專利名稱：基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用激光剝離技術(shù)去除藍(lán)寶石襯底的方法，更為具體的是涉及一種用 于分離氮化鎵基外延層的藍(lán)寶石襯底剝離方法。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)的氮化鎵(GaN)基外延材料主要是生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，通過(guò)緩沖層 的引入已經(jīng)可以獲得較高的晶體質(zhì)量，使得GaN基材料可以廣泛地應(yīng)用于各種光電器件和 電子器件。但是，藍(lán)寶石本身較差的材料性質(zhì)阻礙了 GaN基器件的生產(chǎn)制造和性能提高。一 方面，藍(lán)寶石襯底的絕緣性質(zhì)使得GaN基器件在一般情況下必須采用橫向結(jié)構(gòu)，即不同的 電極制作在器件的同一側(cè)，這樣需要引入蝕刻等工序，增加了制作工藝的復(fù)雜度；另外，藍(lán) 寶石襯底相對(duì)較差的導(dǎo)熱性則限制了 GaN基器件的驅(qū)動(dòng)功率及工作環(huán)境溫度。解決上述問(wèn) 題比較可行的方法就是通過(guò)去除藍(lán)寶石襯底，分離GaN基外延層并將其轉(zhuǎn)移接合到導(dǎo)電和 導(dǎo)熱性能良好的支撐襯底上；該方法所得到的器件即稱為薄膜GaN基器件。目前，薄膜GaN 基器件工藝中，普遍采用的去除藍(lán)寶石襯底的方法是激光剝離(Laser Lift-off，LLO)。然而，至目前為止，成品率低一直是制約激光剝離藍(lán)寶石襯底技術(shù)應(yīng)用于薄膜GaN 基器件產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。商用的激光剝離設(shè)備是以一定尺寸的光斑(mm2量級(jí))進(jìn)行單次掃描 輻照實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底的剝離，在光斑輻照范圍內(nèi)，生長(zhǎng)界面處一定厚度的GaN基外延層因 吸收紫外輻射而發(fā)生熱分解，熱分解過(guò)程釋放生成氣體氮?dú)?，?dāng)這些氮?dú)獗痪窒拊诠獍叽?小的有限區(qū)域內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生很高的氣壓，剝離的瞬間即產(chǎn)生沖擊波，而正是生成氣體的釋放 和由其產(chǎn)生的沖擊波造成了激光剝離后外延層的破裂或者損傷，并導(dǎo)致剝離后GaN基外延 層完整性不佳和成品率降低?，F(xiàn)有的方法是采用外延層單元化隔離方案(如圖1)，即先以切割、劃裂或者蝕刻等 方式將外延層分隔成若干單元，然后再接合到支撐襯底上進(jìn)行激光剝離，這樣可以避免外 延層延伸式破裂，但是，通常在制造薄膜GaN器件時(shí)都會(huì)用到高反射膜金屬銀，而反射金屬 銀與GaN基半導(dǎo)體的粘附性不佳，激光剝離過(guò)程容易因已剝離區(qū)域和未剝離區(qū)域的藍(lán)寶石 襯底之間切向上相互拉伸破壞GaN外延與反射膜金屬膜銀之間的接合面；另外一方面，剝 離過(guò)程中光斑輻照區(qū)域即已剝離區(qū)域產(chǎn)生的生成氣體由于被藍(lán)寶石襯底和支撐襯底(接合 著外延層)包圍限制住而無(wú)法釋放，其產(chǎn)生的沖擊波將對(duì)藍(lán)寶石襯底和支撐襯底各施加一 法向作用力，而與此同時(shí)，近鄰未剝離區(qū)域的藍(lán)寶石襯底、外延層、反射金屬膜銀等和支撐 襯底三者仍結(jié)合在一起，而這幾個(gè)接合界面中外延層與反射金屬膜的結(jié)合力最弱，所以沖 擊波的作用力將破壞光斑近鄰區(qū)域的外延層與反射金屬膜的接合面，導(dǎo)致GaN器件成品率 降低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述激光剝離成品率低的問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)新地提出一種基于應(yīng)力作用的逐 單元分離藍(lán)寶石襯底的方法，包括有下列步驟1)在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)N型GaN基半導(dǎo)體層、活性層和P型GaN基半導(dǎo)體層，構(gòu)成 GaN基外延薄膜；
