的成分的AlGaN电子阻挡层[EBL]，尽管在其他实施方式中，AlGaN EBL的成分的范围可以从0％至30％AlN。覆盖接触层的是厚度为100纳米的p型GaN包覆层，尽管在其他实施方式中，厚度的范围可以从50纳米至1000纳米并且可以由范围从0.5％至10％InN的InGaN合金组成。p-GaN包覆利用允许与器件的高品质p型电气接触的高度掺杂p++或者p-GaN接触层在晶体的自由表面处终止。该器件在图22中以示意性形式示出。
图23示出常规的c平面激光二极管的最终结构的示意性图示与具有低指数、二极管两侧上的TCO包层的转移的c平面激光二极管的比较。为了清楚起见，未示出金属接触层、脊部和相关的结构，钝化氧化物及其他器件指定特征。值得注意的是两种器件之间的外延材料的总厚度的差异。TCO包覆转移器件包括小于0.5微米的外延材料，然而常规的激光二极管包含越过两微米的外延材料，其中，由含铝合金组成的器件的大部分厚度通常以相对低的生长速率生长。由于c平面激光二极管中的量子阱的稀薄，当仅依靠InGaN层与GaN包覆层之间的指数对比时不可能实现高的光限制因子。为了提供高差分增益的充足的光学约束，添加相对低的指数AlGaN层。如前面提到的，这些层通常比等量掺杂GaN的层的电阻更大，其中，p型层相对于n型层的差异更大。而且，含铝层可以获得的光学约束的程度存在限制。为了获得高指数对比，具有很高的铝含量的层必须生长。然而，这同时导致增加的抵抗力以及增加的拉伸应变。实际上，由于AlN与GaN之间在450纳米处分别约2.2与约2.4的指数对比中的相对小的差异导致缺乏指数对比，所以不可能约束体积非常小的光模。然而，利用透明导电氧化物包覆两侧的有源区允许光模约束为非常小的体积，导致相对高的限制因子。这是因为TCO趋向于具有相对小的折射率(例如，约1.9-2.0)。图24示出模拟常规的c平面激光结构[短划线]和在腔体的两侧利用TCO包层的c平面激光结构[实心点和实线]限制因子的结果。这些结构对应于在图23示出的那些。y轴给出模拟的限制因子，而x轴示出TCO包覆结构中的GaN包层的厚度。可以看出，例如，在GaN包覆的厚度低于300nm的情况下，TCO包覆结构具有比常规的c平面激光二极管更高的限制因子。对于非常薄的GaN包层[即，非常薄的腔体]，限制因子高于常规的激光二极管多达50％。该增加的限制因子直接导致TCO包覆结构中的增加的差分增益。
在又一个实施方式中，图22中描述的TCO层由反射性金属替代。作为实例，铝可以用于n接触和银可以在p接触上使用。在这个实施方式中，金属用来约束光模而不导致不可接受数目的模式损耗。
在实例中，该方法使用LD外延结构在极性c平面GaN基板上的常规平面生长。然后，透明导电氧化物(TCO)沉积在自由外延表面上以形成折射率低于组合物的GaN膜或者AlGaN膜的透明的、导电气接触层，组合物的GaN膜或者AlGaN膜可以以提供光模的充足的约束需要的厚度完全应变地生长。两个示例性TCO是氧化铟锡(ITO)和氧化锌(ZnO)。ITO是用于TCO的商用标准，并且用于包括期望半透明的电气接触的显示器和太阳能电池的各种领域。ZnO提供与GaN相同的晶体结构的直接带隙半导体的优势并且可以以与AlInGaN合金的生长温度相比相对低的温度在GaN上外延生长。ZnO的带隙也足够大并且与GaN(约3.3eV)类似，将呈现可以忽略的光的可见波长的带边吸收。ZnO可以以各种方式(诸如金属有机化学气相沉积、其他气相沉积技术)沉积，并且形成溶液。在另一个实例中，TCO替换为诸如铝、银、金或者其它的反射性金属。在又一个实例中，采用TCO与反射性金属的结合。
然后将晶圆粘结至承载器(handle)，其中，TCO的自由表面邻近于粘结界面。粘结可以是直接的(即利用TCO与承载材料接触)或者间接的(即利用设置在TCO与承载材料之间的粘结介质)以改善粘结特性。例如，该粘结介质可以是Au-Sn焊料、CVD沉积SiO2、聚合物、CVD或者化学沉积的多晶半导体或者金属等。间接粘结机制可包括热压粘结、阳极粘结、玻璃粉粘结、利用粘合剂的粘结，粘结机制的选择取决于粘结介质的属性。
热压粘结包括在高温和高压下使用设置在TCO与承载晶圆之间的粘结介质粘结晶圆。粘结介质可以由多种不同的层组成，但是通常包含至少一个由具有高的表面扩散速率的相对延性材料组成的层(粘结层)。在很多情况下，该材料是Au、AL或者Cu。粘结堆叠还可以包括设置在粘结层与TCO或者承载晶圆之间的层，该层提高粘附力或者充当TCO或者承载晶圆中的种类应该在粘结层材料中具有高溶解度的扩散势垒。例如，Si晶圆上的Au粘结层可以导致Si至粘结界面的扩散，将减小粘结强度。扩散势垒的内含物，诸如氧化硅或者氮化物将限制该作用。第二材料的相对薄层可以应用于粘结层的顶表面以提高设置在TCO和承载上的粘结层之间的粘附力。具有比金更低(例如，Al、Cu等)的韧性或者沉积为导致粗糙的膜(例如电解沉积)的一些粘结层材料在粘结之前可能需要经由化学或者机械抛光来平坦化或者减小粗糙程度，并且活性金属可能需要特定清洁步骤来去除可能妨碍粘结的氧化物或者有机材料。
金属层堆叠在空间上可能不均匀。例如，粘结堆叠的首层可以使用光刻变化以提供对准或者从透明基板的背面看得见的基准符号。
热压粘结可以以相对低的温度(通常低于500摄氏温度和高于200摄氏温度)实现。温度应该足够高以提高粘结界面处的粘结层之间的扩散率，而不是太高以促进每个金属堆叠中的单层的非故意的合金。压力的施加提高粘结速率，并且导致金属堆叠的一些弹性和塑性变形，这些弹性和塑性变形使金属堆叠更好地且更均匀地接触。最佳粘结温度、时间和压力将取决于特定的粘结材料、形成粘结界面的表面的粗糙程度和对承载晶圆的破裂的敏感性或者在负荷下对器件层的损坏。
粘结界面不需要由晶圆表面的全部组成。例如，而非粘结金属的毯式沉积，光刻处理可以用来使金属沉积在由没有粘结金属的区域分开的间断的区域中。在弱粘结或者没有粘结的限定区域辅助后续处理步骤、或者需要气隙的情况下，这可能是有利的。其一个实例是使用外延生长的牺牲层的湿蚀刻去除GaN基板。为了进入牺牲层，必须在外延晶圆的两个表面的任一个中蚀刻通孔，并且如果从晶圆的粘结侧蚀刻通孔，更加容易保持晶圆用于重新使用。一旦粘结，通道中产生的蚀刻通孔可以将蚀刻液从粘结晶圆的边缘引导至中心，并且因此基板的包括通孔的区域没有与承载晶圆密切接触使得形成粘结。
粘结介质也可以是以回流处理或者阳极粘结的无定形的或者玻璃状材料。在阳极粘结中，介质是具有高离子含量的玻璃，通过施加大的电场促进物质的质量输送。在回流粘结中，玻璃具有低熔点，并且将在适中压力和温度下形成接触和良好的粘结。所有玻璃粘结相对易碎，并且需要玻璃的热膨胀系数足够接近粘结搭档晶圆(即，GaN晶圆和承载器)。两种情况下的玻璃可以经由气相沉积或者利用包括在玻璃上旋转的处理沉积。在两种情况下，粘结区域可以在范围上受限制并且具有由光刻或者丝印处理限定的几何结构。
TCO至承载晶圆在沉积在GaN和承载晶圆两者上的TCO之间或者在外延GaN膜与沉积在承载晶圆上的TCO之间的直接粘结也可以在高温和高压下进行。这里粘结通过TCO、GaN和/或承载晶圆种类跨粘结界面的质量输送进行。由于TCO的韧性低，所以结合表面必须比类似金的金属的热压粘结中需要的那些明显更平稳。
本发明的实施方式通常包括一些种类的脊部以提供可以在侧向上约束光模的侧向指数对比。一种实施方式将脊部蚀刻到外延生长的GaN包覆层中。在该情况下，脊部在TCO沉积和粘结之前蚀刻到p型GaN层中或者在粘结并去除基板之后蚀刻到n型层中是无关紧要的。图25是具有双导电氧化物包层的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如实例中的GaN的n型含镓和氮的材料中的脊部形成。图26是具有双导电氧化物包层的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如GaN的p型含镓和氮的材料中的脊部形成。在该情况下，TCO必须以某种方式平坦化以提供有助于粘结的表面，除非使用可以容纳晶圆表面上的高度上的大的变化的可回流或者塑性变形的粘结介质。图27是具有双导电氧化物包层的激光器波导的示例性示意截面，示出诸如GaN的n型和p型含镓和氮的材料中的脊部形成。图28是激光器波导的示例性示意截面，其中，侧向波导脊部形成在透明导电氧化物中。
相对于AlInGaN激光器件，这些器件包括含镓和氮的基板(例如，GaN)，该含镓和氮的基板包括以半极性[(11-21)、(20-21)、(20-2-1)等]或者非极性[(10-10)或者(11-20)]构造定向的表面区域，但是可以是其他的。该器件还具有包括上覆表面区域的InGaN的含镓和氮的材料。在具体实施方式中，如下所述，可以采用半极性或者非极性含镓基板的激光器件。如本文中所使用的，术语“基板”可指大块基板或者可包括诸如含镓和氮的外延区域的上覆生长结构、或者诸如n型GaN的功能区、组合等。我们还针对取向于非极性m面与极性c面之间的半极性晶面研究了外延生长和切割特性。具体地，在晶面的{30-31}和{20-21}族上成长。我们实现了有前途的外延结构和切割，这创建了使激光二极管以约400nm至绿色(例如，500nm至540nm)之间的波长工作的高效二极管的途径。这些结果包括450nm范围内的亮蓝色外延、520nm范围内的亮绿色外延、以及正交于c方向投影的平滑切割面。
在具体实施方式中，氮化镓基板构件是大块GaN基板，其特征在于具有半极性或者非极性晶面区域，但可以是其他基板。在具体实施方式中，大块的氮化物GaN基板包括氮并且具有约10E5cm-2与约10E7cm-2之间或者低于10E5cm-2的表面位错密度。氮化物晶体或者晶圆可以包括ALxInyGa1-x-yN，其中，0≤x，y，x+y≤1。在一个具体实施方式中，氮化物晶体包括GaN。在一个或者多个实施方式中，GaN基板在大致正交或者倾斜于表面的方向上具有螺纹式位错，约10E5cm-2与约10E8cm-2之间的浓度。由于位错的正交或者倾斜取向的结果，表面位错密度介于约10E5cm-2与约10E7cm-2之间或者低于约10E5cm-2。在具体实施方式中，可以在一点切余下的半极性基板上制作该器件，如共同转让的要求于2009年3月28日提交的美国临时第61/164,409号的优先权以及2010年3月29日提交的美国序列号12/749,466中所描述的，通过引用将其结合在此。
激光烧蚀是超越带隙发射激光器被用于通过加热分解吸收牺牲(Al、In、Ga)N层并且促使氮气的解吸的处理。然后使用王水或者HCl蚀刻掉剩余的Ga污泥。该技术可以类似地用于PEC蚀刻，在PEC蚀刻中，外延器件与大块基板之间的牺牲材料蚀刻/烧蚀掉导致外延结构与基板的分离。然后可以围住并打磨外延膜(已粘结至操作晶圆)以获得平面。
PEC蚀刻是可用于蚀刻GaN及其合金的光助湿蚀刻技术。处理包括超越带隙激发源和通过半导体和电解质溶液形成的电化学电池。在该情况下，暴露的(Al、In、Ga)N材料表面充当阳极，而在半导体上沉积的金属垫片充当阴极。超越带隙光源在半导体中产生电子空穴对。电子从半导体经由阴极提取而空穴扩散至材料的表面形成氧化物。因为空穴扩散至表面需要表面上的频带弯曲以有利于空穴的收集，虽然已发展用于蚀刻p型材料的一些方法，但是PEC蚀刻通常仅用于n型材料。然后，氧化物通过半导体的湿蚀刻中产生的电解质溶解。以示出在GaN及其合金的蚀刻中有效的包括HCl、KOH、及HNO3的不同类型的电解质。通过选择有利的电解质可以优化蚀刻选择性和蚀刻速率。还可以在半导体与阴极之间产生外部偏离以辅助PEC蚀刻处理。
用于经由光化学蚀刻剥离基板的牺牲层至少包含低带隙或者吸收泵浦光的掺杂层并且具有相对于包围材料的增强的蚀刻速率。牺牲层可以外延沉积并且可以选择它们的合金成分和这些的掺杂使得空穴载体寿命和扩散长度高。通过使牺牲层在提升高材料晶体品质的生长条件下生长可以避免减小空穴载体寿命和扩散长度的缺陷。牺牲层的实例是吸收外界光源的波长的InGaN层。设计有极低的蚀刻速率以控制基板去除之后剩余的包覆材料的厚度的蚀刻停止层也可以合并以允许对蚀刻处理的更好的控制。可以仅通过合金成分与掺杂的结合控制蚀刻停止层的蚀刻特性。潜在蚀刻停止层是具有高于外界光源的带隙的AlGaN层。另一潜在蚀刻停止层是高度掺杂n型AlGaN或者GaN层，具有减小的少数载流子扩散长度和寿命从而显著地减小蚀刻停止材料的蚀刻速率。
在实施方式中，无需使用有源区保护层，通过使激光二极管pn结的p侧至n侧的电短路，实现牺牲区使用光电化学(PEC)蚀刻的选择性蚀刻。当孔隙转移至蚀刻溶液时，通过在晶圆表面分解AlInGaN材料实现PEC处理中的蚀刻。然后，这些空穴在溶液中与从与蚀刻溶液的阴极金属界面处提取的电子重新结合。因此获得电荷中性。通过阳极与阴极的电短路获得选择性蚀刻。器件发光层中产生的电子空穴对通过pn结的电场从发光层清除。因为空穴从有源区清除，所以存在很少或没有发光层的蚀刻。载波的积累产生电势差，该电势差通过金属互连驱动载波，载波在金属互连重新结合。牺牲区中的平带条件导致空穴的积累，空穴的积累导致牺牲层的快速蚀刻。在一个实施方式中，使阳极和阴极短路的金属互连可以用作固定器区域以在粘结步骤之前将含镓和氮的台面机械地保持在适当位置。
通过多种因素确定牺牲区和有源区的相对蚀刻速率，但是蚀刻速率主要通过稳定状态下在有源区发现的空穴的密度确定。如果金属互连或者固定器的电阻很高，或者如果分别至p型和n型的阴极或者阳极电触点、包覆区域的电阻过高或者具有大的肖特基势垒，那么载流子可能积聚在pn结的任一侧上。这些载流子将产生抵消耗尽区域中的磁场的电场并且将减小耗尽区域中的磁场的大小直至漂移有源区的光生载流子的速率通过载流子经由使阴极和阳极短路的金属层的重新结合平衡。一些重新结合经由光化学蚀刻进行并且因为这随着有源区中的空穴的密度而变化，所以优选防止光诱导的跨有源区的偏离的积累。
PEC蚀刻可以在TCO的自由表面至承载材料的直接/间接粘结之前或之后完成。在一种情况下，PEC蚀刻在p侧TCO粘结至承载材料之后完成并且PEC蚀刻从GaN基板释放III氮化物外延材料。在另一种情况下，牺牲层的PEC蚀刻在粘结之前完成使得III氮化物外延材料经由由半导体、金属、或者其他材料形成的固定器区域机械稳定地保持在GaN基板上。然后，TCO沉积在外延材料上并且TCO自由表面粘结至可以由各种材料组成的承载晶圆。在粘结之后，向承载晶圆和GaN基板施加机械力以完成III氮化物外延材料从GaN基板的释放。
基于底切AlInGaAsP的激光二极管可以以类似于GaN基激光二极管的方式生产。存在选择性地蚀刻一些AlInGaAsP合金的多种湿蚀刻。7在一个实施方式中，AlGaAs或者AlGaP牺牲层可以生长地包覆有GaAs蚀刻停止层。当AlxGa1-xAs和AlxGa1-xP的成分高(x>0.5)时，当利用HF蚀刻时，AlGaAs可以以几乎完整的选择性(即AlGaAs的蚀刻速率>GaAs的1E6倍)蚀刻。具有高InP和AlP成分的InGaP和AlInP可以相对于GaAs选择性地利用HCl蚀刻。GaAs可以相对于使用C6H8O7:H2O2:H2O的AlGaAs选择性地蚀刻。牺牲层、蚀刻停止层及蚀刻化学试剂的多种其他组合物对微机械加工AlInGaAsP合金领域的技术人员是众所周知的。
在一个实施方式中，AlInGaAsP器件层暴露于连同牺牲层成分一起选择的蚀刻溶液使得仅牺牲层受到明显的蚀刻。如在图8中所示，在成分的选择性蚀刻期间在侧壁上使用耐蚀刻保护层，诸如二氧化硅、氮化硅、金属或者光刻胶等可以防止有源区蚀刻。
相对于AlInGaAsP激光器件，这些器件包括由GaAs或者Ge制成的基板，但是可以是其他。如本文中所使用的，术语“基板”可指大块基板或者可包括诸如含砷或者磷的外延区域的上覆生长结构、或者诸如n型AlGaAs的功能区域、组合等。器件具有上覆由GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaAS、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP组成的基板的材料。通常，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者适合于AlInGaAsP生长的其他外延生长技术的至少一种外延沉积技术，来形成这些区域的每一个。通常，这些器件具有可以分别以低于发光有源区的折射率形成为n型包覆层或者p型包覆层的一部分的n型和p型导电层。n包覆层可以由含铝的AlInGaAsP的合金组成。器件包含在器件的操作期间发光的有源区。有源区可以具有带隙比周围量子势垒低的一种或多种量子阱。单独限制异质结构(SCH)可以包括有高于包覆层的折射率以提高光模的限制。SCH和量子阱通常由InGaP、AlInGaP或者InGaAsP组成，但是可以是其他材料。
