[發(fā)明專利]激光剝離制備自支撐氮化鎵襯底的方法

無效

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• 申請日: 2002-05-31
• 公開（公告）號: CN1383185A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 張榮;修向前;徐劍;顧書林;盧佃清;畢朝霞;沈波;劉治國;江若璉;施毅;朱順明;韓平;胡立群
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 陳建和

一、技術領域

本發(fā)明涉及采用激光剝離技術從藍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。

二、技術背景

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)是近幾年來國際上倍受重視的新型半導體材料，其1.9-6.2eV連續(xù)可變的直接帶隙，優(yōu)異的物理、化學穩(wěn)定性，高飽和電子漂移速度，高擊穿場強和高熱導率等優(yōu)越性能使其成為短波長半導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本身物理性質的限制，GaN體單晶的生長具有很大的困難，尚未實用化。然而，用GaN襯底進行同質外延獲得III族氮化物薄膜材料卻顯示出了極其優(yōu)越的性能，因此用低位錯密度襯底進行GaN同質外延是改善III族氮化物外延層質量的較好辦法。

目前，大面積GaN襯底通常都是在異質襯底(如藍寶石、SiC、Si等)上氣相生長GaN厚膜，然后將原異質襯底分離后獲得的。其中在藍寶石襯底上生長GaN最普遍，質量也最高。為了得到自支撐GaN襯底，必須除去藍寶石襯底。由于藍寶石極其穩(wěn)定，難以采用化學腐蝕方法。一般的方法是機械磨削，但因藍寶石很硬，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)點是時間快，藍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，從藍寶石襯底上將GaN薄膜剝離下來，獲得自支撐無裂縫GaN襯底。

三、技術內容

本發(fā)明目的是：用激光掃描輻照技術將GaN薄膜從藍寶石襯底上剝離下來，獲得無裂縫自支撐GaN襯底。

本發(fā)明的技術解決方案是：采用激光輻照的方法，利用激光透過藍寶石襯底對GaN厚膜和藍寶石襯底的界面區(qū)加熱使界面處GaN分解，在高于Ga熔點以上加熱或弱鹽酸腐蝕，就可以將GaN和藍寶石分離開來，從而獲得自支撐的GaN襯底。

本發(fā)明的進一步改進是：先將氮化鎵表面粘在一基片上，如硅片作為基片，再進行激光輻照，將GaN和藍寶石分離開來后，再以加熱方法將基片粘接層分離。

本發(fā)明的機理和技術特點是：

在激光剝離技術中激光波長所對應的能量小于藍寶石帶隙能，但是大于GaN的帶隙能。激光穿透藍寶石襯底到達藍寶石/GaN界面時，GaN吸收其能量，發(fā)生如下分解。

在高于Ga熔點以上加熱或弱鹽酸腐蝕，就可以將GaN和藍寶石分離開來，從而得到GaN自支撐襯底。

四、附圖說明

圖1為本發(fā)明從藍寶石襯底上激光剝離GaN技術示意圖

圖2為本發(fā)明激光剝離過程中藍寶石—GaN界面處壓力產(chǎn)生示意圖，Sappire即藍寶石。

五、具體實施方式

本發(fā)明方案主要包括下面步驟：

1、?????采用金屬有機物氣相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外

????????延(HVPE)或其他方法在藍寶石襯底上生長GaN薄膜。

2、?????用Si(111)作支撐材料。將硅晶片黏附在GaN上，形成藍寶石/GaN/Si結構。

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寶石，輻照藍

????????寶石/GaN界面。激光波長所對應的能量小于藍寶石帶隙能，但是大于GaN的

????????帶隙能。如采用Lambda?Physik?LPX?205i?KrF紫外光受激準分子激光器(波長

????????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℃)下加熱藍寶石/GaN/Si結構，或用弱HCl溶液腐

????????蝕藍寶石/GaN界面處的金屬，藍寶石襯底就可以被剝離下來。得到GaN/Si結

????????構。

5、?????500℃加熱GaN/Si結構，或將GaN/Si結構放入適當?shù)挠袡C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，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的結構和光學性質等沒有較大變化。仔細地控制激光剝離條件，我們可以實現(xiàn)大面積(直徑＞2英寸)的GaN薄膜的剝離。