2)采用第一類型激光按照單元芯片的尺寸或倍數(shù)于芯片的尺寸設(shè)置步進(jìn)，劃穿GaN基 外延層并延伸至藍(lán)寶石襯底，實(shí)現(xiàn)GaN基外延單元化，同時(shí)生成氣體逃離窗口及形成單元 藍(lán)寶石應(yīng)力釋放點(diǎn)；
3)將以藍(lán)寶石作為生長(zhǎng)襯底的GaN基外延接合到支撐基板上，接合面為GaN基外延層 表面；
4)減薄藍(lán)寶石襯底至離應(yīng)力釋放點(diǎn)小于50微米厚度；
5)采用第二類型激光透過(guò)藍(lán)寶石襯底掃描輻照GaN基外延層與藍(lán)寶石襯底的界面區(qū) 域，逐單元分離去除藍(lán)寶石襯底。本發(fā)明的主要特征是通過(guò)第一類型激光對(duì)GaN基外延層進(jìn)行單元化隔離，并通過(guò) 延伸至藍(lán)寶石襯底同時(shí)生成氣體逃離窗口，此氣體逃離窗口即是藍(lán)寶石襯底單元應(yīng)力釋放 點(diǎn)，之后利用第二類型激光逐單元掃描藍(lán)寶石與GaN基外延層界面時(shí)，GaN界面熱分解生成 的氮?dú)馑查g擴(kuò)散至氣體逃離窗口，此時(shí)激光掃描單元的藍(lán)寶石襯底與相鄰未掃描單元藍(lán)寶 石襯底之間存在切向上的應(yīng)力，本發(fā)明的創(chuàng)新之處就在于利用上述相鄰單元藍(lán)寶石之間存 在的切向上的應(yīng)力及逃離氮?dú)鈮毫Φ墓餐饔茫す鈷呙鑶卧乃{(lán)寶石襯底與相鄰未掃描 單元的藍(lán)寶石襯底沿應(yīng)力釋放點(diǎn)延伸斷開(kāi)并脫離GaN基外延層，因此實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底逐單 元分離并去除。本發(fā)明的有益效果是采用第一類型激光實(shí)現(xiàn)GaN基外延的單元隔離，保證GaN基 外延的單元獨(dú)立性，同時(shí)利用第二類型激光掃描單元藍(lán)寶石襯底與相鄰未掃描單元藍(lán)寶石 襯底之間切向上的應(yīng)力及GaN界面處氮?dú)鈮毫Φ墓餐饔孟?，?shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底逐單元分離 去除，可以顯著提高激光剝離成品率。


圖1是常用的激光剝離藍(lán)寶石襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2至圖7是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯底的 方法的截面示意圖。附圖8和附圖9是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯 底的方法分別對(duì)應(yīng)附圖3和6的俯視示意圖。附圖標(biāo)識(shí)如下 100 藍(lán)寶石襯底
110 :GaN基LED外延層
120 氣體逃離窗口
130 單元藍(lán)寶石應(yīng)力釋放點(diǎn)
140 疊層金屬
150 支撐基板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
一種基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯底的方法，其制備步驟依次如下 如圖2所示，在一藍(lán)寶石襯底100上采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)依次外延生