器件具有形成上覆表面区域的一部分的激光条带区域。激光条带区域具有第一端和第二端，第一端和第二端具有一对面对彼此的切割的反射镜结构。第一切割刻面包括反射涂层而第二切割刻面不包括涂层、防反射涂层，或者暴露含As或P的材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通过根据实施方式的划刻和折断处理或者替代地通过使用诸如活性离子蚀刻(RIE)、感应耦合等离子体蚀刻(ICP)、或者化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)或者其他方法的蚀刻技术的蚀刻技术提供。第一镜面和第二镜面的每个包括反射涂层。涂层选自二氧化硅、二氧化铪及二氧化钛、五氧化二钽、氧化锆、包括组合物等。取决于设计，镜面还可以包括抗反射涂层。
在本发明的优选实施方式中，利用多个发射器构造成的激光器件制作为形成一种激光棒。通过将多个外延台面管芯区域依据公用载体的单片化放置在公用载体晶圆上的将形成为最终的激光器件的区域内，并且然后在每个外延台面管芯中形成至少一个激光条带，形成激光棒。激光棒是需要很高的电力(>10W)激光输出的应用中理想的解决方案。因为本发明适用于激光棒，所以本发明可以应用于各种应用，包括国防及安全、生物医学及杀菌消毒、工业测量及材料处理，以及显示和照明。
在国防和安全领域，例如，激光棒结合可以用于例如长距离、高对比度成像的检测***用于照明。激光棒可以用于通信，并且用于测距，以及发光用于远程生物和化学试剂检测。另外，因为无数不同的化合物可检测，所以激光棒用作环境感测、大气控制和监测、污染监测、及其他生态监测的光源，国防和安全内的其他应用包括辩论术、更动的文献的检测、***检测及指纹检测。在这些应用中，激光器刺激样品中的荧光，显示利用看得见的照明无法测出的信息。激光棒在较高的功率电平用于目标指示，并且作为抵抗追热及其他类型导弹和武器的对策。激光棒在最高的功率输出水平用作定向能量武器的高能激光器的发动机。
在生物医学，激光棒用于医疗诊断应用，利用荧光光谱学检测并且表现特定样品的组分的特性。除了诊断，激光棒用于医疗治疗和流程，包括眼科学，其中，高峰值功率***可以用于例如与LASIK相关联的皮瓣切割、角膜雕刻。激光棒广泛用于皮肤医学，例如，临床应用和消费者应用的脱毛。激光棒还用于选择性地切割或者去除组织的手术应用。另外，激光棒可用于杀菌消毒应用，因为深UV激光棒产生杀死食物、空气及水(净化)中的微生物的特定波长的激光。因此，在类似循环空气或者水***的某些环境中使用UV激光棒产生对这些环境中的诸如病原体、病毒及霉菌的微生物的致命效果。与过滤***耦接的UV激光棒可以从这些环境中去除有害微生物。
在工业应用中，激光棒用于利用例如机器视觉***检查和测量。激光棒用于诸如环氧的材料的固化，工业印刷中的涂漆和油墨的固化。激光棒以单模发射和多模发射，并且利用单独可访问发射器发射或并行的发射器发射，用于印刷应用和复印应用。激光棒用于金属、半导体、及其他高级材料和复合材料的退火和表面处理应用。在较高能量密度，激光棒用于例如汽车市场的钻孔、切割及焊接。
在显示和照明市场，激光棒频繁使用。例如，包括电影院、家庭影院、教育及会议室类型投影仪，投影显示器利用激光棒而不是灯或者LED作为光源。在LCD显示器中，激光棒用于背后照明或者边缘照明而不是灯或者LED。在照明市场，激光棒可以用于诸如聚光灯和激光表演的方向性照明的照明应用，并且也可以用于更一般照明应用，诸如泛光灯、路灯及高亮度电灯泡的光源。
如本发明中描述的，激光棒可以由包括允许宽的波长覆盖范围的GaAs(AlGaAsP)、InP(InGaAsP)及GaN(AlInGaN)的几个物质***形成并且服务上述各种应用。例如，GaN***可用于形成在265nm的波长范围中操作用于杀菌应用，在285nm、300nm、365nm、385nm、405nm的波长范围中操作用于固化和印刷应用，在405nm的波长范围中操作用于平板显示器及其他消费电子组件的退火的应用，在405或者445nm的波长范围中操作经由荧光体泵浦服务用于照明应用，在405nm、420nm或者445nm的波长范围：用于手术应用，或者在445nm、450nm、465nm、510nm、515nm或者530nm的波长范围中操作用于显示应用的棒。在替代实例中，GaAs***可用于形成在635nm的波长范围中操作用于显示和光动力治疗应用，在792nm、803nm、808nm、885nm、915nm、940nm、980nm的波长范围中操作用于发挥国防、生物医学及工业型激光器的作用的固态激光泵浦和纤维激光泵浦应用，在810nm的波长范围中操作用于脱毛应用，在830nm的波长范围中操作用于复印应用，或者在1060nm的波长范围中操作用于材料处理应用的棒。在替代实例中，InP***可用于形成在1470nm的波长范围中操作用于手术和皮肤医学应用或者在1540nm的波长范围中操作用于国防和安全应用的棒。
本发明允许用于改善激光二极管，具体地，包含共同基板或者诸如激光棒的载体晶圆上超过一个激光二极管带的单片集成器件的功能性和成本效率的显著的改进。具体地，GaN基板的高成本和与GaN基激光器相关联的非优化产出耦接的外延性使GaN激光棒不实用。利用外延台面区域选择性地转移至载体晶圆用于制作多个激光发射体的本发明，外延区域和含镓和氮的基板的使用效率急剧增加使得GaN基激光棒或者多发射器激光器件可以经济地制造。根据本发明的多发射器器件的几个示例性优势列于如下。
1.允许邻接的激光条带之间的最小量热串扰的节距，同时保持共用光学元件的足够接近的间隔的激光条带的最佳间隔。
2.允许共用基板上的激光条带之间的串联和串联-并联电连接。
3.单独可访问的激光条带。
4.具有增强的产出和较低成本的制造过程。
图29(1)示出在含镓和氮的基板上制造单片集成多带激光器件(经常称作激光棒)的标准方法的实例。在该常规方法中，多个激光二极管条带区域利用共用的n侧接触层106在上覆共用的含镓和氮的外延基板110的外延材料中制作，通常，外延利用外延n-GaN和n侧包覆层101、有源区102、p-GaN和p侧包覆103、绝缘层104和接触/垫片层105形成在含镓和氮的外延基板110上。处理的外延晶圆被分为包含两个或多个激光条带的多带激光器管芯并且利用众所周知的焊接技术，最常见使用焊料107电地和热地连接至封装或者散热片108。封装或者散热片充当共用的电连接并且利用丝焊制成与激光棒的另一侧的相反极性的电气接触。在其他实例中，多带激光器可以形成在GaAs基板或者InP基板上。
利用这种常规方法制作激光棒以形成多发射器激光二极管存在几个缺点。
1.多个、邻接的激光条带分开显著的距离来减小激光条带之间的热和光学串扰，通常局限于50％填充因子。这通过减法过程实现，在该减法过程中，从共用的生长基板去除50％昂贵的外延材料。
2.共用的生长基板最常见由导电材料，例如，GaN或者GaAs制作，导致激光条带之间的大量并联的电连接的固有限制。结果是“低电压、高电流”(LVHC)电拓扑，该电拓扑需要高成本电路来供电激光棒。
3.大量并联的电拓扑阻止单独的激光条带分别编址，限制装配的功能性。
4.大量并联的电拓扑可以导致在制造过程期间或者在实地操作期间可能出现的独特的严重故障模式。半导体缺陷经常表示为漏电路径。因此，激光棒上的任何一个缺陷可以导致整个装配在制造过程期间或者在现场操作期间的故障。
5.用于连接激光棒与封装或者散热片的普通焊接技术导致激光条带中的热量产生区域与散热片之间的热障(热敏电阻)。另外，可能存在与附接至散热片的焊料相关联的大量成本和复杂度。
图30是本发明的一个实施方式的示意性截面，其中，多个激光条带103形成在定位在共用载体106上的单独邻接转移的外延台面区域中。在一个实例中，多个激光条带通过共用的n金属层101和共用的p金属层105电连接，通过绝缘层104分开，导致并联的电拓扑。共用载体晶圆可以是导电的或者电绝缘的、或者可选择的绝缘层108，可以在共用的n金属层之前应用于载体晶圆。在共用的n金属层和共用的p金属层中的每一个的一个或多个位置107处通过丝焊或者经由诸如弹簧针、弹簧卡子等的可卸接头使多带激光器与金属垫片电连接。
图31示出在图30中示出的实施方式的顶视示意图。多个激光条带103，位于共用载体106上并且电连接至共用的n金属层101和共用的p金属层105，从器件的一端发出激光辐射束110。
图32是本发明的另一实施方式的示意性截面，其中，多个激光条带103，形成在定位在共用载体106上的转移的邻接外延台面区域上，以串联电拓扑电连接。共用载体晶圆可以是电绝缘的、或者可选择的绝缘层108，可以在共用的n金属层之前应用于载体晶圆。在共用的n金属层和共用的p金属层中的每一个的一个或多个位置107处通过丝焊或者经由诸如弹簧针、弹簧卡子等的可卸接头使多带激光器与金属垫片电连接。
图33是本发明的另一实施方式的示意性截面，其中，多个激光条带103，定位在共用载体106上，以单独的激光条带可以分别电访问的方式连接。共用载体晶圆可以是导电的或者电绝缘的、或者可选择的绝缘层108，可以在共用的n金属层之前应用于载体晶圆。
图34示出在图33中示出的实施方式的平面示意图。在位置111处使独立可访问的激光条带103中的每个单独电连接，同时使共用的p金属层107电连接。覆盖每个激光条带的非发射端中的每一个的单独的n金属层可以选择性地图案化112，以避免接触下面的光学刻面。
图35显示在图31、图32和图33中示出的三个实施方式的等效电路，其中，多个激光条带分别以并联、串联及独立可访问的电拓扑的方式连接。对于给定的应用，可以优化多带激光器上的独立的激光条带的数目。
图36示意性地示出外延晶圆上转移至载体晶圆之前的独立的激光条带与管芯转移之后载体晶圆上的多个激光条带之间的期望间隔之间的几何关系。单个多带激光器上的邻接激光条带之间的节距(节距2)必须是外延晶圆上的邻接激光条带之间的节距(节距1)的整数倍数，N，其中，N>1。共用载体晶圆上的邻接多带激光器之间的节距(节距2)必须是外延晶圆上的邻接激光条带之间的节距(节距1)的整数倍数，M，其中，M>N。
图37是选择性区域粘结过程的简化顶视图并且示出了经由选择性区域粘结的管芯扩展过程，产生多带激光器。含原始镓和氮的外延晶圆201已具有外延材料的独立管芯以及通过处理限定的释放层。单独的外延材料管芯被标记202并且以节距1间隔开。圆形载体晶圆200已制备有图案化的粘结垫203。这些粘结垫以节距2间隔开，该节距2是节距1的偶数倍，使得在选择性区域粘结处理的各个反复操作中能够粘结所选择组的外延晶圆。选择性区域粘结处理反复操作继续，直到所有外延晶圆已被转移至载体晶圆204。然后载体晶圆以节距3单片化，产生许多多带激光器。现在，可选地，可以制备含镓和氮的外延基板201以用于再利用。
图38示意性地示出多带激光器301的一个优势，其中，如果管芯上邻接的激光条带足够密集地隔开，那么光学元件302可以是共享的，简单化多输出激光束303的光耦接并且引起激光阵列的降低的实现成本。
图39示出了图示多带激光器301的另一优势的顶视图，当需要输出束阵列时，可以使用单个光学元件304诸如(但不限于)圆柱镜、透镜阵列、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、或者其他。
在本发明的包括多发射器激光二极管器件的另一实施方式中，形成集成的红-绿-蓝(RGB)芯片。依据共用载体的单片化，通过在共用的载体晶圆上的将形成为最终激光器件的区域内放置一个或多个红色外延台面管芯区域、一个或多个绿色外延台面管芯区域、及一个或多个蓝色外延台面管芯区域，然后在每个外延台面管芯中形成至少一个激光条带，可以形成集成的RGB激光器件。这种RGB激光器件将是应用中的理想解决方案，其中，诸如在微型投影仪或者在类似Google眼镜的增强现实应用中将需要非常紧凑的RGB激光光源。
图40是如根据实施方式使用选择性区域粘结处理制作的RGB激光器芯片的示图。三个激光器管芯316被粘结至载体晶圆310并且被处理成具有激光器特征(脊部、钝化、电气接触等)，使得激光器脊部是平行的。将管芯与载体晶圆材料电气隔离。提供独立的顶侧电气接触311、312和313的同时在管芯之间共享共用的底部接触314，使得能够单独地操作在每个管芯上的激光器件。在每一个管芯上的激光器件的发射锥315基本上重叠，仅以小于或等于由激光器管芯跨越的总宽度的距离横向偏离。在此图中，激光器芯片已从原始的载体晶圆中单片化。
图41是根据实施方式使用选择性区域粘结制作的RGB激光器芯片的示图。三个激光器管芯316被粘结至载体晶圆310并且被处理成具有激光器特征(脊部、钝化、电气接触等)，使得激光器脊部是平行的。将管芯与载体晶圆材料电隔离。针对每个管芯的顶侧电气接触311、312和313被用作针对下一个管芯的粘结层，使得管芯被重叠。钝化层324用于从顶侧电气接触分离激光器管芯体，使得电流仅能够穿过蚀刻的激光器脊部。在此构造中，不存在所有激光器管芯的共同电极，而是用于一个管芯的阳极充当下一个的阴极。由于重叠激光器管芯，脊部能够靠近地被放置在一起。如所示出的，脊部未重叠，但是应当认识到，其他构造是可能的。例如，脊部能够在光刻处理的容差范围内侧向对准。
图42示出了在实现此的处理中在各种步骤期间的载体晶圆的示意性截面图。管芯502使用上述方法从第一外延晶圆转移至载体晶圆106。然后第二组粘结垫503沉积在载体晶圆上并且制成使第二垫片的粘结面高于第一组转移的管芯502的顶表面的厚度。这样是为了提供管芯的粘结与第二外延晶圆的足够间隙。可能包含不同颜色、尺寸、材料和其他这类差异的管芯的第二基板506被用于将第二组的管芯507转移至载体。最后，在允许每个管芯单独驱动的电气接触层105之前，制作激光器脊部部并且沉积钝化层104。从第一基板转移至第二基板的管芯以小于载体晶圆504的第二节距的节距505隔开。该处理可以延伸至管芯从任意数目基板的转移，并且每个管芯的任意数目激光器件从每个基板的转移。
图43示出了在实现此的处理中在各种步骤期间的载体晶圆的示意性截面图。管芯502使用上述方法从第一外延晶圆转移至载体晶圆106。在管芯上制作激光器脊部、钝化层104和脊形电气接触105。随后粘结垫503沉积覆盖脊形电气接触。然后，可能包含不同颜色、尺寸、材料和其他这类差异的管芯的第二基板506被用于以与第一组的管芯相同的节距将第二组的管芯507转移至载体。然后，能够在第二组的管芯上制作激光器脊部、钝化层和脊形电气接触。随后，能够执行管芯粘结和激光器件制作循环来有效地生产由任意数目的激光器管芯和器件构成的多终端器件。
图44示出了根据本发明的实施方式的三个多管芯激光器芯片的示意性布局。布局A和附带截面B示出了由单片化块的载体晶圆601、从外延基板转移的三个激光器管芯602、以及用于电气连接至管芯的金属迹线和垫片603构成的激光器芯片。布局A具有直接粘结至载体晶圆的管芯，该管芯是导电的并且形成连接至载体晶圆的后侧上的金属垫片605的共用电极。钝化层606被用于隔离金属迹线和接触激光器脊部并且形成激光器件的第二电极的垫片603。脊侧接触是单独的并且电气隔离使得激光器件可以独立运行。布局C和附带截面D示出类似的结构，然而，激光器管芯粘结至金属层604，金属层通过钝化层606与载体晶圆电隔离。粘结垫605重叠在载体晶圆的后侧上，提供使激光器芯片附接至基台、散热片、印刷电路板或者任何其他封装的装置。在该结构中，载体晶圆不需要是导电的。布局E和附带截面F示出与布局C类似的结构，然而，载体晶圆是导电的并且用作激光器台面的共用电极。钝化层沉积在载体与后侧粘结垫605之间以电气隔离芯片与安装芯片的基台、散热片、电路板或者其他封装类型。
图45示出了根据本发明的实施方式的多管芯激光器芯片的示意性布局。布局A和附带截面B示出了由单片化块的载体晶圆701、从外延基板转移的三个激光器管芯702、以及用于电气连接至管芯的金属迹线和导电性通孔703构成的激光器芯片。通孔穿过载体晶圆并且可以由未示出的粘结垫覆盖。激光器管芯经由共用电极704粘结至载体，然而对于激光器件的脊侧接触与共用电极金属电气隔离并且被连接至与共用电极隔离的通孔。钝化层705将激光器管芯和共用电极与位于管芯以下的在管芯以下提供较高导热性的区域以促进热提取但是与激光器管芯电气隔离的金属填充通孔隔离。在该实施方式中，载体晶圆必须电绝缘。
