一種氮化鎵led藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，使用大功率而且作用時間很短的激光發(fā)射，在介面區(qū)域產(chǎn)生足夠的熱量使氮化鎵分解成金屬鎵和氮?dú)猓⑶矣捎诩す獾淖饔脮r間很短，熱量較為集中，故分解的氮化鎵只有介面附近的幾百納米厚，不會破壞氮化鎵LED的核心區(qū)域；在照射過后，介面區(qū)域?qū)⒅挥幸粚佑傻壏纸舛粝碌逆壗饘?，它將藍(lán)寶石襯底與氮化鎵連接起來；加熱將氮化鎵與藍(lán)寶石襯底分開；用稀釋的鹽酸溶液去除分離之后氮化鎵上的鎵金屬殘留。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以用簡單快速的方法，有效地將整個LED陣列原樣地對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行剝離與轉(zhuǎn)移。
【專利說明】一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，具體涉及氮化鎵二極管制作工藝中，使用激光消熔技術(shù)使氮化鎵與藍(lán)寶石襯底分離。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,簡稱LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。主要分為有機(jī)發(fā)光二極管和無機(jī)發(fā)光二極管兩種。無機(jī)LED本體材料主要有鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)等，由它們的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光。其中氮化鎵是應(yīng)用最廣泛的LED材料，主要用來制造藍(lán)光LED。
[0003]對于氮化鎵(GaN)材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決，所以主要用異質(zhì)外延技術(shù)來生長，如以藍(lán)寶石(sapphire)和碳化娃(SiC)為襯底,其中又以藍(lán)寶石襯底最為常用。雖然氮化鎵是極穩(wěn)定的化合物，又是堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料，但是實(shí)驗(yàn)表明，氮化鎵在相對低的溫度(約800-900 °襯)下就會分解成金屬鎵與氮?dú)?。雖然這樣對于生長大塊的高質(zhì)量氮化鎵不利，但是卻給用激光消熔技術(shù)使氮化鎵與藍(lán)寶石襯底分離提供了便利。
[0004]因?yàn)長ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性比較差，而高功率氮化鎵LED在工作時會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量如果不能及時導(dǎo)走，將嚴(yán)重地影響高功率氮化鎵LED的性能。用導(dǎo)熱性能更好的材料來代替藍(lán)寶石襯底將有可能有效解決LED的散熱問題。另外，如果藍(lán)寶石襯底可以重新被利用來生長氮化鎵LED，則可節(jié)省生產(chǎn)成本。同時，近年來柔性電子器件引起了人們很大的興趣，比如柔性太陽能電池，柔性顯示屏等。現(xiàn)在大部分的柔性顯示屏主要是基于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的，而OLED無論是使用壽命還是發(fā)光強(qiáng)度都比不上有機(jī)發(fā)光二極管。但是相比于0LED，無機(jī)LED在柔性和延展性方面都很差，很大程度地限制了把無機(jī)LED制成柔性器件的應(yīng)用。因此，如果存在某種工藝能把LED的硬襯底去掉，對于將其做成柔性器件，如柔性顯示屏，就顯得非常有意義。
[0005]常用的藍(lán)寶石襯底剝離方法主要有化學(xué)機(jī)械(chemomechanical)法,濕化學(xué)刻蝕法。由于藍(lán)寶石的堅(jiān)硬與缺少有效的化學(xué)刻蝕劑，限制了上述前兩種方法的運(yùn)用。而面向柔性電子學(xué)應(yīng)用的激光剝離法簡單有效，成為了最有潛力的剝離方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，具體步驟如下:
步驟一、用粘合劑將單顆氮化鎵LED或者LED陣列粘連到支撐襯底上，從氮化鎵側(cè)開始粘連，露出藍(lán)寶石側(cè)；
步驟二、將粘連后的氮化鎵LED放置于激光光路上焦點(diǎn)處，藍(lán)寶石側(cè)正對著激光射入的路徑，調(diào)整激光束的光斑大小，使光斑能整體覆蓋單顆LED ；
步驟三、逐步調(diào)高激光的脈沖能量，利用單脈沖將激光束能介面處的氮化鎵分解。LED陣列可以通過移動樣品平臺的做法，對LED陣列進(jìn)行掃描照射；
步驟四、將經(jīng)過分解處理的氮化鎵LED置于加熱臺上加熱，使得由氮化鎵分解而遺留的鎵處于熔融狀態(tài)，從中移除藍(lán)寶石；
步驟五、去除遺留的鎵金屬，并清洗經(jīng)過步驟一至四處理的氮化鎵LED ;