長(zhǎng)N型GaN基半導(dǎo)體層、活性層和P型GaN基半導(dǎo)體層，構(gòu)成GaN基外延薄膜110。如圖3所示，利用激光劃片機(jī)(波長(zhǎng)355nm)從GaN基外延層110劃開(kāi)并延伸至藍(lán) 寶石襯底100，劃片以正交(X-Y軸)方式進(jìn)行，周期為3mmX3mm，與設(shè)定的激光剝離光斑尺 寸大小相近，激光劃片的深度30微米，即實(shí)現(xiàn)GaN基外延單元化、生成氣體逃離窗口 120及 形成單元藍(lán)寶石應(yīng)力釋放點(diǎn)130，其平面俯視情況如圖8所示。如圖4所示，在GaN基LED外延層110上采用電子束蒸發(fā)或者濺射等方法制作疊 層金屬140，材料為Ag/Ti/Pt/Au，厚度100/500/50/50nm，分別用作反射接觸層、阻擋層、黏 附層、浸潤(rùn)層，在切割道的側(cè)壁上也部分懸掛上此疊層金屬，后續(xù)在薄膜器件制備中，可根 據(jù)將要制造的器件尺寸，將此側(cè)壁通過(guò)干法或濕法蝕刻去除。如圖5所示，在疊層金屬層140上采用電鍍方法制作一厚Cu層150作為支撐基板， 厚度為100微米。如圖6所示，采用機(jī)械化學(xué)腐蝕方法將藍(lán)寶石襯底100減薄至離應(yīng)力釋放點(diǎn)130 距離30微米厚度，其平面俯視情況如圖9所示。如圖7所示，采用準(zhǔn)分子激光剝離機(jī)進(jìn)行襯底剝離，激光波長(zhǎng)248nm，能量密度控 制在800 1000mJ/cm2，光斑尺寸定義為3. OlmmX 3. Olmm,即相鄰光斑之間設(shè)置10微米寬 度的光斑重疊，激光逐單元掃描藍(lán)寶石襯底與GaN基外延界面處，利用相鄰單元藍(lán)寶石之 間存在的切向上的應(yīng)力及逃離氮?dú)鈮毫Φ墓餐饔茫す鈷呙鑶卧乃{(lán)寶石襯底與相鄰未 掃描單元的藍(lán)寶石襯底沿應(yīng)力釋放點(diǎn)延伸斷開(kāi)并脫離GaN基外延層，因此實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底 逐單元分離并去除。經(jīng)過(guò)上述步驟后，可以在圖7的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行芯片工藝至完成薄膜GaN基 LED器件的制作，同時(shí)可將器件加工成Immxlmm或其它小于3mmX3mm尺寸的薄膜器件。
權(quán)利要求
1. 一種基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯底的方法，其步驟如下1)在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)N型GaN基半導(dǎo)體層、活性層和P型GaN基半導(dǎo)體層，構(gòu)成 GaN基外延薄膜；2)采用第一類型激光按照單元芯片的尺寸或倍數(shù)于芯片的尺寸設(shè)置步進(jìn)，劃穿GaN基 外延層并延伸至藍(lán)寶石襯底，實(shí)現(xiàn)GaN基外延單元化，同時(shí)生成氣體逃離窗口及形成單元 藍(lán)寶石應(yīng)力釋放點(diǎn)；3)將以藍(lán)寶石作為生長(zhǎng)襯底的GaN基外延接合到支撐基板上，接合面為GaN基外延層 表面；4)減薄藍(lán)寶石襯底至離應(yīng)力釋放點(diǎn)小于50微米厚度；5)采用第二類型激光透過(guò)藍(lán)寶石襯底掃描輻照GaN基外延層與藍(lán)寶石襯底的界面區(qū) 域，逐單元分離去除藍(lán)寶石襯底，其中第二類型激光光斑尺寸的大小及步進(jìn)必須與第一類 型激光設(shè)置的步進(jìn)一致。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于應(yīng)力作用的逐單元分離藍(lán)寶石襯底的方法，采用第一類型激光實(shí)現(xiàn)GaN基外延的單元隔離，保證GaN基外延的單元獨(dú)立性，同時(shí)利用第二類型激光掃描單元藍(lán)寶石襯底與相鄰未掃描單元藍(lán)寶石襯底之間切向上的應(yīng)力及GaN界面處氮?dú)鈮毫Φ墓餐饔孟拢瑢?shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底逐單元分離去除，可以顯著提高激光剝離成品率。
文檔編號(hào)H01L21/86GK102005416SQ201010516390
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者林科闖, 林雪嬌, 蔡文必 申請(qǐng)人:廈門(mén)市三安光電科技有限公司