图46示出了根据本发明的实施方式的多管芯激光器芯片的示意性布局和制作。布局A示出了在管芯的粘结之后、但是在激光器件的单片化和制作之前的芯片。激光器管芯801经由粘结垫802粘结至载体晶圆804。载体晶圆是导电的并且充当共用电极。粘结垫805被重叠在载体晶圆的后侧上以提供将芯片附接至散热片、基台或封装件的装置，以及提供电气连接至该器件的装置。钝化层803使载体晶圆与独立激光器管芯上的器件进行电气接触的导电层807分离。第二钝化层806被重叠在管芯上，并且导电层被重叠在第二钝化层上以提供与中间管芯的电气隔离的电气接触。这种布置允许形成连接到激光器脊部的全部长度且同时足够宽以便可接入引线粘结的粘结垫。平面图C示出了在载体晶圆上制作的这些器件的阵列的一部分。线808和809示出了用于使载体晶圆单片化为独立的激光器芯片以及形成激光器件的正面和后面的切割的位置。激光器跳划刻810用于提供针对切割的引线。为了引导切割，这种构造将需要单晶体的载体晶圆。
图47示意性地描述了实例中针对GaN基发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的能量转换效率vs输入功率密度。激光二极管的典型操作状态远高于LED，表示激光二极管的输出功率密度可以远高于LED。应注意，该图来自参考2。
图48示意性地描述了本发明的实例。集成的、低成本的基于激光器的光模块(3001)由一个或多个蓝色激光二极管(3002)和波长转换元件(3003)组成，附接至共用基板(3004)。金属迹线(3005)允许与共用基板的电互相连接和热连接。
图49示意性地描述了本发明的替代实例。集成的、低成本的基于激光器的光模块(3006)由一个或多个蓝色激光二极管(3002)和波长转换元件(3003)组成，附接至共用基板(3004)。金属迹线(3005)允许与共用基板的电互相连接和热连接。
图50示意性地描述了本发明的替代实例。集成的、低成本的基于激光器的光模块(3007)由一个或多个蓝色激光二极管(3002)和波长转换元件(3003)组成，附接至共用基板(3004)。金属迹线(3005)允许与共用基板的电互相连接和热连接。
图51(40)是实例中集成的、低成本的激光器基光模块(3001)的示意性截面图。一个或多个蓝色激光二极管(3002)和波长转换元件(3003)附接至共用基板(3004)。金属迹线(3005)允许电的相互连接。导热和导电附接材料(3009)用于将激光二极管和波长转换元件附接至共用基板(3004)。可选的反射元件(3010)可以***波长转换元件和附接材料之间。如果共用基板是导电的，则可选的电绝缘层(3011)可以应用于共用基板。
图52示意性地描述了来自一种或多种蓝色激光二极管(3002)的光通过几何特征(3013)耦接到波长转换元件(3003)中的实例。可以利用可选的光学元件(3014)来提高耦接效率。可选的光学反射元件(3009)可以利用与特征(3013)对准的伴随几何特征附接至波长转换元件的多侧。
图53示意性地描述了集成的、低成本的激光器基光模块(3015)的替代实例，其中，共用基板(3004)是光学透明的。来自一种或多种蓝色激光二极管(3002)的光通过在覆盖波长转换元件的大部分暴露表面的可选的反射元件(3010)中的孔(3013)耦接到波长转换元件(3003)中。如箭头(3017)所示，光学出口孔(3016)允许光通过透明共用基板向下发射。
图54示意性地描述了实例中集成的照明装置(3019)，其包括一种或多种集成的、低成本的激光器基光源(3020)、散热器(3021)和用于成型或修改射出光束的频谱含量的可选的光学元件(3022)、以及可选的集成电子电源(3023)以及可选的电子连接元件(3024)。
如对于读者的进一步背景，难以生产大块形式的氮化镓及相关晶体。能够生产大块GaN晶锭的生长技术仍处于不成熟阶段，并且所有定向的成本比诸如Si、GaAs、以及InP等其他半导体基板的相似管芯尺寸昂贵许多。虽然大块、自立式GaN基板(例如，直径为两英寸或者更大)商业可利用，但是它们比更常规的硅、蓝宝石、SiC、InP及GaAs基板更昂贵。
已知的，含镓和氮的基板的高成本、增大晶圆尺寸的难度、小型晶圆处理时所固有的低效率，使变得极其希望使基板和外延材料的利用率最大化。在制作侧腔激光二极管时，通常情况是由激光器腔长度确定最小管芯长度，但是，由诸如引线粘结垫的其他器件部件或者诸如在管芯附接过程中用于管芯处理的机械面积的考虑因素确定最小管芯宽度。即，尽管激光器腔长度限制激光器管芯长度，然而，激光器管芯宽度通常远大于激光器腔宽度。因为GaN基板和外延材料仅对激光器腔区域内和附近至关重要，所以这提供了发明新方法以仅形成这些相对昂贵材料之外的激光器腔区域并且以较低成本材料形成结合片和芯片的机械结构的极大机遇。尽管引线粘结垫为～100μm宽，然而，激光器腔宽度的典型尺度为约1μm至30μm。这指的是如果从GaN芯片尺度排除引线粘结垫宽度限制和机械处理考虑因素，则从单个外延晶圆可制作大于3倍与100倍之间的更多激光二极管管芯。这转变成外延和基板成本的大于3倍至100倍的减少。在传统器件设计中，尽管不使用结构支撑之外的半导体的材料性能，然而，相对较大的结合片由外延管芯机械支撑。
在实例中，本发明是将包括激光二极管的半导体材料从激光二极管外延生长的基板转移至第二基板，载体晶圆的方法。该方法允许一个或多个AlInGaN或者AlInGaP激光器件转移至载体晶圆。激光器件从它们原始的基板至载体晶圆的转移提供几个优势。首先是使GaN激光器件的数目最大化，该GaN激光器件可以在含镓和氮的基板上的给定的外延区域通过在载体晶圆上铺开外延材料使得引线粘结垫或者其他结构元件由相对便宜的载体晶圆机械地支撑制作，同时发光区域仍然由必要的外延材料制作。这将极大减小所有镓和氮基激光二极管的芯片成本。
另一个优势是将光电器件的通常通过除激光二极管以外的组件提供的多个方面集成到载体晶圆中。例如，载体晶圆材料可以选择为可以用作激光器件材料的机械载体以及提供导电地但是电隔离地连接至激光器件封装和散热片的基台。这是关键的优势，因为所得到的部分，在从载体晶圆分割单独的芯片之后，是完全功能性激光发射器件。通常，基台利用连接至引线粘结垫的焊料垫片图案化。在这种意义上讲，基台上的激光器管芯是提供机械支撑以及电接入激光器件的简单的激光器封装件并且可以认为所有激光基光源的基本的构件块。通过使载体晶圆与基台的功能结合，本发明避免相对昂贵的拾取和放置及装配步骤以及单独的基台的成本。
另一个优势是允许大部分器件制作步骤在转移至载体晶圆的管芯上进行。因为载体晶圆尺寸是任意的，所以可以选择足够大的载体尺寸以允许管芯从多个基板至相同的载体晶圆的粘结使得更多器件分担激光器件的制作期间的每个处理步骤的成本，从而显著地减少制作成本。而且，包封步骤可以直接在载体晶圆上进行，允许使用并行处理方法制作环境密封的激光器芯片。所得到的器件，包封与否，将是真正的芯片级封装激光器件。
另一个优势是本发明在没有破坏基板的情况下从基板转移包括激光器件的外延材料，从而允许基板回收利用并且重复用于更多器件的生长。在当基板可以回收利用多次的情形下，有效的基板成本迅速接近回收利用的基板的成本而不是原始基板的成本。对于诸如GaN激光二极管的器件，在基板相对于更成熟的化合物半导体材料既小又昂贵的情况下，这些优势可以导致制作激光器件的成本的大大减小。
总之，本发明的实施方式包括由上覆基板晶圆的表面区域的器件层组成的光电器件晶圆。基板材料可以是GaN、蓝宝石、SiC、Si及GaAs，但是可以是其他。光电设备层的一层或多层与基板分离，该一层或多层设计成通过干蚀刻、湿蚀刻或者由于激光辐射的分解选择性地可移动。粘结材料沉积在光电器件层的表面上。粘结材料还作为毯涂层沉积或者在载体晶圆上图案化。标准光刻处理用于掩蔽器件晶圆，然后利用干蚀刻处理或者湿蚀刻处理将该器件晶圆蚀刻为暴露牺牲层的打开的通孔。选择性蚀刻处理用于去除牺牲层同时完整地保留光电器件层。在选择性去除处理是湿蚀刻的情况下，当选择性蚀刻不理想时，可以采用保护性的钝化层来防止器件层暴露于蚀刻。选择性去除底切器件层。
可以使用掩模的特殊特征，该特殊特征附接至底切器件层，但是该特殊特征本身过大而无法底切，或者由于掩模的设计包含没有去除牺牲层的区域或者这些特征可以由耐蚀刻的金属或者电介质组成。这些特征充当固定器，防止底切器件层从基板分离。至基板的该部分附接也可以通过不完全去除牺牲层实现，使得底切器件层与基板之间存在纤细连接，该纤细连接在粘结期间可能折断。然后使载体晶圆与器件晶圆上的粘结材料的表面接触并且形成粘结，该粘结比底切器件层至固定器或者牺牲层的剩余材料的附接更坚固。在粘结之后，载体与器件晶圆的分离使器件层转移至载体晶圆。
本发明允许在基板上以极高密度制作激光器管芯。该高密度大于实际上用于使用当前制作过程建造的激光器件。激光器管芯以比它们在基板上的节距更大的节距(例如，较低密度)转移至载体晶圆。载体晶圆可以由不太昂贵的材料，或者具有允许使用载体作为基台的材料性质的材料制成或者载体晶圆可以是包括钝化层的设计的晶圆和标准光刻处理制作的电气元件。一旦转移，可以使用标准光刻处理将管芯处理为激光器件。载体晶圆直径可以选择为激光器管芯可以从多个含镓和氮的基板转移至单个载体并且使用标准光刻处理并行处理为激光器件。
在具体实施方式中，氮化镓基板构件是大块GaN基板，其特征在于具有极性晶面区域，但可以是其他基板。在具体实施方式中，大块氮化物GaN基板包括氮并且具有约10E5cm-2与约10E7cm-2之间或者低于10E5cm-2的表面位错密度。氮化物晶体或者晶圆可以包括ALxInyGa1-x-yN，其中，0≤x，y，x+y≤1。在一个具体实施方式中，氮化物晶体包括GaN。在一个或多个实施方式中，GaN基板在大致正交或者倾斜于表面的方向上具有螺纹式位错，约10E5cm-2与约10E8cm-2之间的密度。由于位错的正交或者倾斜取向的结果，表面位错密度介于约10E5cm-2与约10E7cm-2之间或者低于约10E5cm-2。在具体实施方式中，器件可以在略微斜切极性基板上制作。
通常，基板提供有一个或者多个下列外延生长元素，但并不限于：
○N-GaN包层区域，具有约50nm至约6000nm厚度，且具有约5E16cm-3至1E19cm-3的Si或者氧掺杂度；；
○高铟含量和/或厚InGaN层的InGaN区域或者超SCH区域；
○上覆InGaN区域的较高带隙应力控制区域；
○可选地，上覆InGaN区域的SCH区域；
○量子阱有源区，包括通过约1.5至15.0nmGaN或者InGaN势垒分离的一个至五个约1.0-5.5nmInGaN量子阱；
○可选地，p侧SCH层，包括具有约1％与10％之间的铟摩尔分数和约15nm至约250nm的厚度的InGaN；
○电子阻挡层，包括具有约5％与约20％之间的铝摩尔分数和约10nm至约15nm厚度并且掺杂有Mg的AlGaN；
○具有约400nm至约1000nm厚度且具有约5E17cm-3至约1E19cm-3的Mg掺杂度的p-GaN包覆层；
○具有约20nm至约40nm厚度且具有约1E20cm-3至约1E21cm-3的Mg掺杂度的p++-GaN接触层。
通常，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者适合于GaN生长的其他外延生长技术的至少一种外延沉积技术，来形成各个区域。根据一个或多个实施方式，有源区可包括一个到约二十个量子阱区域。例如，为了实现预定的厚度，在将n型AluInvGa1-u-vN层沉积预定的时间段之后，沉积有源层。有源层也可包括单个量子阱和具有约2至10个量子阱的多个量子阱。量子阱可包括InGaN阱和GaN阻挡层。在其他实施方式中，阱层和阻挡层分别包括AlwInxGa1-w-xN和AlyInzGa1-y-zN，其中，0≤w、x、y、z、w+x、y+z≤1，其中，w<u、y和/或x>v、z，从而阱层的带隙小于阻挡层和n型层的带隙。阱层和势垒层可均具有约1nm与约15nm之间的厚度。在另一实施方式中，有源层包括双异质结构，约10nm至约100nm厚的InGaN或者AlwInxGa1-w-xN层被GaN或者AlyInzGa1-y-zN层包围，其中，w<u,y和/或x>v,z。选择有源层的成分和结构以提供预选波长的光发射。有源层可保持未掺杂(或者非有意掺杂)或者可掺杂n型或者p型。
有源区还可包括电子阻挡区域和分别限制异质结构。在一些实施方式中，优选沉积电子阻挡层。电子阻挡层可包括AlsIntGa1-s-tN，其中，0≤s,t,s+t≤1，且具有比有源层更高的带隙，并且可掺杂有p型，或者电子阻挡层包括AlGaN/GaN超晶格结构(包括可替代的AlGaN和GaN层)。可替代地，可不存在电子阻挡层。应注意，p型氮化镓结构被沉积在电子阻挡层和有源层上方。p型层可具有约10E16cm-3与10E22cm-3之间的掺杂度的Mg，并且可具有约5nm与约1000nm之间的厚度。p型层的最外层1nm至50nm可比该层其余部分掺杂得更重，从而能够改进电气接触。
图4是示出了本技术领域的GaN激光二极管结构的状态的简化截面示意图。该图仅仅是一个实例，该实例不应过度限制本文权利要求的范围。本领域普通技术人员认识到根据本公开内容的其他变化、变型及替换装置。如图所示，激光器件包括氮化镓基板203，其具有底层n型金属背接触区201。在实施方式中，金属背接触区由合适的材料制成，诸如下述那些以及其他材料。接触区的进一步细节可从本发明的说明书中以及以下更详细的描述中找到。
在实施方式中，该器件还具有上覆n型氮化镓层205、有源区207、以及被构造成激光条带区域211的上覆p型氮化镓层。此外，除了其他特征，该器件还包括n侧分别限制异质结构(SCH)206、p侧引导层或SCH208、p-AlGaN EBL 209。在实施方式中，该器件还具有p++型氮化镓材料213，以形成接触区。在实施方式中，p++型接触区具有合适的厚度，并且可在从约10nm至约50nm的范围内，或者具有其他厚度。在实施方式中，掺杂程度可高于p型包覆区域和/或大块区域。在实施方式中，p++型区域具有范围从约1019Mg/cm3至1021Mg/cm3的掺杂浓度或其他浓度。p++型区域优选地在半导体区域与上覆金属接触区之间形成沟道。在实施方式中，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或适合于GaN生长的其他外延生长技术中的至少一种外延沉积技术形成这些区中的每个。在实施方式中，外延层是上覆n型氮化镓层的高质量外延层。在一些实施方式中，例如，高质量层掺杂有Si或者O以形成n型材料，约1016cm-3与约1020cm-3之间的掺杂浓度。
该器件具有形成上覆斜切晶体取向表面区域的一部分的激光条带区域。作为实例，图3是具有利用切割或蚀刻的反射镜沿m方向对准的腔体的c平面极性激光二极管的简化示意图。激光条带区域以基本垂直于a方向的m方向上显著的中空取向为特征，但是可以是诸如a方向上基本对准的腔体的其它的。激光条带区域具有第一端107和第二端109并且形成在m方向上具有面向彼此的一对切割的反射镜结构的{0001}含镓和氮的基板上。第一切割刻面包括反射涂层而第二切割刻面包括没有涂层、防反射涂层，或者暴露含镓和氮的材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通过根据实施方式的划刻和折断处理或者替代地通过使用诸如活性离子蚀刻(RIE)、感应耦合等离子体蚀刻(ICP)、或者化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)或者其他方法的蚀刻技术的蚀刻技术提供。第一镜面和第二镜面的每个包括反射涂层。涂层选自二氧化硅、二氧化铪及二氧化钛、五氧化二钽、氧化锆、包括组合物等。镜面取决于设计还可以包括抗反射涂层。
在具体实施方式中，刻面形成的方法包括使基板服从用于图案形成的激光器。在优选实施方式中，图案被构造用于一个或多个脊形激光器的一对刻面的形成。在优选实施方式中，一对刻面彼此面对并且互相平行对准。在优选实施方式中，方法使用UV(355nm)激光器来划刻激光棒。在具体实施方式中，激光器构造在***上，该***允许以一种或多种不同图案和轮廓构成的准确刻线。在一个或多个实施方式中，激光器划刻可以取决于应用在后侧、前侧、或者前后两侧上执行。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在具体实施方式中，方法使用后侧激光器划刻等。利用后侧激光器划刻，方法优选形成垂直于GaN基板的后侧上的激光棒的连续线激光划刻。在具体实施方式中，激光划刻通常约15um至20um深或者其他合适的深度。优选地，后侧划刻可以是有利的。即，激光划刻处理不取决于激光棒的节距或者其他类似图案。因此，根据优选实施方式，后侧激光划刻可以导致每个基板上的更高密度的激光棒。在具体实施方式中，然而，后侧激光划刻可能导致来自一个或多个刻面上的带子的残余物。在具体实施方式中，后侧激光划刻常常需要基板在带子上面向下。对于前侧激光划刻，基板的后侧与带子接触。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
