專利名稱：一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光剝離方法，具體涉及一種藍(lán)寶石襯底上氮化鎵基外 延膜的激光剝離方法。
背景技術(shù)：
目前，氮化鎵基LED普遍采用藍(lán)寶石作為襯底，通過(guò)異質(zhì)外延的方法 制作。然而，由于藍(lán)寶石襯底存在高的晶格失配和熱失配，且導(dǎo)熱性較差， 大大阻礙了大功率氮化鎵基LED的發(fā)展；同時(shí)，由于藍(lán)寶石的導(dǎo)電性也不 好，也制約了上下電極垂直結(jié)構(gòu)大功率氮化鎵基LED的制作和發(fā)展。因此， 將氮化鎵基外延膜從藍(lán)寶石襯底上剝離，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底上 成了制作大功率氮化鎵基LED的關(guān)鍵。自1998年W.S.Wcmg等人利用準(zhǔn)分子激光實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜剝離后， 激光剝離技術(shù)受到了人們的廣泛重視。激光剝離技術(shù)(LLO: Laser Lift-off) 是采用紫外光波段的激光透過(guò)藍(lán)寶石襯底輻照樣品，使藍(lán)寶石/氮化鎵界面 處的氮化鎵發(fā)生熱分解生成金屬Ga以及N2， N2逸出，加熱樣品至金屬Ga 的熔點(diǎn)，使其融化，即能實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石與氮化鎵的分離。2002年，Nichia正式 把激光剝離技術(shù)用于UVLED的工藝上，使其發(fā)光效率得到很大的提髙；2003 年，Osram公司釆用激光剝離工藝將藍(lán)寶石去除，使LED的出光效率提升 至75%。然而，在激光剝離過(guò)程中，激光作用區(qū)域會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波應(yīng)力，該 應(yīng)力會(huì)損傷外延膜，降低良品率。由于傳統(tǒng)激光剝離采用的光斑尺寸約1mm Xlmm,且光斑越大，產(chǎn)生的沖擊波應(yīng)力越大，強(qiáng)烈的沖擊波應(yīng)力沿剝離面 水平方向傳播而不受抑制時(shí)，會(huì)損傷周圍芯片；沿垂直于剝離面的方向傳播 時(shí)會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生聚集，損傷僅有幾微米厚度的氮化鎵基外延膜。因此， 以激光剝離為核心技術(shù)制備垂直結(jié)構(gòu)大功率LED存在低良率的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，以實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶3石襯底上氮化鎵基外延膜的大面積、髙質(zhì)量的激光剝離。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種氮化鎵基外延膜 的激光剝離方法，包括如下步驟(1) 在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜，制作劃片槽，分隔形成氮化 鎵基單元器件，然后將所述劃片槽劃穿至藍(lán)寶石襯底表面，在劃片槽中填充 保護(hù)材料；(2) 以金屬層作為中間層，將所述氮化鎵基外延膜連接于髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯 底上；所述金屬層為Au層或AuSn合金層(3) 對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面 處的光斑處理為圖形化光斑陣列；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑為5~200 Um，周期為10~200li m,且其光斑能量為平頂、高斯或近髙斯分布(4) 將上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面 處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離。上文中，所述步驟(l)中的劃片槽務(wù)必劃穿至藍(lán)寶石襯底表面；所述在劃 片槽中填充保護(hù)材料，優(yōu)選將劃片槽填滿。所述步驟(2)中的金屬層作為中間 層，是指在氮化鎵基外延膜的表面鍍中間層金屬，包括黏附層、阻擋層及鍵 合層，髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為氮化鎵基外延膜提供強(qiáng)有力的支撐且提供高導(dǎo)熱導(dǎo) 電性能，通過(guò)鍵合形成藍(lán)寶石襯底/氮化鎵基外延膜/中間層金屬/髙導(dǎo)熱導(dǎo)電 襯底的結(jié)構(gòu)。所述步驟(3)中的圖形化光斑陣列的目的是降低激光剝離對(duì)氮化 鎵基外延膜的損傷；其可以采用掩膜板調(diào)整，也可以采用光柵等光學(xué)元器件 結(jié)合光路調(diào)整的方式對(duì)光斑進(jìn)行光學(xué)整形光斑陣列中的間隙具有抑制沖擊 波應(yīng)力的作用，因而降低了激光損傷。上述技術(shù)方案中，所述步驟(l)中的保護(hù)材料為聚酰亞胺、二氧化硅、環(huán) 氧樹(shù)脂或絕緣硅膠。保護(hù)材料起到抑制沖擊波應(yīng)力、阻止裂紋擴(kuò)展、保證芯 片性能的作用。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中的髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為Si或Cu襯底。 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(3)中的圖形化光斑陣列的光斑形狀為矩形或圓形。