步驟六、將經(jīng)過清洗的氮化鎵LED與目標(biāo)襯底相粘合，去除支撐襯底。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟四中，加熱溫度為50 ° C。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟五中，使用I摩爾的鹽酸溶液去除遺留的鎵金屬。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟六中，目標(biāo)襯底為PDMS薄膜或者聚酰亞胺薄膜或者布料。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:以簡單快速的方法，有效地將整個LED陣列原樣地對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行剝離與轉(zhuǎn)移。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是激光剝離氮化鎵LED過程示意圖，
其中:1.粘合劑、2.激光、3.支撐襯底、4.氮化鎵LED、5.藍(lán)寶石襯底、6.目標(biāo)襯底。
[0013]圖2是激光剝離前后的氮化鎵LED的電流電壓曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]激光剝離的作用原理基于氮化鎵與藍(lán)石寶之間的帶隙差異。藍(lán)寶石的光學(xué)帶隙為8.7 eV,氮化鎵的光學(xué)帶隙為3.5 eV，波長介于143 nm到354 nm的光將可以透過藍(lán)寶石，但是卻可以被氮化鎵吸收。當(dāng)這個范圍內(nèi)的光從藍(lán)寶石襯底一則入射時，它將透過藍(lán)寶石，被處于介面區(qū)域的氮化鎵吸收，產(chǎn)生熱量。如果這個光是由大功率而且作用時間很短的激光發(fā)射，則在介面區(qū)域可以產(chǎn)生足夠的熱量使氮化鎵分解成金屬鎵和氮?dú)猓⑶矣捎诩す獾淖饔脮r間很短，熱量來不及傳遠(yuǎn)，分解的氮化鎵只有介面附近的幾百納米厚，不會破壞氮化鎵LED的核心區(qū)域。在照射過后，介面區(qū)域?qū)⒅挥幸粚佑傻壏纸舛粝碌逆壗饘伲鼘⑺{(lán)寶石襯底與氮化鎵連接起來。由于金屬鎵的熔點(diǎn)很低，只有29.76 ° C，所以只需將其加熱到幾十?dāng)z氏度就可以輕易將氮化鎵與藍(lán)寶石襯底分開。分離之后氮化鎵上的鎵金屬殘留可以用稀釋的鹽酸溶液去除。
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
本發(fā)明的具體步驟如圖1所示:
1)用粘合劑將氮化鎵LED粘到支撐襯底玻璃片或硅片上，從氮化鎵一側(cè)粘，露出藍(lán)寶石一側(cè)；
2)將樣品放置于激光光路上焦點(diǎn)附近，藍(lán)寶石側(cè)正對著激光射入的路徑，調(diào)整樣品的距離從而調(diào)整激光束落在樣品上的光斑的大?。?br> 3)逐步調(diào)高激光的脈沖能量，只打單脈沖，打完一個脈沖后在光學(xué)顯微鏡下觀察樣品變化；直至單個脈沖的激光束能介面處的氮化鎵分解，注意不能使用過強(qiáng)的激光，以免損傷氮化鎵過多，從而損害氮化鎵LED的性能；
4)將樣品置于加熱臺上，加熱至50° C，此時介面處的由氮化鎵分解而遺留的鎵處于熔融狀態(tài)，用膠帶將藍(lán)寶石小心移除；
5)用I摩爾的鹽酸溶液去除遺留在樣品上的鎵金屬，用去離子水將樣品洗干凈；
6)將樣品粘合在目標(biāo)襯底上；實(shí)施例的測試中選用了三種襯底，PDMS薄膜，聚酰亞胺薄膜，布料；
7)去除支撐襯底；
8)表征和測試氮化鎵LED樣品，電流電壓曲線如圖2所示。
[0016]使用本發(fā)明公開的激光剝離藍(lán)寶石襯底的工藝，在激光剝離結(jié)束后測試了剝離后樣品的形貌和電流電壓曲線，如圖2所示。轉(zhuǎn)移氮化鎵LED至各種柔性目標(biāo)襯底上，如聚酰亞胺(PI)薄膜、PDMS薄膜、布料等，選用波長為248 nm的氟化氪(KrF)脈沖氣體激光器，單個脈沖的能量可調(diào)(100-600 mj)，改變光斑的大小便可改變能量密度(mj/cm2)。實(shí)現(xiàn)了藍(lán)寶石襯底的成功剝離，并成功地把轉(zhuǎn)到各種目標(biāo)襯底上的LED點(diǎn)亮。
[0017]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、用粘合劑將氮化鎵LED粘連到支撐襯底上，氮化鎵LED的氮化鎵側(cè)與支持襯底相粘連，露出氮化鎵LED的藍(lán)寶石側(cè)； 步驟二、將粘連后的氮化鎵LED放置于激光光路上的焦點(diǎn)處，氮化鎵LED的藍(lán)寶石側(cè)正對激光射入的路徑，調(diào)整激光束的光斑大小，使光斑能整體覆蓋氮化鎵LED ； 步驟三、逐步調(diào)高激光的脈沖能量，利用單脈沖將激光束能介面處的氮化鎵分解； 步驟四、將經(jīng)過分解處理的氮化鎵LED加熱，使得由氮化鎵分解而遺留的鎵處于熔融狀態(tài)，從中移除藍(lán)寶石； 步驟五、去除遺留的鎵金屬，并清洗經(jīng)過步驟一至四處理的氮化鎵LED ; 步驟六、將經(jīng)過清洗的氮化鎵LED與目標(biāo)襯底相粘合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，其特征在于:所述步驟四中，加熱方式為將氮化鎵LED至于加熱臺上，加熱溫度為50 ° C。
3.如權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，其特征在于:所述步驟五中，使用I摩爾的鹽酸溶液去除遺留的鎵金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵LED藍(lán)寶石襯底柔性電子應(yīng)用的激光剝離方法，其特征在于:所述步驟六中，目標(biāo)襯底為PDMS薄膜或者聚酰亞胺薄膜或者布料。
【文檔編號】H01L33/00GK103824905SQ201410061633
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】黃偉, 李海鷗, 于宗光 申請人:無錫晶凱科技有限公司