激光划刻图案：激光器掩模的节距约200um，但是可以是其他的节距。在实施方式中，方法使用170um划刻，对于200um节距具有30um的虚线。在优选实施方式中，在保持激光器的对热量敏感的热影响区远离激光器脊部的同时使划刻长度最大化或者增加。
激光划刻轮廓：锯齿轮廓通常生产最小的刻面粗糙度。据信，锯齿轮廓形状在材料中产生极高的应力集中，这使切割更容易和/或更高效地传播。
在具体实施方式中，刻面形成的方法包括使基板服从用于图案形成的机械划刻。在优选实施方式中，图案被构造用于一个或多个脊形激光器的一对刻面的形成。在优选实施方式中，一对刻面彼此面对并且互相平行对准。在优选实施方式中，方法使用镶金刚石的划片在物理上划刻激光棒，然而对本领域中任何一个技术人员明显，镶有比GaN更硬的任何材料的划片将是足够的。在具体实施方式中，激光器构造在***上，该***允许以一种或多种不同图案和轮廓构成的准确刻线。在一个或多个实施方式中，机械划刻可以取决于应用在后侧、前侧、或者前后两侧上执行。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在具体实施方式中，方法使用后侧划刻等。对于后侧机械划刻，方法优选形成垂直于GaN基板的后侧上的激光棒的连续线划刻。在具体实施方式中，激光划刻通常约15um至20um深或者其他合适的深度。优选地，后侧划刻可以是有利的。即，机械划刻处理不取决于激光棒的节距或者其他类似图案。因此，根据优选实施方式，后侧划刻可以导致每个基板上的激光棒的更高密度。在具体实施方式中，然而，后侧机械划刻可能导致来自一个或多个刻面上的带子的残余物。在具体实施方式中，后侧机械划刻常常需要基板在带子上面向下。对于前侧机械划刻，基板的后侧与带子接触。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
熟知的是，诸如化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)、电感耦接等离子体(ICP)蚀刻、或者反应离子蚀刻(RIE)等蚀刻技术可导致产生平滑垂直的蚀刻侧壁区域，其可用作蚀刻的刻面激光二极管中的刻面。在蚀刻刻面过程中，掩模层沉积在晶圆表面上并且在晶圆表面上图案化。蚀刻掩模层可由诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)、其组合或者其他电介质材料等电介质组成。此外，掩模层可包括诸如Ni或Cr等金属层，但可包括金属组合堆叠或者包含金属和电介质的堆叠。在另一种方法中，光致抗蚀剂掩模可被单独使用或与电介质和/或金属组合使用。使用常规照相平印术和蚀刻步骤使蚀刻掩模层图案化。使用接触式对准仪或者步进式对准仪可执行对准光刻。该光刻限定的镜像为设计工程师提供了高度控制。在完成使蚀刻掩模的顶部上的光致抗蚀剂掩模图案化之后，使用湿蚀刻或者干蚀刻技术将图案转移到蚀刻掩模。最后，使用选自于CAIBE、ICP、RIE和/或其他技术的干蚀刻技术将刻面图案蚀刻到晶圆上。蚀刻刻面表面必须与晶圆的表面平面具有介于约87度与约93度之间的高度垂直或者介于约89度至约91度之间的高度垂直。蚀刻刻面表面区域必须非常平滑，具有小于约50nm、20nm、5nm、或者1nm的均方根粗糙度值。最后，蚀刻必须基本上没有损坏，可以充当非辐射复合中心并且由此减小COMD阈值。已知的是，由于蚀刻的化学特性，CAIBE提供非常平滑且低损坏的侧壁，同时其由于使管芯台倾斜以补偿蚀刻时的任何固定角度的能力，所以可提供高度垂直的蚀刻。
激光条带的特征在于长度和宽度。长度范围为约50微米至约3000微米，但优选为介于约10微米与约400微米之间、介于约400微米与约800微米之间、或者约800微米和约1600微米之间，但可以是其他尺寸。该带还具有约0.5微米至约50微米范围的宽度，但对于单一横向模式操作，优选为介于约0.8微米与约2.5微米之间，并且对于多横向模式操作，优选为介于约2.5um与约35um之间，但可以是其他尺度。在具体实施方式中，该器件具有约0.5微米至约1.5微米范围的宽度、约1.5微米至约3.0微米范围的宽度、约3.0微米至约35微米范围的宽度及其他宽度。在具体实施方式中，尽管可能存在略微的变化，然而，宽度在尺度上基本一致。通常，使用本领域中常规的掩模和蚀刻处理形成宽度和长度。
通过选自干蚀刻或湿蚀刻的蚀刻处理提供激光条带。该器件还具有暴露p型接触区的上覆电介质区域。上覆接触区的是接触材料，该接触材料可以是金属或者导电氧化物或者其组合。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射或另一种合适的技术来沉积p型电气接触。上覆基板的抛光区域的是第二接触材料，该第二接触材料可以是金属或者导电氧化物或其组合并且包括n型电气接触。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射或另一种合适的技术来沉积n型电气接触。
给出高的含镓和氮的基板成本，按比例增加含镓和氮的基板尺寸、小晶圆处理中所固有的低效率及潜在供给限制中的困难，使变得极其期望可用的含镓和氮的基板的利用最大化并上覆外延材料。在制作侧腔激光二极管时，通常的情况是由诸如引线粘结垫的器件组件或者机械处理考虑因素而非激光腔宽度来决定最小的管芯尺寸。使管芯尺寸最小化对降低制造成本至关重要，因为较小的管芯尺寸允许在单个处理操作中在单个晶圆上制作大量的器件。本发明是一种使器件数目最大化的方法，该方法通过经由管芯扩展过程将外延材料散布到载体晶圆上可从已知的含镓和氮的基板以及上覆的外延材料制作的器件的数目最大化。
相对于AlInGaAsP激光器件，这些器件包括由GaAs或者Ge制成的基板，但是可以是其他基板。如本文中所使用的，术语“基板”可指大块基板或者可包括诸如含砷或者磷的外延区域的上覆生长结构、或者诸如n型AlGaAs的功能区域、组合等。器件具有上覆由GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaAS、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP组成的基板的材料。通常，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者适合于AlInGaAsP生长的其他外延生长技术的至少一种外延沉积技术，来形成这些区域的每一个。通常，这些器件具有可以分别以低于发光有源区的折射率形成为n型包覆层或者p型包覆层的一部分的n型和p型导电层。n包覆层可以由含铝的AlInGaAsP的合金组成。器件包含在器件的操作期间发光的有源区。有源区可以具有带隙比周围量子势垒低的一种或多种量子阱。单独限制异质结构(SCH)可以包括有高于包覆层的折射率以提高光模的限制。SCH和量子阱通常由InGaP、AlInGaP或者InGaAsP组成，但是可以是其他材料。
器件具有形成上覆表面区域的一部分的激光条带区域。激光条带区域具有第一端和第二端，第一端和第二端具有一对面对彼此的切割的反射镜结构。第一切割刻面包括反射涂层而第二切割刻面不包括涂层、防反射涂层，或者暴露含As或P材料。第一切割刻面基本上平行于第二切割刻面。第一切割刻面和第二切割刻面通过根据实施方式的划刻和折断处理或者替代地通过使用诸如活性离子蚀刻(RIE)、感应耦合等离子体蚀刻(ICP)、或者化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)或者其他方法的蚀刻技术的蚀刻技术提供。第一镜面和第二镜面的每个包括反射涂层。涂层选自二氧化硅、二氧化铪及二氧化钛、五氧化二钽、氧化锆、包括组合物等。取决于设计，镜面还可以包括抗反射涂层。
在具体实施方式中，刻面形成的方法包括使基板服从激光器用于图案形成。在优选实施方式中，图案被构造用于一个或多个脊形激光器的一对刻面的形成。在优选实施方式中，一对刻面彼此面对并且互相平行对准。在优选实施方式中，方法使用UV(355nm)激光器来划刻激光棒。在具体实施方式中，激光器构造在***上，该***允许以一种或多种不同图案和轮廓构成的准确刻线。在一个或多个实施方式中，激光器划刻可以取决于应用在后侧、前侧、或者前后两侧上执行。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在具体实施方式中，方法使用后侧激光器划刻等。利用后侧激光器划刻，方法优选形成垂直于GaN基板的后侧上的激光棒的连续线激光划刻。在具体实施方式中，激光划刻通常约15um至20um深或者其他合适的深度。优选地，后侧划刻可以是有利的。即，激光器划刻处理不取决于激光棒的节距或者其他类似图案。因此，根据优选实施方式，后侧激光划刻可以导致每个基板上的激光棒的更高密度。在具体实施方式中，然而，后侧激光划刻可能导致来自一个或多个刻面上的带子的残余物。在具体实施方式中，后侧激光划刻常常需要基板在带子上面向下。对于前侧激光划刻，基板的后侧与带子接触。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在具体实施方式中，刻面形成的方法包括使基板服从用于图案形的机械划刻。在优选实施方式中，图案被构造用于一个或多个脊形激光器的一对刻面的形成。在优选实施方式中，一对刻面彼此面对并且互相平行对准。在优选实施方式中，方法使用镶金刚石的划片在物理上划刻激光棒，然而对本领域中任何一个技术人员明显，镶比GaN更硬的任何材料的划片将是足够的。在具体实施方式中，激光器构造在***上，该***允许以一种或多种不同图案和轮廓构成的准确刻线。在一个或多个实施方式中，机械划刻可以取决于应用在后侧、前侧、或者前后两侧上执行。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在具体实施方式中，方法使用后侧划刻等。对于后侧机械划刻，方法优选形成垂直于GaN基板的后侧上的激光棒的连续线划刻。在具体实施方式中，激光划刻通常约15um至20um深或者其他合适的深度。优选地，后侧划刻可以是有利的。即，机械划刻处理不取决于激光棒的节距或者其他类似图案。因此，根据优选实施方式，后侧划刻可以导致每个基板上的激光棒的更高密度。在具体实施方式中，然而，后侧机械划刻可能导致来自一个或多个刻面上的带子的残余物。在具体实施方式中，后侧机械划刻常常需要基板在带子上面向下。对于前侧机械划刻，基板的后侧与带子接触。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
熟知的是，诸如化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)、电感耦接等离子体(ICP)蚀刻、或者反应离子蚀刻(RIE)等蚀刻技术可导致产生平滑垂直的蚀刻侧壁区域，其可用作蚀刻的刻面激光二极管中的刻面。在蚀刻刻面过程中，掩模层沉积在管芯表面上并且在管芯表面上图案化。蚀刻掩模层可由诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)、其组合或者其他电介质材料等电介质组成。此外，掩模层可包括诸如Ni或者Cr等金属层，但可包括金属组合堆叠或者包含金属和电介质的堆叠。在另一种方法中，光致抗蚀剂掩模可被单独使用或与电介质和/或金属组合使用。使用常规光刻和蚀刻步骤使蚀刻掩模层图案化。使用接触式对准仪或者步进式对准仪可执行对准光刻。该光刻限定的镜像为设计工程师提供了高度控制。在完成使蚀刻掩模的顶部上的光致抗蚀剂掩模图案化之后，使用湿蚀刻或者干蚀刻技术将图案转移到蚀刻掩模。最后，使用选自于CAIBE、ICP、RIE和/或其他技术的干蚀刻技术将刻面图案蚀刻到晶圆上。蚀刻刻面表面必须与晶圆的表面平面具有介于约87度与约93度之间的高度垂直或者介于约89度至约91度之间的高度垂直。蚀刻刻面表面区域必须非常平滑，具有小于约50nm、20nm、5nm、或者1nm的均方根粗糙度值。最后，蚀刻必须基本上没有损坏，可以充当非辐射复合中心并且由此减小COMD阈值。已知的是，由于蚀刻的化学特性，CAIBE提供非常平滑且低损坏的侧壁，同时其由于使管芯台倾斜以补偿蚀刻时的任何固定角度的能力，所以可提供高度垂直的蚀刻。
激光条带的特征在于长度和宽度。长度范围为约50微米至约3000微米，但优选为介于约10微米与约400微米之间、介于约400微米与约800微米之间、或者约800微米和约1600微米之间，但可以是其他尺寸。该带还具有约0.5微米至约50微米范围的宽度，但对于单一横向模式操作，优选为介于约0.8微米与约2.5微米之间，并且对于多横向模式操作，优选为介于约2.5um与约35um之间，但可以是其他尺度。在具体实施方式中，尽管可能存在略微的变化，然而，宽度在尺度上基本恒定。通常，使用本领域中常规的掩模和蚀刻处理形成宽度和长度。
通过选自干蚀刻或湿蚀刻的蚀刻处理提供激光条带。该器件还具有暴露p型接触区的重叠电介质区域。上覆接触区的是接触材料，该接触材料可以是金属或者导电氧化物或者其组合。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射或另一种合适的技术来沉积p型电气接触。上覆基板的抛光区域的是第二接触材料，该第二接触材料可以是金属或者导电氧化物或其组合并且包括n型电气接触。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射或另一种合适的技术来沉积n型电气接触。
本发明需要选择性去除一个或多个外延层以允许激光器件层的剥离。上述典型器件结构中的所有外延层通常用于最终的器件使得并无一个外延层可以从结构去除。在大多数情况下牺牲层必须添加至外延结构。该层具有以下特性a)可以相对于外延结构中的相邻层选择性地蚀刻，b)可以以不诱导器件层中消极影响性能的缺陷的方式生长及c)可以在功能器件层与基板之间生长使得牺牲层的选择性去除引起器件层的底切。在一些实施方式中，牺牲层是外延结构中通常发现的层。例如，当使用激光剥离来选择性地去除光电器件中的生长在蓝宝石上的材料时，牺牲层可能是邻近于蓝宝石外延表面的氮化物材料。在一些实施方式中，牺牲层可以通过选择性地修改器件中通常发现的层的一部分产生。例如，可以诱导n型GaN层在特定深度经由控制良好的离子注入过程选择性地可蚀刻。
在图6中描述了用于制作底切GaN基激光二极管的一个实施方式。该实施方式使用带隙选择性光电化学(PEC)蚀刻底切蚀刻到外延层中的台面阵列。在图6中示出外延晶圆的制作。该过程需要包括埋入牺牲区，这通过带隙被进行选择性PEC蚀刻。对于GaN基光电器件，示出了在PEC蚀刻过程中InGaN量子阱作为有效牺牲区。1,2在图6中所示的粘结金属沉积之前，图6中所描述的第一步骤是暴露牺牲层的自顶至下蚀刻。利用暴露的牺牲区，带隙选择性PEC蚀刻用于将台面底切。在一个实施方式中，在PEC蚀刻过程中，牺牲区和所有其他层的带隙被选择为使得仅牺牲区吸收光从而用于蚀刻。本发明的另一实施方式使用具有比有源区更高的带隙的牺牲区，使得两个层在带隙PEC蚀刻过程中均吸收。在该实施方式中，如图8所示，使用侧壁上的绝缘保护层可以防止有源区在带隙选择性PEC蚀刻过程中被蚀刻。图8中所描述的第一步骤是暴露器件有源区的蚀刻。该步骤在台面侧壁上沉积保护绝缘层之前，其用于在后面的牺牲区底切PEC蚀刻步骤中阻止有源区的PEC蚀刻。然后，如图8所示，执行第二自顶至下蚀刻以暴露牺牲层并且沉积粘结金属。利用暴露的牺牲区，带隙选择性PEC蚀刻用于将台面底切。此时，使用图7中所示的选择性区域粘结处理继续制作器件。在另一个实施方式中，有源区通过干蚀刻暴露并且有源区和牺牲区均吸收泵浦光。在围绕有源区的p型与n型包层之间制作导电通路。如在太阳能电池中，载流子由于耗尽区域中的电场被从有源区清除。通过将n型层和p型层电连接在一起，可以不断从有源区清除空穴，减缓或者防止PEC蚀刻。
底切AlInGaAsP基激光二极管可以以类似于GaN基激光二极管的方式生产。存在选择性地蚀刻一些AlInGaAsP合金的多种湿蚀刻。7在一个实施方式中，AlGaAs或者AlGaP牺牲层可以生长地包覆有GaAs蚀刻停止层。当AlxGa1-xAs和AlxGa1-xP的成分高(x>0.5)时，当利用HF蚀刻时，AlGaAs可以以几乎完整的选择性(即AlGaAs的蚀刻速率>GaAs的1E6倍)蚀刻。具有高InP和AlP成分的InGaP和AlInP可以相对于GaAs选择性地利用HCl蚀刻。GaAs可以相对于使用C6H8O7:H2O2:H2O的AlGaAs选择性地蚀刻。存在微机械加工AlInGaAsP合金的领域的技术人员周所周知的牺牲层、蚀刻停止层及蚀刻化学试剂的多种其他组合物。