也可以是其他常規(guī)的幾何圖形。與之相應(yīng)的另一種技術(shù)方案是 一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，包括如下步驟(1) 在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜；(2) 以膠或者石蠟作為中間層，將上述氮化鎵基外延膜連接于玻璃或者 Si襯底上；所述膠為硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；(3) 對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面 處的光斑處理為圖形化光斑陣列；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑為5-200 Um，周期為10-200U m,且其光斑能量為平頂、髙斯或近髙斯分布；(4) 將上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面 處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離；(5) 去除上述玻璃或者Si襯底，即得到氮化鎵基外延膜。 由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將光斑處理為圖形化光斑陣列， 減少了剝離時(shí)產(chǎn)生的輻照面積，進(jìn)而降低了激光產(chǎn)生的沖擊波應(yīng)力，減少氮 化鎵基外延膜受到的沖擊；同時(shí)，圖形化光斑陣列中留有一定的間隙，可以 吸收擴(kuò)展的沖擊波應(yīng)力，產(chǎn)生利于外延膜與襯底分離的微觀裂紋；從而實(shí)現(xiàn) 了低損傷激光剝離，獲得了轉(zhuǎn)移到高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底上的氮化鎵基外延膜，大 大降低了氮化鎵基外延膜的損傷，提髙了芯片良品率。2. 本發(fā)明采用在劃片槽中填充保護(hù)材料的方法，將氮化鎵單元器件完 全隔離開(kāi)，阻擋了裂紋擴(kuò)展，從而減小了芯片損傷，保證了氮化鎵器件性能。3. 本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，適于推廣應(yīng)用。


圖1 5是本發(fā)明實(shí)施例一的流程示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的圖形化光斑陣列的示意圖。其中1、藍(lán)寶石襯底；2、氮化鎵基外延膜；3、保護(hù)材料；4、髙導(dǎo)熱 導(dǎo)電襯底5、掩膜板；6、圖形化光斑陣列。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一參見(jiàn)附圖1 6所示， 一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，包括如下步驟(1) 如圖1所示，在藍(lán)寶石襯底1上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜2,然后通過(guò) 光刻、刻蝕等工藝制作劃片槽，分隔形成氮化鎵基單元器件，將劃片槽劃穿 至藍(lán)寶石襯底l表面，使氮化鎵基單元器件完全隔離開(kāi)；在氮化鎵基外延膜 2頂部形成p電極歐姆接觸，然后形成反射鏡，反射鏡由多層膜構(gòu)成，如 Ti/Ag/Ti/Au等；(2) 在劃片槽中填充保護(hù)材料3,將氮化鎵基外延膜2完全隔離開(kāi)，填 充的保護(hù)材料平行或者髙于氮化鎵芯片頂部，如圖2所示；所述保護(hù)材料通 常采用介電材料，如聚酰亞胺、二氧化硅、環(huán)氧樹(shù)脂等；保護(hù)材料起到抑制 沖擊波應(yīng)力、阻止裂紋擴(kuò)展、保證芯片性能的作用；(3) 在高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底4、氮化鎵基外延膜2與保護(hù)材料3的表面鍍中 間層金屬，包括黏附層、阻擋層及鍵合層；通過(guò)鍵合形成藍(lán)寶石襯底/氮化鎵 基外延膜/中間層金屬/髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底的結(jié)構(gòu)，如圖3所示高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯 底為Si、 Cu等，為氮化鎵芯片提供了強(qiáng)有力的支撐且提供髙導(dǎo)熱導(dǎo)電性能；(4) 對(duì)激光剝離用光斑進(jìn)行整形，將經(jīng)過(guò)掩膜板5 (或可變光闌)投影 在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面處的激光光斑處理為圖形化光斑陣列 6，如圖6所示；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑5-200 U m,周期為10~200 Hm，且其光斑能量為平頂、髙斯或近髙斯分布；除掩膜板調(diào)整外，還可采 用光柵等光學(xué)元器件結(jié)合光路調(diào)整的方式對(duì)光斑進(jìn)行光學(xué)整形；(5) 采用圖形化光斑陣列6透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面 處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)低損傷激光剝離，如圖4所示；同時(shí) 獲得圖形化氮化鎵基剝離面，如圖5所示；所述圖形化光斑陣列具有特定的 圖形結(jié)構(gòu)，如圓形、矩形、菱形等，且具有特殊的光斑尺寸及周期。