專利名稱：激光剝離制備自支撐氮化鎵襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用激光剝離技術(shù)從藍(lán)寶石襯底上剝離氮化鎵(GaN)獲得無裂縫自支撐GaN襯底的方法和技術(shù)。
二、技術(shù)背景以GaN及InGaN、AlGaN合金材料為主的III-V族氮化物材料(又稱GaN基材料)是近幾年來國(guó)際上倍受重視的新型半導(dǎo)體材料，其1.9-6.2eV連續(xù)可變的直接帶隙，優(yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，高飽和電子漂移速度，高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高熱導(dǎo)率等優(yōu)越性能使其成為短波長(zhǎng)半導(dǎo)體光電子器件和高頻、高壓、高溫微電子器件制備的最優(yōu)選材料。
由于GaN本身物理性質(zhì)的限制，GaN體單晶的生長(zhǎng)具有很大的困難，尚未實(shí)用化。然而，用GaN襯底進(jìn)行同質(zhì)外延獲得III族氮化物薄膜材料卻顯示出了極其優(yōu)越的性能，因此用低位錯(cuò)密度襯底進(jìn)行GaN同質(zhì)外延是改善III族氮化物外延層質(zhì)量的較好辦法。
目前，大面積GaN襯底通常都是在異質(zhì)襯底(如藍(lán)寶石、SiC、Si等)上氣相生長(zhǎng)GaN厚膜，然后將原異質(zhì)襯底分離后獲得的。其中在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN最普遍，質(zhì)量也最高。為了得到自支撐GaN襯底，必須除去藍(lán)寶石襯底。由于藍(lán)寶石極其穩(wěn)定，難以采用化學(xué)腐蝕方法。一般的方法是機(jī)械磨削，但因藍(lán)寶石很硬，不僅要消耗大量的金剛石磨料，成本很高而且速度極慢。采用激光輻照的方法，利用激光對(duì)GaN厚膜和襯底的界面區(qū)加熱使之熔化，從而獲得自支撐的GaN襯底。激光剝離方法的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間快，藍(lán)寶石襯底可回收使用。
在本發(fā)明中，我們采用激光掃描輻照技術(shù)，從藍(lán)寶石襯底上將GaN薄膜剝離下來，獲得自支撐無裂縫GaN襯底。
三、技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明目的是用激光掃描輻照技術(shù)將GaN薄膜從藍(lán)寶石襯底上剝離下來，獲得無裂縫自支撐GaN襯底。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用激光輻照的方法，利用激光透過藍(lán)寶石襯底對(duì)GaN厚膜和藍(lán)寶石襯底的界面區(qū)加熱使界面處GaN分解，在高于Ga熔點(diǎn)以上加熱或弱鹽酸腐蝕，就可以將GaN和藍(lán)寶石分離開來，從而獲得自支撐的GaN襯底。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是先將氮化鎵表面粘在一基片上，如硅片作為基片，再進(jìn)行激光輻照，將GaN和藍(lán)寶石分離開來后，再以加熱方法將基片粘接層分離。
本發(fā)明的機(jī)理和技術(shù)特點(diǎn)是
在激光剝離技術(shù)中激光波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的能量小于藍(lán)寶石帶隙能，但是大于GaN的帶隙能。激光穿透藍(lán)寶石襯底到達(dá)藍(lán)寶石/GaN界面時(shí)，GaN吸收其能量，發(fā)生如下分解。 在高于Ga熔點(diǎn)以上加熱或弱鹽酸腐蝕，就可以將GaN和藍(lán)寶石分離開來，從而得到GaN自支撐襯底。
四

圖1為本發(fā)明從藍(lán)寶石襯底上激光剝離GaN技術(shù)示意2為本發(fā)明激光剝離過程中藍(lán)寶石—GaN界面處壓力產(chǎn)生示意圖，Sappire即藍(lán)寶石。
2、 用Si(111)作支撐材料。將硅晶片黏附在GaN上，形成藍(lán)寶石/GaN/Si結(jié)構(gòu)。
3、 選擇合適的激光器，將具有一定能量密度的激光垂直入射穿過藍(lán)寶石，輻照藍(lán)寶石/GaN界面。激光波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的能量小于藍(lán)寶石帶隙能，但是大于GaN的帶隙能。如采用Lambda Physik LPX 205i KrF紫外光受激準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)248nm，脈沖寬38ns)，激光能量密度從200～5000mJ/cm2變化。
4、 在高于金屬Ga的溫度(29℃)下加熱藍(lán)寶石/GaN/Si結(jié)構(gòu)，或用弱HCl溶液腐蝕藍(lán)寶石/GaN界面處的金屬，藍(lán)寶石襯底就可以被剝離下來。得到GaN/Si結(jié)構(gòu)。
5、 500℃加熱GaN/Si結(jié)構(gòu)，或?qū)aN/Si結(jié)構(gòu)放入適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，將硅片去掉。
即可獲得自支撐GaN襯底。
利用激光輻照剝離技術(shù)，我們成功地獲得了無裂縫自支撐GaN襯底。在激光剝離前后，GaN的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等沒有較大變化。仔細(xì)地控制激光剝離條件，我們可以實(shí)現(xiàn)大面積(直徑＞2英寸)的GaN薄膜的剝離。
權(quán)利要求
1.激光剝離制備自支撐氮化鎵襯底的方法，其特征是采用準(zhǔn)分子激光器激光波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的能量小于藍(lán)寶石帶隙能，但是大于GaN的帶隙能，激光輻照透過藍(lán)寶石襯底，輻照藍(lán)寶石—氮化鎵界面處的GaN，然后加熱或弱酸腐蝕，將GaN和藍(lán)寶石分離開來，得到GaN自支撐襯底。
2.由權(quán)利要求1所述的激光剝離制備自支撐氮化鎵襯底的方法，其特征是先將氮化鎵表面粘在一基片上，再進(jìn)行激光輻照，將GaN和藍(lán)寶石分離開來后，再以加熱方法將基片粘接層分離。
全文摘要
激光剝離制備自支撐氮化鎵襯底的方法,采用準(zhǔn)分子激光器:激光波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的能量小于藍(lán)寶石帶隙能,但是大于GaN的帶隙能,激光輻照透過藍(lán)寶石襯底,輻照藍(lán)寶石－氮化鎵界面處的GaN,然后加熱或弱酸腐蝕,將GaN和藍(lán)寶石分離開來,得到GaN自支撐襯底。尤其是先將氮化鎵表面粘在一基片上,再進(jìn)行激光輻照,將GaN和藍(lán)寶石分離開來后,再以加熱方法將基片粘接層分離。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1383185SQ0211308
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者張 榮, 修向前, 徐劍, 顧書林, 盧佃清, 畢朝霞, 沈波, 劉治國(guó), 江若璉, 施毅, 朱順明, 韓平, 胡立群 申請(qǐng)人:南京大學(xué)