在一个实施方式中，AlInGaAsP器件层暴露于连同牺牲层成分一起选择的蚀刻溶液使得仅牺牲层受到明显的蚀刻。如在图8中所示，在成分的选择性蚀刻期间在侧壁上使用耐蚀刻保护层，诸如二氧化硅、氮化硅、金属或者光刻胶等可以防止有源区蚀刻。图8中所描述的第一步骤是暴露器件有源区的蚀刻。该步骤在台面侧壁上沉积保护绝缘层之前，其用于在后面的牺牲区底切PEC蚀刻步骤中阻止有源区的PEC蚀刻。然后，如图8所示，执行第二自顶至下蚀刻以暴露牺牲层并且沉积粘结金属。利用暴露的牺牲区，组成上的选择性蚀刻用于将台面底切。此时，使用图7中所示的选择性区域粘结处理继续制作器件。器件层应该通过耐蚀刻的材料层与牺牲层分离。这是防止在部分去除牺牲层之后蚀刻到器件层。
图5中描述了管芯扩展过程的一种优选实施方式的顶视图。起始材料是图案化的外延和载体晶圆。此处，‘外延晶圆’或者‘外延的晶圆’被定义为由有源区组成的外延材料生长于其上的原始含镓和氮的晶圆，而“载体晶圆”被定义为为便于处理而外延层转移至的晶圆。基于任何数目的标准均可选择载体管芯，标准包括但不限于成本、导热率、热扩展系数、尺寸、导电率、光学性能、以及处理兼容性。以允许使粘结的外延区域随后选择性地释放的方式制备图案化的外延晶圆。图案化的载体晶圆被制备成使得按顺序布置粘结垫以实现选择性区域粘结过程。通过各种过程流可制备这些晶圆，下面将对其的一些实施方式进行描述。在第一选择性区域粘结步骤中，外延晶圆与载体晶圆上的预图案化粘结垫对准并且压力、热、和/或声处理法的组合用于使台面粘结至粘结垫。粘结材料可以是各种介质，包括但不限于金属、聚合体、蜡剂、以及氧化物。将仅粘结与载体晶圆上的粘结垫接触的外延管芯。对于商用管芯结合器，存在次微米对准容差是可能的。然后，移离外延晶圆，在弱外延释放层折断外延材料，使得所希望的外延层保留在载体晶圆上。此处，‘选择性区域粘结步骤’被定义为该过程的单一反复操作。在图5中描述的实例中，在该第一选择性粘结步骤中，转移外延管芯的四分之一，从而保留外延晶圆的四分之三。然后，重复选择性区域粘结步骤，以将外延管芯的第二四分之一、第三四分之一、以及第四四分之一转移至图案化的载体晶圆。可以重复该选择性区域粘结任意次数并且不局限于图5中所描述的四个步骤。结果是，载体晶圆上的外延管芯的阵列具有比外延晶圆上的原始管芯节距更宽的管芯节距。外延晶圆上的管芯节距被称之为节距1，并且载体晶圆上的管芯节距被称之为节距2，其中，节距2大于节距1。此时，可对载体晶圆执行标准激光二极管处理。图1和图2a至图2b中分别描述了以本技术领域的方法和本发明中所描述的方法制作的器件的侧轮廓图。本发明所提供的器件结构仅包含光腔需要的相对昂贵外延材料并且具有位于载体晶圆上的相对较大的粘结垫和/或其他器件组件。激光器脊部宽度和粘结垫的典型尺寸分别为<约30μm和>约100μm，从而允许通过本发明三次或者多次改进外延使用效率。
尽管各种氧化物结合剂、聚合体结合剂、蜡剂结合剂等是潜在适合的，然而，在该操作中，金-金金属结合被用作实例。使用市售的管芯粘结设备，可能存在次微米对准容差。载体晶圆以使仅选择的台面与载体晶圆上的金属粘结垫接触的方式被图案化。当外延基板被移离时，粘结台面在弱牺牲区处折断，而未粘结的台面保持附接至外延基板。然后，该重复该选择性区域粘结过程以转移希望构造的其余台面。该过程可被重复任意次数的反复操作并且并不局限于图7中所描述的两次反复操作。载体晶圆可以是任意尺寸，包括但不限于约2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、以及12英寸。在转移所有希望的台面之后，可选地，使用第二带隙选择性PEC蚀刻去除任何剩余牺牲区材料以实现平滑的表面。此时，可对载体晶圆执行标准激光二极管处理。本发明的另一实施方式包括在选择性区域粘结步骤之前在密集的外延晶圆上制作器件组件。在图9中所描述的实施方式中，在管芯扩展过程之前，在原始外延晶圆上制作激光器脊部、侧壁钝化、以及接触金属。该过程流仅用于示例性之目而提供并且并不旨在限制在管芯扩展过程之前可被处理的器件组件。因为在管芯扩展过程之前对高密度的外延管芯执行额外的步骤，所以该操作流具有潜在的成本优势。图9中描述了该过程流的细节示意图。
在本发明的另一实施方式中，在各个选择性粘结步骤之后，使用各个PEC底切蚀刻以蚀刻仅粘结台面的牺牲释放层。通过仅向下蚀刻以暴露从当前选择性粘结步骤移除的台面的牺牲层来控制被底切的外延管芯。本实施方式的优势在于仅需要非常粗略地控制PEC蚀刻速率。这消除了额外处理步骤的成本和几何结构约束。
在本发明的另一实施方式中，粘结层可以是各种粘结对，其中包括金属-金属、氧化物-氧化物、焊料合金、光致抗蚀剂、聚合体、蜡剂等。
在本发明的另一实施方式中，通过PEC蚀刻完全移除牺牲区，并且通过任何其余的缺陷导柱而使台面保留固定在原位。已知的是，PEC蚀刻保留了充当再组合中心的缺陷周围的完整材料。2,3在完成牺牲蚀刻之后，使台面保持在原位的额外机制包括静力或者范德华力(VanderWaalsforce)。在一个实施方式中，底切处理控制为不完全去除牺牲层。如图7中所示，材料的剩余薄带固定器件层至基板。
在本发明的另一实施方式中，成型的牺牲区暴露台面被蚀刻成保留位于各个外延管芯的端附近的较大区域(固定器)。粘结金属仅放置在要被转移的外延区域中。然后，执行选择性蚀刻，使得要被转移的外延管芯被完全底切，而端处附近的较大区域仅被部分底切。位于管芯端处的完整牺牲区通过选择性区域粘结步骤提供机械稳定性。由于仅底切几纳米的厚度，所以该几何结构可与标准的粘结处理相符合。在选择性区域粘结步骤之后，外延和载体晶圆被机械地分离，从而在粘结金属与完整牺牲区之间的弱点处切割。图10和图11中描述了该处理的示例性示意图。替代地，可以利用锯切(sawing，锯割)实现机械分离。作为一个实例，可以使用金刚石锯条。在完成所希望次数的重复之后，本技术领域的激光二极管制作过程可应用于管芯扩展载体晶圆。
在另一个实施方式中，固定器(anchor)定位在底切管芯的端部或者侧面使得它们通过材料的窄底切区域连接。图10将该构造示出为“半岛”固定器。窄连接材料304远离粘结金属并且设计为底切材料在连接材料处而不是跨管芯切割。这具有保持管芯的整个宽度未损坏的优势，将是有利的。在另一个实施方式中，几何结构特征添加至连接材料以充当应力集中器305并且粘结金属在窄连接材料上扩展。粘结金属增强大块连接材料。添加这些特征增加对连接将切割的地点的控制。这些特征可以是向连接材料的边缘提供变窄的连接材料或者凹入的轮廓的三角形、圆形、矩形或者任何偏离。
在另一个实施方式中，固定器具有它们可以被底切的足够小的横向范围，然而，防护层被用于防止蚀刻溶液进入固定器中的牺牲层。该实施方式在当待转移的管芯的宽度大时的情况下是有利的。未加保护的固定器需要更大以防止完全底切，完全底切将减小管芯的密度并且减小外延材料的利用效率。
在另一个实施方式中，固定器位于管芯的端部并且固定器形成连接至所有或者多个管芯的材料的连续条。这种构造是有利的，因为固定器可以图案化到材料中接近晶圆或者平版印刷掩模的材料利用率以另外方式低的边缘。这允许器件材料在图案的中心的利用率即使当管芯尺寸变大时仍然高。
在另一个实施方式中，固定器通过耐蚀刻材料的很好地粘着至外延材料和基板材料的沉积区域形成。这些区域覆盖在蚀刻期间不会被底切的激光器管芯的一部分以及结构的一些部分。这些区域形成连续的连接，使得在激光器管芯完全底切之后，它们提供防止激光器管芯从基板脱离的机械支撑。例如，长度为约1.2mm和宽度为约40微米的激光器管芯被蚀刻以暴露牺牲区。然后，金属层沉积在激光器管芯的顶部上，激光器管芯的侧壁及围绕管芯的蚀刻区域的底部以形成连续的连接。作为一个实例，金属层可以包括约20nm的钛以提供良好的粘附力并且由约500nm的金覆盖，但是当然可以选择其他金属和厚度。涂覆有金属的激光器管芯侧壁的长度约1nm至约40nm，上部厚度小于激光器管芯的宽度使得牺牲层的接近金属固定器的区域被完全蚀刻，通过蚀刻剂进入牺牲层受到限制。
使用如在图11a、图11b及图11c中所示的金属固定器具有超过使用由外延器件材料制成的固定器的几个优势。首先是可转移台面在供体外延晶圆上的密度。由外延材料制成的固定器必须足够大以不被选择性蚀刻完全底切，或者必须利用钝化层以某种方式保护固定器。包括不转移的大特征将减小外延器件晶圆上的一种或多种尺寸的台面的密度。优选使用金属固定器，因为固定器由耐蚀刻的材料制成并且因此可以制成不影响台面密度的小的尺寸。第二优势是简化台面的处理，因为不再需要单独的钝化层来隔离蚀刻溶液与有源区。去除有源区保护层减小制作步骤的数目同时还减小需要的台面的尺寸。
在实例中，台面首先经由图案化的掩模的沉积和蚀刻生产以使蚀刻暴露牺牲层下面的高n型掺杂层。高n型掺杂层掺杂为1E18与1E20cm-3的载流子浓度。高n型层在外延生长期间包含在结构中并且允许阴极金属与n型包层之间的高欧姆和低电阻电气接触。台面的顶部是由高p型掺杂GaN、InGaN或者AlInGaN层组成的p接触层，该p接触层提供阳极金属与p型包层之间的欧姆和低电阻电气接触。p接触金属可以是Ni、Pd、Pt、Ag连同其它金属中的一种或多种。p接触也可以使用透明的导电氧化物(TCO)，诸如与Cd、Mg、Al、Ga、In的一种或多种合金的ZnO或者氧化锌形成。其他可能的透明导电氧化物包括氧化铟锡(ITO)和氧化镓等。p接触金属或者TCO可以在台面的蚀刻之前或之后沉积。然后沉积阴极金属堆叠，并且阴极金属堆叠由将形成与n型材料良好电气接触的第一金属层构成。这将包括Ti、Al及Ni等。阴极金属堆叠还可以包括专门用于提高粘附力的金属层。阴极堆叠中的最后层应该是促进电子到蚀刻溶液的有效转移的Au、Pt或者Pd连同其它金属中的一种或多种。最优选地，阴极金属是Pt，因为Pt提供最快速的蚀刻速率。在具体实施方式中，台面的顶部上的厚金粘结金属、连接粘结金属与阴极金属的金属固定器及阴极金属堆叠在一个步骤中沉积。这具有减少制作器件需要的步骤的数目的优势，然而，选择性蚀刻做出折衷，因为虽然金是在台面转移期间形成金属-金属热压缩粘结的理想金属，但是与白金相比，金是不太优选的阴极金属并且将引起任何给定的阴极区域的更低的蚀刻速率。
在具体实施方式中，阴极金属堆叠还包括旨在增加金属固定器的强度的金属层。例如，阴极金属堆叠可能由100nm的Ti组成以提高阴极金属堆叠的粘附力并且提供与n型包层的良好的电气接触。阴极金属堆叠然后可以包含钨层，钨具有高于金约四倍的弹性模量。包含钨将减小在台面被选择性蚀刻底切之后提供足够的机械支撑保留台面需要的金的厚度。
在本发明的另一实施方式中，通过不同于PEC蚀刻的诸如激光剥离的方式实现外延层的释放。
在另一个实施方式中，固定器由金属、氮化硅或者耐选择性蚀刻的其它材料制作。该实施方式超过部分底切的固定器的优势在于固定器没有被底切并且因此可以比侧向蚀刻范围小很多。这允许管芯在基板上更密集的图案化。
在实施方式中，激光器件外延材料在包含器件层的基板上制作为底切台面的密集阵列。该图案节距被称之为‘第一节距’。第一节距通常是适合于在基板上制作各个外延区域的设计宽度，且对于完成的激光器件并不足够大，完整的激光器件通常希望更大非有源区或用于接触等的区域。例如，这些台面将具有从约5微米至约30微米或者至约50微米的范围的第一节距。各个台面均是‘管芯’。
在实例中，然后，这些管芯被转移至第二节距的载体晶圆，使得载体晶圆上的第二节距大于基板上的第一节距。在实例中，以第二节距构造管芯，以允许占有载体晶圆一部分的各个管芯成为激光器件，其中包括接触和其他组件。例如，第二节距将会是约100微米至约200微米或者至约300微米但是在为了便于处理期望大芯片的情况下可以大至约1mm至2mm或者更大。例如，在载体用作基台的情况下，第二节距应该大于约1mm以促进拾取与放置和管芯附接处理。第二管芯节距允许容易的机械处理和用于将引线粘结垫定位在载体晶圆区域中的、外延台面之间的空间，从而能够从给定的含镓和氮的基板以及上覆的外延材料制作大量的激光二极管。在图1和图2a-图2b中示出了本技术领域的管芯扩展激光二极管的侧视图示意图。通常，激光器脊部形宽度以及机械和引线粘结考虑因素所需的宽度的尺寸分别为从约1μm至约30μm和从约100μm至约300μm，从而允许本发明较大可能地改进含镓和氮的基板以及上覆外延材料的使用效率。具体地，本发明通过选择性区域粘结过程以相对于原始外延晶圆增加载体晶圆上的管芯节距的方式将外延材料的各个管芯转移至载体晶圆，来提高基板晶圆和外延材料的利用率。外延材料的布置允许在更低成本载体晶圆上制作器件组件，该器件组件不需要昂贵的含镓和氮的基板以及通常在含镓和氮的基板上制作的上覆外延材料的存在，从而允许更为有效地利用含镓和氮的基板以及重叠外延材料。
在本发明的另一实施方式中，通过***处理制作激光刻面。如果选择合适的载体晶圆，则可以使用载体晶圆来限定外延材料中的切割面。这可以提高切割的产率、质量、容易度、和/或准确度。
在本发明的另一实施方式中，通过蚀刻刻面处理制作激光刻面。在蚀刻刻面实施方式中，平板印刷限定的镜像图案被蚀刻到镓和氮上以形成刻面。蚀刻过程可以是选自于电感耦接等离子体蚀刻(ICP)、化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)、或者反应离子蚀刻(RIE)的干蚀刻处理。可以结合管芯扩展过程使用蚀刻刻面过程，以根据切割、潜在提高的产量以及刻面质量避免刻面形成，
在本发明的另一个实施方式中，激光器管芯也以第三节距为特征，第三节距表现激光器管芯在基板上平行于激光器脊部的间隔的特性。第三节距常常是适用于将激光器管芯中的每一个制作为激光器件的设计宽度。例如，包含具有长度为约1mm的激光腔的激光器的基板可以具有以约1.05mm至约2mm的第三节距制作的激光器管芯，但是优选地，第三节距比激光器管芯上制作的激光腔长小于约10％。
在实例中，然后，这些管芯以第二节距和第四节距转移至载体晶圆，其中，第二节距大于第一节距并且第四节距大于第三节距。激光器刻面通过如上所述的蚀刻刻面处理产生。由于第四节距导致的激光器管芯之间的距离的增加允许元件容易地集成在激光器刻面前面，而第二管芯节距导致的激光器管芯之间的距离的增加允许容易的机械处理和放置在外延台面中间的载体晶圆的区域中的引线粘结垫的空间，允许由基板和上覆外延材料制作更大数目的激光二极管。图18示出了在载体晶圆上的包括第二和第四节距两者的转移处理的示意图。
在本发明的另一实施方式中，通过选择的载体晶圆所辅助的***处理(cleavingprocess)实现管芯单片化。例如，如果选择硅或者GaAs载体晶圆，则存在便利的立方切割面系可用于通过切割的管芯单片化。在本实施方式中，因为仅在载体晶圆材料区域中出现管芯单片化，所以切割不需要转移到外延材料。
在本发明的另一个实施方式中，利用锯切处理实现棒和管芯单片化。锯切是用于LED及其他半导体器件单片化的得到确认的处理。例如，可以使用DISCO锯。DISCO的切割锯以微米测量的精确程度切割半导体晶圆(Si、GaAs等)、玻璃、陶器及各式各样的其他材料。
在本发明的另一实施方式中，可结合晶圆平铺使用任何上述过程流。作为实例，约7.5mm×约18mm的基板可被平铺到约2英寸的载体晶圆上，从而允许在多个外延基板上并行地进行顶侧处理和选择性区域粘结，以进一步节省成本。
在本发明的另一实施方式中，在选择性区域粘结步骤之后，通过再平面化和表面制作流程来改造基板晶圆。可以重复使用外延晶圆任意实际次数。6
在实例中，本发明提供用于增加含镓和氮的激光二极管器件的数目的方法，含镓和氮的激光二极管器件可以由给定的外延表面区域制作；其中，含镓和氮的外延层覆盖含镓和氮的基板。外延材料包括至少以下层：牺牲区，可以使用带隙选择性PEC蚀刻来选择性地蚀刻；n型包覆区域；有源区；包括上覆n型包覆区域的至少一个有源层；及上覆有源层区域的p型包覆区域。含镓和氮的外延材料以第一管芯节距图案化为管芯；管芯从具有第一节距的含镓和氮的外延材料转移至载体晶圆以在载体晶圆上形成第二管芯节距；第二管芯节距大于第一管芯节距。
在实例中，每个外延管芯是具有约1μm与约10μm之间的宽度或者约10微米与约50微米的宽度以及约50μm与约3000μm之间的长度的蚀刻台面。在实例中，载体晶圆上的第二管芯节距介于约100微米与约200微米之间或者介于约200微米与约300微米之间。在实例中，载体晶圆上的第二管芯节距在大于外延晶圆上的管芯节距约2倍至约50倍之间。在实例中，在外延转移之后在载体晶圆上制作半导体激光器件。在实例中，半导体器件包含GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、和/或InAlGaN。在实例中，含镓和氮的材料生长在极性c面平面、诸如m面的非极性平面或者诸如{50-51}、{30-31}、{20-21}、{30-32}、{50-5-1}、{30-3-1}、{20-2-1}、{30-3-2}的半极性平面、或者朝向c方向和/或a方向+/-10度内的这些方位斜切。在实例中，在外延材料的每个管芯上制作一个或者多个激光二极管腔。在实例中，不需要外延材料的器件组件放置在外延管芯之间的空间中。