然后在激光剝離面上制作n電極，如Ti/Al/Ti/An等；將保護(hù)材料3全 部或者部分去除，最后經(jīng)過(guò)切割髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底、裂片、分離等一系列過(guò)程， 獲得獨(dú)立的垂直結(jié)構(gòu)芯片。實(shí)施例二一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，包括如下步驟(1) 在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜(2) 以膠或者石蠟作為中間層，將上述氮化鎵基外延膜連接于玻璃或者6Si襯底上；所述膠為硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；(3) 對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面 處的光斑處理為圖形化光斑陣列；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑為5~200 um,周期為10-200 li m,且其光斑能量為平頂、髙斯或近髙斯分布；(4) 將上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面 處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離；(5) 去除上述玻璃或者Si襯底，即得到氮化鎵基外延膜。所述去除玻璃 或者Si襯底的方法可以采用加熱或浸入溶劑的方法使所述中間層軟化或溶 解，獲得自支撐2英寸氮化鎵基外延膜。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜，制作劃片槽，分隔形成氮化鎵基單元器件，然后將所述劃片槽劃穿至藍(lán)寶石襯底表面，在劃片槽中填充保護(hù)材料；(2)以金屬層作為中間層，將所述氮化鎵基外延膜連接于高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底上；所述金屬層為Au層或AuSn合金層；(3)對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面處的光斑處理為圖形化光斑陣列；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑為5～200μm，周期為10～200μm，且其光斑能量為平頂、高斯或近高斯分布；(4)將上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，其特征在 于所述步驟(l)中的保護(hù)材料為聚酰亞胺、二氧化硅、環(huán)氧樹(shù)脂或絕緣硅膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，其特征在 于所述步驟(2)中的髙導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為Si或Cii襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，其特征在 于所述步驟(3)中的圖形化光斑陣列的光斑形狀為矩形或圓形。
5. —種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，其特征在于，包括如下步驟(1) 在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵基外延膜(2) 以膠或者石蠟作為中間層，將上述氮化鎵基外延膜連接于玻璃或者 Si襯底上；所述膠為硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂；(3) 對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面 處的光斑處理為圖形化光斑陣列；所述圖形化光斑陣列的光斑直徑為5~200 lim,周期為10-20011 m,且其光斑能量為平頂、髙斯或近髙斯分布；(4) 將上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面 處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離；(5) 去除上述玻璃或者Si襯底，即得到氮化鎵基外延膜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氮化鎵基外延膜的激光剝離方法，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)多層氮化鎵基外延膜，然后通過(guò)劃片槽隔離形成氮化鎵基單元器件，將劃片槽劃穿至藍(lán)寶石襯底表面，并在劃片槽中填充保護(hù)材料；以金屬層作為中間層，將所述氮化鎵基外延膜連接于高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底上；對(duì)激光光斑進(jìn)行整形，將投影在藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延膜界面處的光斑處理為圖形化光斑陣列，該圖形化光斑可有效降低和抑制激光沖擊波應(yīng)力；采用上述圖形化光斑陣列透過(guò)藍(lán)寶石照射到藍(lán)寶石襯底和氮化鎵界面處，使界面處的氮化鎵發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)氮化鎵基外延膜與藍(lán)寶石襯底分離。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低損傷激光剝離，大大降低了氮化鎵基外延膜的損傷，提高了芯片良品率。
文檔編號(hào)C30B25/02GK101555627SQ20091003126
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者孔俊杰, 輝 楊, 梁秉文, 王懷兵 申請(qǐng)人:蘇州納晶光電有限公司