在本发明的另一实施方式中，载体晶圆是另一半导体材料、金属材料、或者陶瓷材料。一些潜在的备选包括硅、砷化镓、蓝宝石、碳化硅、金刚石、氮化镓、AlN、多晶AlN、磷化铟、锗、石英、铜、金、银、铝、不锈钢、或者钢。
在类似于TO密封罐的常用激光器封装件中，激光器件间接地附接至本身被焊接的封装件的主体或以提供高导热性的方法另外附接至散热器。为了防止激光二极管至封装的短路，在激光二极管材料与封装之间提供基台。该基台是作为良好热导体和电绝缘的材料的薄层。基台材料包括提供良好导热率但低电导率的氮化铝、蓝宝石(Al2O3)、氧化铍和化学气相沉积的金刚石。
在本发明的另一个实施方式中，载体晶圆材料选择为具有与III族氮化物类似的热膨胀特性、高导热性并且作为与标准半导体器件制作过程一致的大面积晶圆可利用。然后将载体晶圆处理为具有允许该载体晶圆还充当激光器件的基台的结构。在一些实施方式中，激光器件的刻面可以通过将激光器管芯粘结至轻易地切割的载体晶圆形成。通过使激光器管芯对准，使得刻面的期望平面与单一晶体载体晶圆的容易切割的平面共面。如上所述，然后可以使用机械或者激光划刻(scribing，划线)，以引导并且促使载体晶圆中的切割使得该切割相对于激光器管芯和载体晶圆图案适当地定位。闪锌矿、立方体和菱形格栅晶体适用于具有几组正交切割面(例如，[110]、[001]等)的切割的载体。可以通过锯切或者切割实现载体晶圆分离为单独的管芯。在使用切割单片化的情况下，如描述的，相同的切割面和技术可以用于刻面形成。该实施方式提供了多个优势。通过使载体晶圆和基台的功能结合，减小了构造封装器件需要的组件与操作的数目，从而显著降低了最终激光器件的成本。选择具有高导热性(例如，大于约150K/mW)的载体晶圆允许使用具有低热阻的全厚度载体晶圆(例如>约300微米)，因此不需要载体晶圆的薄化。在本发明的另一个实施方式中，利用锯切处理实现棒和管芯单片化。锯切是用于LED及其他半导体器件分离的得到确认的处理。
在实例中，SiC既用作载体又用作基台。SiC在来自多个供应商的直到约150mm的晶圆直径中可利用，其中，高导热性根据晶体多型体和杂质具有从约360W/mK至490W/mK的范围。图12示出既用作载体晶圆又用作基台的SiC晶圆402的示意性截面。在激光器件材料的转移之前，SiC晶圆利用附接至激光器件封装的粘结层401制作。SiC晶圆的相对面利用薄的、电绝缘层403、导电迹线和引线粘结垫405及导电粘结介质108制作。然后，激光器件材料经由先前描述的处理转移至载体。电绝缘层408使用标准光刻处理和电气接触制作在晶圆上并且引线粘结垫407在激光器件的顶侧。电绝缘层对确保激光器件与激光器封装或者散热片电隔离是重要的，激光器封装或者散热片通常接地至其余的激光***。钝化层可以定位在载体与外延管芯之间或者在载体晶圆的粘结至封装或者散热片的一侧。单独的管芯可以从SiC晶圆单片化并且封装。SiC晶圆在包括六边形4H和6H以及立方体3C的许多多型体中可利用。SiC的高导热性允许使用商业可获得的SiC晶圆作为无需薄化的基台。在一些实施方式中，绝缘层403放置在SiC基板402与粘结层401之间。这允许SiC晶圆用于电接入管芯或者充当用于如在图15和图17中所示的许多管芯的共用电极。
在一个实施方式中，激光器管芯转移至载体晶圆使得管芯之间的距离在横向(即，垂直于激光器脊部方向)上扩展并且平行于激光腔。如在图13中所示，这可以通过将粘结垫在载体晶圆上隔开大于激光器管芯在基板上的间隔的更大的节距获得。应注意，虽然在这种构造中使用切割的刻面技术上可行，但是蚀刻刻面将会是实现的更简单的处理。这是由于转移的管芯在所有方向上的有限长度的需要，使得切割的刻面将导致在***处理期间去除的管芯的前面的扩展区域。
在本发明的另一个实施方式中，激光器管芯从多个外延晶圆转移至载体晶圆使得载体晶圆上的每个设计宽度包含来自多个外延晶圆的管芯。当从多个外延晶圆以紧密间隔转移管芯时，对外延晶圆上的未转移的管芯重要的是不会非故意地接触并且粘结至早已转移至载体晶圆的管芯。为了实现这，管芯使用上述方法从第一外延晶圆转移至载体晶圆。然后第二组粘结垫沉积在载体晶圆上并且制成使第二垫片的粘结面高于第一组转移的管芯的顶表面的厚度。这样是为了提供管芯的粘结与第二外延晶圆的足够间隙。可能包含不同颜色、尺寸、材料和其他这类差异的管芯的第二基板被用于将第二组的管芯转移至载体。最后，制作激光器脊部并且沉积钝化层，接着是允许每个管芯单独驱动的电气接触层。从第一基板转移至第二基板的管芯以小于载体晶圆的第二节距的节距隔开。该处理可以延伸至管芯从任意数目基板的转移，并且每个管芯的任意数目激光器件从每个基板的转移。
在一些实施方式中，对应于一个或多个激光条带区域的多个外延台面管芯转移至单个载体晶圆并且放置在彼此的接近度内。在形成激光二极管区域和电气接触区的后续处理步骤之后，载体晶圆切为单独的激光器件。单独的激光器件将由包含激光条带区域的多个外延台面区域组成以形成多发射器激光器件。外延台面管芯区域的接近度优选在彼此的一毫米内，更优选地，在彼此约200微米内且最优选地在彼此约50微米内。管芯还粘结为当激光腔和刻面制作时，发出的激光束的光轴彼此取向为小于约5度且更优选地小于约1度并且最优选地小于约0.5度。这具有将耦接从几个激光器管芯上制作的激光器件的激光需要的光学元件简化为相同的***元件，例如，透镜，纤维光缆等的优势。
在根据本发明的多发射器激光器件的一个实施方式中，形成激光棒，其中，多发射器激光条带区域发出基本上类似的波长。在实例中，多发射器激光器件可以在350nm至450nm的范围、450nm至550nm的范围、600nm至700nm的范围、600nm至800nm的范围、800nm至900nm的范围、900nm至1000nm的范围、1000nm至1300nm的范围、或者1300nm至1600nm的范围中发射。在激光棒构造中，器件非常适用于需要极高功率的应用。例如，多发射器激光器件可以被构造为发射大于5W、大于50W、大于100W、大于500W、或者大于1kW的光输出功率。
图30是根据本发明的高功率多发射器激光器件的一个实施方式的示意性截面，其中，多个激光条带103形成在定位在共用载体106上的单独邻接转移的外延台面区域中。在一个实例中，多个激光条带通过共用的n金属层101和共用的p金属层105电连接，通过绝缘层104分开，导致并联的电拓扑，其中，邻接外延台面区域的激光条带区域并联电连接。共用载体晶圆可以是导电的或者电绝缘的、或者可选择的绝缘层108，可以在共用的n金属层之前应用于载体晶圆。在共用的n金属层和共用的p金属层中的每一个的一个或多个位置107处通过引线粘结或者经由诸如弹簧针、弹簧卡子等的可卸接头使多带激光器与金属垫片电连接。
在可替换实施方式中，邻接外延台面区域中的激光条带区域串联地电连接。图32是本发明的串联连接的实施方式的示意性截面，其中，多个激光条带103，形成在定位在共用载体106上的转移的邻接外延台面区域上，以串联电拓扑电连接。共用载体晶圆可以是电绝缘的、或者可选择的绝缘层108，可以在共用的n金属层之前应用于载体晶圆。在共用的n金属层和共用的p金属层中的每一个的一个或多个位置107处通过引线粘结或者经由诸如弹簧针、弹簧卡子等的可卸接头使多带激光器与金属垫片电连接。
图36示意性地示出外延晶圆上转移至载体晶圆之前的独立的激光条带与管芯转移之后载体晶圆上的多个激光条带之间的期望间隔之间的几何关系。单个多带激光器上的邻接激光条带之间的节距(节距2)必须是外延晶圆上的邻接激光条带之间的节距(节距1)的整数倍数，N，其中，N>1。共用载体晶圆上的邻接多带激光器之间的节距(节距2)必须是外延晶圆上的邻接激光条带之间的节距(节距1)的整数倍数，M，其中，M>N。
图37是选择性区域粘结过程的简化顶视图并且示出了经由选择性区域粘结的管芯扩展过程，产生多带激光器。含原始镓和氮的外延晶圆201已具有外延材料的独立管芯以及通过处理限定的释放层。单独的外延材料管芯被标记202并且以节距1间隔开。圆形载体晶圆200已制备有图案化的粘结垫203。这些粘结垫以节距2间隔开，该节距2是节距1的偶数倍，使得在选择性区域粘结处理的各个反复操作中能够粘结所选择组的外延晶圆。选择性区域粘结处理反复操作继续，直到所有外延晶圆已被转移至载体晶圆204。然后载体晶圆以节距3单片化，产生许多多带激光器。现在，可选地，可以制备含镓和氮的外延基板201以用于再利用。
高功率激光器***的最昂贵和复杂方面之一是光耦接和与校准和结合来自发射激光条带区域的输出相关联的光学元件。根据本发明的主要优势是将形成在邻接外延台面区域中的激光条带区域放置足够接近以使用共用的光学元件或者以与低成本现成提供的常规的光学器件一致的节距放置形成在邻接外延台面区域中的激光条带区域的特征。图38示意性地示出实施方式，其中，多带激光器301足够紧密地隔开以允许共享光学元件302以简化多个输出激光束303的光耦接并且导致激光器阵列的降低的实现成本。
作为多发射器激光器件实例的替代实例，来自发射红色的AlInGaAsP激光器件晶圆(在波长600nm与700nm之间，但是优选地620nm与670nm之间发射)、发射绿色的GaN激光器件晶圆(在波长500nm与600nm之间，但是优选地，510nm与550nm之间发射)及发射蓝色的GaN激光器件晶圆(在波长400nm与500nm之间，但是优选地，430nm与470nm之间发射)的激光器管芯可以转移至单个载体晶圆。能够采用类似于上述的那些的结构使用标准光刻处理在管芯和载体晶圆上处理激光器腔体、反射镜和电气接触，使得在每个管芯上的激光器件是独立可访问的并且能够单独地驱动。利用干蚀刻处理(例如，RIE、ICP或CAIBE)或通过切割载体晶圆来制作多个刻面。在单片化之后，所获得的激光器芯片将具有类似于标准激光二极管器件的有效发射极尺寸(即，约小于200微米)并且将允许红-绿-蓝颜色混合。这类RGB激光器芯片将大大地简化用于投影和显示器应用的激光器光源的设计和制作。激光器件将全部彼此对准并且紧密地隔开(即，在约10微米至100微米内)，从而通过消除对提供诸如透镜的分离光学元件以及利用***光学器件分别对准全部发射器的需要减少制造成本。
在另一实施方式中，多个管芯利用重叠的激光器管芯从多个外延晶圆转移至相同的载体晶圆。图43示出了在实现该目的的处理中的各种步骤期间的载体晶圆的示意性截面。管芯502使用上述方法从第一外延晶圆转移至载体晶圆106。在管芯上制作激光器脊部、钝化层104和脊形电气接触105。随后粘结垫503沉积覆盖脊形电气接触。然后，可能包含不同颜色、尺寸、材料和其他这类差异的管芯的第二基板506被用于以与第一组的管芯相同的节距将第二组的管芯507转移至载体。然后，能够在第二组的管芯上制作激光器脊部、钝化层和脊形电气接触。随后，能够执行管芯粘结和激光器件制作循环来有效地生产由如在图42的截面中示出的任意数目的激光器管芯和器件构成的多终端器件。
作为实例，图44示出了来自相同或不同基板的三个管芯能够独立地被电气访问使得能够独立地操作在每个管芯上制作的激光器件的各种方法。图44的(A)和(B)示出了在载体晶圆上的单个重复单元，在此称为“芯片”的平面视图和截面图。为粘结来自一个或多个基板的管芯而提供三个导电性的粘结垫602。粘结垫经由导电性载体晶圆电气连接至还用作用于焊接至基台、散热器或者集成至***中的粘结垫的共用电极。顶侧电气接触被沉积并且从激光器管芯延伸至位于不包含激光器管芯的芯片的区域的引线粘结垫603。金属迹线和垫片通过绝缘层606与载体晶圆隔离。图44的(C)和(D)示出了底侧电气接触由沉积在芯片正面侧上的导电层604制成的类似芯片。在此实例中，顶侧电气连接和芯片通过绝缘层606彼此以及与载体晶圆隔离，并且在芯片底部上的粘结垫仅用于安装和提供良好的导热性。图26的(E)和(F)示出了激光器管芯经由载体晶圆在它们的底侧上连接至共用电极的类似芯片。在此构造中，通过顶侧引线粘结垫604而不是通过载体晶圆的底侧进行对载体晶圆的电气接入。
作为实例，图46示出了转移至载体晶圆的多个激光器管芯的类似构造。图46的(A)示出了在激光器管芯801的转移之后的一个激光器芯片的截面图。在该实例中，激光器管芯比具有边界808和809的激光器芯片长。电气接触层807(在图46(B)中示出的)以及电绝缘层806沉积旨在使用标准光刻技术防止电气接触层短路。如在前描述的，激光划刻器或者机械划片用于生产促使并引导切割的划刻标记810。在本附图中，划刻标记是利用激光器划刻工具形成的“跳跃划刻标记”。在其他实施方式中，划刻可以机械地形成并且可以使用跳跃或者连续的划刻形成在载体晶圆的背面上。然后，激光器芯片在同时形成激光腔的前后刻面的同时沿着方向808切割为棒。然后使用切割、锯切、通过晶圆激光器划刻或者其它类似方法沿着方向809单片化激光芯片。
在一个实施方式中，多个激光器管芯粘结至由绝缘材料组成的并且包含金属填充通孔的载体晶圆。图45示出该构造的示意图。激光器管芯下面的通孔通过薄绝缘层705与管芯电隔离。电气接触经由使用标准光刻技术沉积并图案化类似导电和绝缘层的设置制成。该实施方式可以生产一种芯片，该芯片可以经由表面安装处理附接至封装件，用于热考虑不是同样重要的低功率部件，将允许激光器芯片直接集成在印刷电路板上。
在一些实施方式中，多个激光器管芯转移至单个载体晶圆并且放置在彼此的紧密接近度内。紧密接近度的管芯优选在彼此的一毫米内，更优选地，在彼此200微米内且最优选地在彼此50微米内。管芯还粘结为当激光腔和刻面制作时，发出的激光束的光轴彼此取向为小于5度且更优选地小于1度并且最优选地小于0.5度。这具有将耦接从几个激光器管芯上制作的激光器件的激光需要的光学元件简化为相同的***元件，例如，MEMS镜子阵列，纤维光缆等的优势。
作为实例，激光散斑是投射在表面上的激光焦点的亮度产生空间变化的现象。激光是连贯的，并且因而当被诸如投影屏幕的粗糙表面反射时，屏幕表面的高度变化可以导致激光中的空间变化相长和相消干涉。该特性在类似激光器基投影仪的***中不是理想的，在该***中，通过激光的直接投影形成的图像将具有退化的图像品质。激光散斑可以通过将几个激光器件结合为单个来源减少。这在激光器的光谱宽度窄的单模式器件中特别有优势。发射类似波长(即，波长差异大至50nm且小至1nm)的几个激光器件可以转移至载体晶圆上相同的激光器芯片。因为激光器管芯可以从不同的基板转移并且以紧密的接近度(10微米至100微米内)放置在载体晶圆上，可以选择转移的管芯的波长以期望的量不同，同时保持激光器件-激光器芯片对单个激光发射器同等起作用的基板。例如，可以制作由六个激光器管芯组成的RGB芯片。管芯的两个将是发射峰值波长440nm和450nm的蓝光的激光器。管芯的两个将发射峰值波长515nm和525nm的绿光。管芯的两个将发射峰值波长645nm和655nm的红光。如对本领域的技术人员明显的是，可以选择波长对以改变红色、绿色及蓝色激光器对中的每一个的表观颜色同时还改变散斑减少的量；并且波长的间隔增加导致激光散斑的减少增加。
作为实例，来自发红色的AlInGaAsP激光器件晶圆、发绿色的GaN激光器件晶圆和发蓝色的GaN激光器件晶圆的激光器管芯能够被转移至单个载体晶圆。能够采用类似于上述和在图40和41中示出的那些的结构使用标准光刻处理在管芯和载体晶圆上处理激光器腔体、反射镜和电气接触，使得在每个管芯上的激光器件是独立可访问的并且能够单独地驱动。利用干蚀刻处理(例如，RIE、ICP或CAIBE)或通过切割载体晶圆来制作多个刻面。在单片化之后，所获得的激光器芯片将具有类似于标准激光二极管器件的有效发射极尺寸(即，小于200微米)并且将允许红-绿-蓝颜色混合。针对每种颜色的多个激光器管芯能够从多个基板转移，允许每种颜色的工程化去瑕疵(speckle，斑点)。这类RGB激光器芯片将大大地简化用于投影和显示器应用的激光器光源的设计和制作。激光器件将处于紧密的接近度(即，在10微米至100微米内)从而产生更小光学器件的需求。激光器件均彼此对准，从而通过消除所有发射极与***光学器件分别对准的需要而降低制作成本。
在图40中示出了针对激光器管芯的这类发红光、绿光和蓝光的光电器件的实例。这种RGB激光器芯片由能够由多种不同材料构成的载体晶圆310组成。各自具有制作成它们的单个激光器件结构的三个激光器管芯316粘结至载体。激光器管芯粘结至p侧向下的载体，并且粘结垫形成共用p电极314。电钝化层(例如，二氧化硅、氮化硅等)使用光刻技术选择性地沉积并且单个的n电极311、312及313接着沉积。图40示出了在单片化之后的单个激光器芯片，然而由于粘结处理的本质，能够在任意尺寸的载体晶圆上平行地制作许多激光器芯片。载体晶圆材料的选择取决于应用。在一些实施方式中，其中针对激光器件的光学功率很低(100mW以下)，由于大直径、低成本的Si晶圆的可用性，Si可以被选择为载体晶圆。在实施方式中，其中发射功率很大(例如，大于1W)并且器件的热阻必须保持很低以确保高效率，由于SiC的高导热率，SiC将是合适的载体晶圆材料。
在一些实施方式中，RGB激光器或者SLED芯片通过粘结光电管芯形成使得它们相互部分或者全部重叠。在图41中示出激光器管芯的这种构造。在此，脊形侧电气接触还形成下一个激光器管芯的部分或者全部粘结层。通过包括诸如二氧化硅、氮化硅等的钝化层，电流可以局限于仅通过脊部流动。该激光器芯片构造可以操作为在激光器件之间无需电流匹配的多终端器件。该构造具有允许激光器脊部在侧向上很接近地隔开的优势，并且尽管在图40中示出可能不与其他构造重叠的脊部，但是包括脊部相互重叠的构造。例如，在具有2微米宽的脊部和光刻技术的侧向对准的5微米容许误差的低功率器件中，发射器横跨小于16微米的总横向距离，或者大致典型GaN激光器管芯的10％是可能的。在相同的低功率器件中，其中，epi管芯厚度是2微米和粘结层厚度是1微米，RGB发射器的垂直跨度总共是仅8微米。不同地是，该构造将用于高功率部件，因为高功率部件难以从最上面的管芯有效地吸取热量。
本发明的实施方式促进激光器件以相对于传统的生产方法极其低的成本生产。图14示出了针对传统的激光二极管制作处理的过程流和材料输入。提供基板。激光器件外延生长在基板上。然后处理晶圆的外延(即，前和后)侧以产生激光二极管脊部和电气接触。晶圆然后薄化以促进切割。薄化处理消耗大部分基板，将所消耗的基板转变为浆料。然后，薄化的晶圆被垂直于激光器脊部切割以产生前刻面和后刻面，并且然后可以出于品质保证目的测试所得到的激光器件的线性阵列、或者“棒”并且多个棒可以堆叠用于根据激光器的应用利用高反射涂层或者抗反射涂层涂覆刻面。最后，激光器件从棒单片化并且附接至基台，基台提供用于放置管芯的电绝缘平台，允许电接入激光器件的基板侧，并且激光器件的基板侧焊接或以其他方式附着于激光器封装或者散热片。
在传统的工作流程中，激光器件以一密度在外延晶圆上进行处理，该密度不由激光器脊部的尺寸固定，而是由需要处理并电连接至器件需要的材料的面积固定。因为每个晶圆的器件的数目(尤其在趋向于小的商业可获得的GaN基板上)低，这导致每个器件相对高的处理成本。而且，在激光器件的单片化之后，在粘结处理之前，必须进行两次连续的拾取和放置处理；一次是激光器管芯粘结至基台和第二次是基台粘结至激光器封装件。
在图15中示出了由本发明能够实现的改善的制作处理。提供一种基板，该基板可以是原始的基板或者在先前使用之后回收的基板。外延层生长在基板上然后处理为用于转移的管芯。因为管芯可以以比基板上的节距更大的节距粘结至载体，所以基板上可以制备的管芯的数目相当大。这减小处理每个管芯的成本。图16示出了能够在各种尺寸的基板上处理的器件的数目。脊部长度被假定为1mm，并且脊部之间的节距从约50微米变化至约3000微米。实际上，节距不能比约100微米至150微米小很多，因为管芯必须足够大以处理并且支撑引线粘结。作为实例，在使用标准工作流程的1英寸直径的基板上，可以制成管芯节距为约150微米的接近3400个器件。使用该外延转移处理，管芯节距可以缩小至约50微米或更小，其中，管芯宽度由激光器脊部宽度确定。作为实例，对于使用外延转移工作流程的1英寸直径的基板，其中，管芯节距约50微米，每个晶圆可以制成越过10000个管芯。这不仅减小用于处理的每个管芯的成本而且减小用于外延处理和基板的每个管芯的成本。
当管芯转移至载体晶圆时，在每个粘结步骤转移管芯的特定部分。该部分由基板上的管芯的节距(即，第一节距)和载体的节距(即，第二节距)的相对尺寸确定。图17示出了在100mm直径的圆形载体晶圆上针对小基板的粘结构造的若干实例。这是一个粘结构造的示例，其中，载体晶圆没有完全被管芯占据，尽管可以更完整地填充载体。例如，来自基板的限制区域的管芯可以粘结在载体的边缘处，其中，基板的未粘结的区域延伸到载体的边缘外。作为另一实例，载体可以部分被台面占据，然后第二组粘结垫可以在载体上图案化，厚度比第一组粘结垫更大，从而提供粘结在原始的粘结之间的空闲位置中的间隙。
这还积极有益于处理的成本。图18示出了能够转移至100mm直径载体晶圆的器件的数目的表。假设基板上的管芯节距是约50微米，并且载体上的管芯节距，即第二节距改变。当第二节距是150微米时，可以看出当从1英寸直径晶圆转移时在100mm直径载体上可以并行处理的器件的数目近似30000。这高达在具有约150微米节距的1英寸直径基板上可以处理的器件的数目的10倍。在这个实例中，第二节距比第一节距大大约3倍，使得能够制成从基板至载体的三个转移。在这个实例中，管芯可以从超过一个基板转移至载体。在一些实施方式中，第二节距1mm左右或者更大，需要比载体上可利用的位置更多的转移。在另一个实施方式中，第一节距和第二节距为基板上粘结可利用的位置的数目等于基板上的台面的数目。
一旦载体晶圆被管芯占据，晶圆级处理可用于将管芯制作为激光器件。例如，在许多实施方式中，粘结介质和管芯具有小于约10微米的总厚度，使得可以使用标准光致抗蚀剂、光致抗蚀剂分配技术及接触和投影光刻工具和技术来使晶圆图案化。使用蒸发器、溅射机和CVD沉积工具，特征的长宽比与薄膜(诸如金属层和电介质层)的沉积一致。在一些实施方式中，前刻面可以由厚的电介质层保护同时分配环氧树脂重叠激光器管芯和载体芯片，包封激光器件并且密封激光器件防止可能使性能退化的污染物和环境因素。在此，然后，将具有真正的芯片尺寸激光封装件，该芯片尺寸激光封装件使用标准半导体制造技术和装备在管芯级上制作，一旦从载体晶圆单片化，将准备安装在激光***。
而且，通过使用搭叠、打磨及化学机械抛光的一种或多种的结合使表面复原至外延就绪状态，基板可以再循环。基板再循环需要消除转移处理剩余的晶圆高度上的任何变化。该消除通过利用研磨浆料搭叠晶圆表面实现。研磨介质将会是二氧化硅、氧化铝、碳化硅或者金刚石的一种或多种。首先使用逐渐变小的粒径平坦化晶圆表面然后去除原始去除处理诱导的对晶体的表面下的损坏。在约0.1微米至100微米的范围的原始的粒径之前，可以使用约1微米至10微米范围内的原始的粒径。最后步骤是化学机械抛光(CMP)，通常包括水溶液中悬浮的胶体氧化硅。CMP步骤恢复通常以低密度晶体缺陷和低RMS(<约10nm)粗糙度为特征的“外延就绪”表面。最后清洁步骤可包括使用表面活性剂去除剩余的浆料以及清扫以去除诸如暴露于酸性溶液(例如HCl、HCl：HNO3、HF等)和暴露于溶剂(例如，异丙醇、甲醇及丙酮)的污染物。我们估计基板可以重复利用超过10次而没有厚度上的显著的变化。在一些实施方式中，外延层包括厚的缓冲区，该缓冲区随后被重复利用处理去除，从而保留基板的有效厚度没有变化。
作为实例，使用关于处理和材料成本的基本假设，诸如重复利用基板10次及大面积(即，大于2cm2)GaN基板的可用性，可以示出发蓝光、GaN基激光器件成本低于￥0.50每光学瓦特并且通过将管芯从4.5cm2GaN基板转移至200mm SiC载体可以低至￥0.10每光学瓦特。该价格是本技术领域的发光二极管的激烈竞争并且可以允许激光源广泛渗透诸如普通照明的LED当前服务的市场。
在实例中，本发明公开了基于高效率、低成本的蓝色激光二极管和致密的波长转换器的集成阵列的集成低成本激光基光源，其在维持从固态光源期望的高能量效率和长产品使用寿命的优势的同时能够产生超过LED基光源的光源亮度水平。此外，公开了提供超过LED基产品的产品性能的基于集成低成本激光基光源的照明***。
在实例中，我们发现由于被限定为每单位立体角的光密度的光源亮度而限制了传统的GaN基固态光源和产品。考虑到集光率的光学概念，众所周知亮度无法在光学装配中增加；因此照明***的亮度或者强度受光源的亮度的限制。针对GaN LED光源，存在已知为“跌落”的众所周知的现象，其中，随着在输入功率密度方面的增加能量效率迅速下降。由于在LED(自发发射)和激光二极管(受激发射)之间的载流子重新结合机制的不同，在GaN激光二极管中看不到这种效率跌落的现象。这在针对GaN基LED和激光二极管而示意性地示出了能量转换效率的图40中被显示。清晰的是，当以高功率密度操作时激光二极管能够实现显著高于LED的转换效率。此外，来自LED的发光图案在器件的表面上方是各向同性的，然而针对激光二极管，在较好限定的连贯的波束中光从小出射面发射。针对激光二极管的发射区域小了若干量级，从而产生高于LED若干量级的光源亮度。光源亮度的这种优势可以通过例如灯泡或灯具的光学***来维持，从而产生针对激光二极管的固有优势。
在实例中，参考激光二极管在下文中提供了针对LED的诸如荧光体的波长转换材料的简要总结。针对LED，荧光体与LED光源一样大或者大于LED光源。针对激光二极管模块，荧光体尺寸独立于管芯尺寸，并且可以从若干激光二极管光源泵哺。针对LED，荧光***于管芯上或管芯周围。散热很弱，或直接通过LED管芯散热。针对激光二极管，荧光体与管芯相邻或远离管芯，能使其较好地散热，能实现高输入功率密度。针对LED，荧光体向后发射至LED管芯，导致显著的效率和成本的折中。针对激光二极管模块，能够独立地调整荧光体的环境以产生具有少量或不增加成本的高效率。针对激光二极管模块的荧光体优化能够包括高度透明的、非分散的、陶瓷荧光体板。可以通过掺杂水平确定减小的温度灵敏度。反射器能够被加入陶瓷荧光体的后侧，从而降低损失。荧光体能够被成型为增加耦接并且降低后反射。当然，能够存在额外的改变、修改和替代。
在实例中，本发明提供了一种激光基光模块，该激光基光模块包含一种或多种低成本的激光二极管的；一种或多种波长转换元件；以及提供在激光二极管和波长转换元件之间的电气和热连接的共用基板。在实例中，低成本的激光二极管由包含GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInGaN、其组合物等的外延材料构成。在实例中，其中，低成本的激光二极管的发射波长处于200nm和520nm的范围中。
在实例中，低成本的激光二极管的优选发射波长处于440nm和460nm的范围中。在实例中，波长转换元件是荧光体材料。在实例中，波长转换元件是包含石榴石基质材料和掺杂元素的荧光体。在实例中，波长转换元件是包含钇铝石榴石基质材料和稀土掺杂元素以及其他的荧光体。在实例中，波长转换元件是包含选自以下一种或多种的稀土掺杂元素的荧光体：Ce、Nd、Er、Yb、Ho、Tm、Dy和Sm、其组合等。在实例中，波长转换元件是高密度荧光体元件。在实例中，波长转换元件是具有大于90％纯基质晶体的密度的高密度荧光体元件。
在实例中，从一种或多种低成本激光二极管发射的光通过波长转换元件部分地被转换。在实例中，在波长转换元件中产生的部分转换的光发射产生外观上是白色的颜色点。
在实例中，白光的颜色点位于点的普朗克黑体轨迹上。在实例中，白光的颜色点位于点的普朗克黑体轨迹的小于0.010的du’v’内。在实例中，白光的颜色点优选位于点的普朗克黑体轨迹的小于0.03的du’v’内。
在实例中，共用基板是热导率大于100W/m-K的固体材料。在实例中，共用基板优选是热导率大于200W/m-K的固体材料。在实例中，共用基板优选是热导率大于400W/m-K的固体材料。在实例中，共用基板优选是具有电绝缘体的固体材料，该电绝缘体的电阻率大于1x10^6ohm-cm。在实例中，共用基板优选是具有薄膜材料的固体材料，该薄膜材料提供电气1x10^6ohm-cm。在实例中，共用基板选自Al2O3、AlN、SiC、BeO及金刚石的一种或多种。在实例中，共用基板优选由晶体SiC组成。在实例中，共用基板优选由晶体SiC组成，其中，顶表面上沉积Si3N4的薄膜。在实例中，共用基板包含提供一个或多个低成本的激光二极管之间的导电连接的金属迹线。在实例中，共用基板包含提供一个或多个低成本的激光二极管与共用基板之间的导热连接的金属迹线。
在实例中，一个或多个低成本的激光二极管利用焊料材料附接至共用基板上的金属迹线。在实例中，一个或多个低成本的激光二极管利用焊料材料(优选选自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一种或多种)附接至共用基板上的金属迹线。
在实例中，波长转换材料利用焊料材料附接至共用基板上的金属迹线。在实例中，波长转换材料利用焊料材料(优选选自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一种或多种)附接至共用基板上的金属迹线。
在实例中，一种或多种低成本的激光二极管和波长转换材料利用类似焊料的材料(优选选自AuSn、AgCuSn、PbSn或In中的一种或多种)附接至共用基板上的金属迹线。在实例中，两个或更多个低成本激光二极管附接至具有以电气系列方式布置的二极管的共用基板。在实例中，波长转换元件包含***在波长转换元件和至共用基板上的金属迹线的导热性连接之间的光学反射材料。
在实例中，***在波长转换元件和至共用基板上的金属迹线的导热性连接之间的光学反射材料具有大于50％的反射率值。
在实例中，***在波长转换元件和至共用基板上的金属迹线的导热性连接之间的光学反射材料具有大于80％的反射率值。在实例中，***在波长转换元件和至共用基板上的金属迹线的导热性连接之间的光学反射材料具有大于90％的反射率值。在实例中，光束成型元件放置在低成本的激光二极管与波长转换元件之间。
在实例中，波长转换元件包含与一种或多种低成本激光二极管的每一个对准的几何特征。在实例中，波长转换元件在垂直于共用基板和一种或多种低成本激光二极管的边缘的主要部分上进一步包含光学反射材料，并且其中，与低成本激光二极管的每一个对准的几何特征不包括光学反射材料。在实例中，共用基板是光学透明的。在实例中，波长转换元件部分附接至透明的共用基板。在实例中，波长转换的光通过共用基板来引导。在实例中，波长转换器包含至少顶表面上的光学反射材料。在实例中，一种或多种低成本激光二极管和波长转换元件包含在密封元件内以降低向周边环境的暴露。在实例中，一种或多种低成本激光二极管和波长转换元件包括在密封元件内以降低向周边环境的暴露。
在实例中，包含至少激光基光模块的固态照明元件具有波束成型元件。在实例中，波束成型元件提供光学波束，其中，大于80％的发射光包含在30度的发射角内。在实例中，波束成型元件提供光学波束，其中，大于80％的发射光优选包含在10度的发射角内。在实例中，该形式处于现有的MR、PAR和AR111灯的通常接受的标准形状和尺寸内。在实例中，固态照明元件进一步包含集成的电子电源以使激光基光模块电气通电。在实例中，固态照明元件进一步包含具有在通常接受的标准内的输入功率的集成电子电源。当然，可存在其他变化、变型以及替换物。
在本文中使用的术语GaN基板与基于III族氮化物的材料相关联，这些材料包括GaN、InGaN、AlGaN或用作起始材料的其他包含III族的合金或成分。这种起始材料包括极性GaN基板(即，最大区域表面标称为(hkl)面，其中，h＝k＝0，并且l是非零的基板)。
在本文中使用的术语基板与GaN基板以及另一种基板相关联，在该种基板上，可以外延生长GaN、InGaN、AlGaN或者其他用作起始材料的含III族合金或者成分。这种基板包括SiC、蓝宝石、硅及锗等。基板还可以指其上可以外延生长GaAs、AlAs、InAs、GaP、AlP、InP或者其他类似用作起始材料的含III族合金或者成分的基板。这种基板包括GaAs、GaP、Ge及Si等。
如本文中所使用，术语载体或载体晶圆是指外延器件材料被转移至其的晶圆。载体可以由单个材料组成并且是单晶体或多晶体。载体也可以是多种材料的复合材料。例如，载体能够是标准尺寸的硅晶圆，或者其能够由多晶AlN构成。
如本文中所使用，术语基台是指为了促进封装、粘结至散热器和电气接触，激光器件粘结至其的材料目标。基台与基板、载体晶圆和封装件或散热片分隔开。
如所示出的，本器件能够封闭在适宜的封装件中。这类封装件能够包括诸如在TO-38和TO-56标头中的封装件。也可以存在诸如TO-9或平坦包的其他适宜的封装设计和方法，其中，光纤耦接是所需要的并且甚至是非标准的封装。在具体实施方式中，能够在封装构造中实现本器件。
在其他实施方式中，本激光器件可构造在各种应用中。这种应用包括激光显示器、度量衡、通信、卫生保健和手术、信息技术等。作为实例，本激光器件可以提供在诸如2010年5月27日提交的美国序列号12/789，303中描述的激光显示器中，该美国序列号要求2009年5月29日提交的美国临时号61/182，105和2009年5月29日提交的61/182，106的优先权，因此其各自通过引用合并于此。
尽管上述是具体实施方式的全面描述，然而，可以使用各种变形、可替代的构造以及等同物。例如，封装器件可包括上述以及本说明书之外的元件的任意组合。如本文中所使用的，术语“基板”可指大块基板或者可包括诸如含镓和氮的外延区域的上覆生长结构、或者诸如n型GaN的功能区域、组合等。另外，实例示出两个正常构造的波导结构，可以存在变化，例如，其他角度和偏振度。
参考资料
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Claims (54)

1.一种用于制造激光二极管器件的方法，所述方法包括：
提供具有表面区域的基板；
形成上覆所述表面区域的外延材料，所述外延材料包括n型包覆区域、包括上覆所述n型包覆区域的至少一个有源层的有源区、以及上覆有源层区域的p型包覆区域；
图案化所述外延材料以形成多个管芯，所述管芯中的每一个对应于至少一个激光二极管器件；
将多个所述管芯中的每一个转移至一个或多个载体基板；
处理所述载体基板的至少一个上的多个所述管芯中的至少一个；并且
利用所述基板封装所述管芯以构造模块器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个管芯的特征在于在一对管芯之间具有第一节距，所述第一节距小于设计宽度；其中，将多个所述管芯中的每一个转移至一个或多个所述载体基板，使得每对管芯被构造为在每对管芯之间具有第二节距，所述第二节距大于对应于所述设计宽度的所述第一节距；其中，所述载体基板被构造为模块器件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，每个管芯成型为台面，并且每对管芯具有宽度介于1μm与10μm之间或者10微米与50微米之间或者50μm与100μm之间、长度为50μm至3000μm的第一节距；并且所述图案化包括蚀刻处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体基板上的所述第二节距在50微米与200微米之间、或者在200微米与500微米之间或者在500微米与1000微米之间、或者大于1000微米。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述转移之后对所述管芯中的每个进行处理以在每个管芯上形成至少一个激光器件，或者所述方法进一步包括在所述外延材料的每个管芯上形成一个或多个激光二极管腔。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，上覆所述载体基板的每对管芯由第二节距限定；并且所述方法进一步包括形成上覆由所述第二节距限定的空间的一个或多个组件，所述一个或多个组件选自接触区或者粘结垫。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光二极管器件中的每一个包括通过***处理或者蚀刻处理构造的一对刻面，所述蚀刻处理选自于感应耦合等离子体蚀刻、化学辅助离子束刻蚀、或者反应离子束蚀刻。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外延材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN、AlAs、GaAs、GaP、InP、AlP、AlGaAs、AlInAs、InGaAs、AlGaP、AlInP、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外延材料包含镓和氮并且在极性、非极性、或者半极性平面上生长。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转移包括将一个或者多个所述管芯选择性地粘结至所述载体基板，所述管芯中的每一个被配置到所述载体基板上的粘结垫；因此所述载体基板具有大于所述基板的直径；因此粘结物中的每一个是金属-金属对、氧化物-氧化物对、旋涂玻璃、焊粘结金、聚合物、光致抗蚀剂、或者蜡，并且所述方法进一步包括在每个选择性粘结期间通过分离与每个管芯相关联的释放区域同时保持所述外延材料的一部分完整来释放所述管芯中的每一个。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述外延材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN中的至少一种；其中，所述分离包括使用包括所述外延材料的一部分的所述释放区域的带隙选择性光电化学(PEC)蚀刻来选择性地蚀刻。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述外延材料包括AlAs、GaAs、GaP、InP、AlP、AlGaAs、AlInAs、InGaAs、AlGaP、AlInP、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs或者AlInGaAsP中的至少一种；其中，所述分离包括使用包括所述外延材料的一部分的所述释放区域的组成上的选择性湿蚀刻来选择性地蚀刻。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述释放区域包括AlGaAs、InGaAs、InGaAP、GaAs、InAlAs、InGaAlAs、InP、AlSb、GaAsSb、AlInP、AlInGaAs、AlInGaP或者AlInGaAsP中的至少一种；因此选择性蚀刻化学剂包括HF、HF:H2O、HCl:H2O、NH4OH:H2O2、琥珀酸:NH4OH、C6H6O7:H2O2:H2O或者HF:H2OO2:H2O中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，选择性蚀刻选择性地移除释放区域的基本全部，同时保留一部分完整，以提供在选择性地粘结一个或多个所述管芯之前并且被配置为在粘结一个或多个所述管芯之后分离的结构。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，选择性蚀刻选择性地移除释放区域，同时保留固定器定区域完整，以在选择性地粘结一个或多个所述管芯之前支撑所述管芯，并且所述固定器定区域在选择性地粘结一个或多个所述管芯之后分离。
16.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述转移之前形成上覆一个或多个所述管芯的金属材料，同时保留暴露的一个或多个固定器定区域，所述固定器定区域被配置为在选择性粘结之后选择性地与所述管芯中的每个断开并分离。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管芯中的每一个包括一个或多个组件，所述一个或多个组件单独地或者以任意组合的方式选自于电气接触、电流散布区域、光学包覆区域、激光器脊部、激光器脊部钝化、或者一对刻面中的至少一个。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，在将多个所述管芯中的每一个转移至一个或多个所述载体基板之后，所述基板被回收并且制备为用于重复使用。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光二极管器件是包含镓和氮的发射紫光、蓝光或者绿光的激光二极管器件，或者其中，所述激光二极管设备是包含镓和砷的激光二极管器件。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光二极管器件是包括红色激光二极管、绿色激光二极管及蓝色激光二极管的RGB器件。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光二极管器件包括激光二极管阵列。
22.一种激光二极管器件，所述激光二极管器件包括：
载体芯片，从载体基板上单片化；
一个或多个外延材料管芯，从基板被转移至所述载体基板，所述外延材料包括n型包覆区域、包括上覆所述n型包覆区域的至少一个有源层的有源区以及上覆有源层区域的p型包覆区域；
一个或多个激光二极管条带区域，形成在所述外延材料管芯中。
23.根据权利要求22所述的器件，其中，所述激光二极管器件包括通过***处理或者蚀刻处理构造的一对刻面，所述蚀刻处理选自于感应耦合等离子体蚀刻、化学辅助离子束刻蚀、或者反应离子束蚀刻。
24.根据权利要求22所述的器件，其中，所述外延材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN中的一种或多种或者AlAs、GaAs、GaP、InP、AlP、AlGaAs、AlInAs、InGaAs、AlGaP、AlInP、InGaP、AlInGaP、AlInGaAs和AlInGaAsP中的一种或多种。
25.根据权利要求22所述的器件，其中，所述载体基板具有大于约150K/mW的热导率。
26.根据权利要求22所述的器件，其中，所述载体基板包括碳化硅、氮化铝、氧化铍、金、银、铜或石墨、碳纳米管或者石墨烯中的一种或多种或者它们的复合材料。
27.根据权利要求22所述的器件，其中，所述载体基板包括单晶硅、多晶硅、蓝宝石或者多晶氮化铝中的至少一种。
28.根据权利要求22所述的器件，其中，电绝缘层被布置为覆盖所述载体基板。
29.根据权利要求22所述的器件，其中，所述管芯中的每一个包括一个或多个组件，所述一个或多个组件单独地或者以任意组合的方式选自于电气接触、电流散布区域、光学包覆区域、激光器脊部、激光器脊部钝化或者一对刻面中的至少一个。
30.根据权利要求22所述的器件，其中，粘结垫位于载体的与所粘结的外延材料相对的一侧上；其中，所述激光二极管器件包括能够以约1W以上的光学输出功率操作的一个或多个含镓和氮的发射紫光或蓝光的激光二极管；其中，由所述载体基板产生的所述载体芯片具有大于约150K/mW的热导率并且由碳化硅、氮化铝、氧化铍、金、银、铜或石墨、碳纳米管或者石墨烯中的一种或多种或者它们的复合材料组成；并且其中，光学输出被配置为激发诸如荧光体材料的波长转换材料。
31.根据权利要求22所述的器件，其中，所述激光二极管器件是包括一个或多个含镓和氮的发射蓝光和绿光的激光二极管和一个或多个含镓和砷的发射红光的激光二极管的RGB器件；其中，发射蓝光、绿光及红光的激光二极管中的每一个能以小于100mW、小于50mW及小于10mW的功率操作；并且其中，从所述载体基板产生的所述载体芯片由硅组成。
32.根据权利要求22所述的器件，其中，所述载体芯片被构造为直接粘结至封装件。
33.一种用于制造包括激光二极管器件的发光器件的方法，所述方法包括：
提供具有表面区域的基板；
形成上覆所述表面区域的外延材料，所述外延材料包括n型包覆区域、包括上覆所述n型包覆区域的至少一个有源层的有源区、以及上覆有源层区域的p型包覆区域；
图案化所述外延材料以形成多个管芯，所述管芯中的每一个对应于至少一个所述激光二极管器件；
将多个所述管芯中的每一个转移至一个或多个载体基板；
处理所述载体基板的至少一个上的多个所述管芯中的至少一个；
利用所述载体基板封装所述管芯；
利用波长转换元件构造所述管芯，所述波长转换元件与所述管芯光学耦接以发射处于白色光谱中的电磁辐射，所述电磁辐射通过所述波长转换元件被部分转换或通过所述波长转换元件被完全转换。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，转移多个所述管芯中的每一个将至少一对管芯之间的空间间隔在一个或多个所述载体基板上从第一节距配置到第二节距。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述管芯是在所述载体基板上以阵列布置的多个管芯中的一个；其中，所述管芯被配置为发射范围为440nm和460nm的波长；并且其中，所述波长转换元件是荧光体材料。
36.根据权利要求33所述的方法，其中，所述波长转换元件包括荧光体、石榴石基质材料及掺杂元素。
37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述波长转换元件包括荧光体、钇铝石榴石基质材料及稀土掺杂元素。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，所述波长转换元件包括荧光体、从Ce、Nd、Er、Yb、Ho、Tm、Dy和Sm中的一种或多种、它们的组合中选择的稀土掺杂元素。
39.根据权利要求33所述的方法，其中，所述波长转换元件包括具有大于90％纯基质晶体的密度的高密度荧光体元件。
40.根据权利要求33所述的方法，其中，所述波长转换元件被构造有与所述管芯对准的几何特征；并且所述波长转换元件在基板构件附近进一步包括光学反射材料，所述基板构件对于电磁辐射的传输是光学透明的。
41.根据权利要求33所述的方法，其中，所述封装包括使用密封元件包围所述管芯以防止暴露至周围环境。
42.根据权利要求33所述的方法，进一步包括将所述管芯耦接至波束成型元件，所述波束成型元件被配置为提供大于80％的发射光被包含在30度的发射角内的光学波束，或者其中，所述波束成型元件提供大于80％的发射光优选地包含在10度的发射角内的光学波束。
43.根据权利要求33所述的方法，其中，所述封装被配置用于MR型灯具、PAR型灯具或者AR111型灯具并且进一步将所述管芯配置到集成的电子电源。
44.一种光学装置，包括：
外延生长材料，利用次底座器件的表面区域上的界面区域粘结至所述次底座器件，所述外延生长材料的特征在于厚度小于10微米并且大于0.5微米并且与生长所述外延材料的基板分离；
至少一个激光器件，由所述外延生长材料配置，一个所述激光器件包括在所述外延生长材料中制作的激光器脊部；
所述次底座器件的***区域，由单片化的载体构造以提供所述次底座器件，所述***区域由锯切、划线和折断或者***处理来配置；以及
至少一对粘结垫，配置在所述次底座器件上以电连接至所述激光器件，并且被配置为将电流注入所述激光器件中。
45.根据权利要求44所述的装置，进一步包括利用所述激光器件配置的应用，所述应用选自电灯泡、显示器或者其他应用。
46.根据权利要求44所述的装置，其中，所述外延生长材料包括含镓和氮的材料；其中，所述界面区域包括粘结材料的粘结区域。
47.根据权利要求44所述的装置，其中，所述外延生长材料、激光器件和次底座被配置在模块器件内。
48.一种光学装置，所述装置包括：
共用载体构件，包括表面区域；
发射红光的AlInGaAsP外延激光器结构(RED)，被配置在含镓和砷的基板构件上并且从含镓和砷的基板构件转移到所述表面区域的第一部分上，或者发射红光的AlInGaAsP激光器外延结构形成在所述共用载体构件的表面区域上；
发射绿光的含镓和氮的激光器外延结构(GREEN)，被配置在含镓和氮的基板构件上并且从含镓和氮的基板构件转移到所述表面区域的第二部分上；
发射蓝光的含镓和氮的激光器外延结构(BLUE)，被配置在含镓和氮的基板构件上并且从含镓和氮的基板构件转移到所述表面区域的第三部分上；
红色激光器件(RED激光器)、绿色激光器件(GREEN激光器)及蓝色激光器件(BLUE激光器)，分别由所述RED、所述GREEN及所述BLUE经由所述RED、所述GREEN及所述BLUE的处理来配置以形成波导区域、刻面区域及接触区。
49.根据权利要求48所述的装置，进一步包括：
第一连接结构，在配置所述RED激光器之后被处理到所述共用载体构件上；
第二连接结构，在配置和转移所述GREEN激光器之后被处理到所述共用载体构件上；
第三连接结构，在配置和转移所述BLUE激光器之后被处理到所述共用载体构件上；以及
模块壳，被配置为容纳所述GREEN激光器、所述BLUE激光器及所述RED激光器(统称为“RGB激光器”)。
50.根据权利要求48所述的装置，其中，所述模块壳被配置有投影显示装置或激光显示器。
51.根据权利要求48所述的装置，其中，所述激光器件中的每一个在范围从10微米至100微米的节距内。
52.根据权利要求48所述的装置，其中，至少所述BLUE和所述GREEN使用p侧向下配置粘结至所述共用载体构件，所述激光器件中的每一个使用设置在所述共用载体构件上的共用p型电极彼此耦接；并且所述装置进一步包括电气钝化材料，所述电气钝化材料上覆所述激光器件中的每一个同时暴露用于单独的n型电极的区域。
53.根据权利要求48所述的装置，其中，所述激光器件中的每一个被配置为减小激光散斑；并且所述RGB激光器中的每一个是独立可寻址的。
54.根据权利要求48所述的装置，其中，所述RGB激光器中的每一个耦接至共用光学元件。
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