[發明專利]利用金屬過渡層轉移GaN襯底的激光剝離方法

無效

• 申請號: 200710009396.6
• 申請日: 2007-08-22
• 公開（公告）號: CN101118850A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 陳松巖;張小英;汪建元;賴虹凱
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/20
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種利用金屬過渡層鍵合硅(Si)和氮化鎵(GaN)，結合激光剝離技術將藍寶石襯底上的GaN轉移到Si襯底上的方法。

背景技術

GaN基材料由于其連續可變的直接帶隙，優良的光、電性質，優異的物理、化學穩定性，使其在短波長半導體光電子器件以及高溫、高壓、高頻微電子器件制備領域中有著廣泛的應用。由于自然界中缺乏天然GaN單晶，目前GaN通常長在異質的襯底上，如藍寶石和SiC。因為藍寶石的晶格結構與GaN類似，并且價格比SiC便宜，因此成為首選的襯底(段猛，郝躍.GaN基藍色LED的研究進展[J].西安電子科技大學學報，2003，30：60-65)。但藍寶石與GaN有16％的晶格失配，造成外延晶片結構中存在高密度的線位錯，從而限制了GaN外延層的質量和厚度(1、Plano?W?E，MajorJ?S，Welch?D?F.X-ray?studies?ofhigh?quality?GaN?grown?on?0001sapphire[J].Electronics?Letters，1994，30：2079-2081；2、Shen?X?Q，Matsuhata?H，Okumura?H.Reduction?of?the?threading?dislocation?density?in?GaN?films?grown?on?vicinal?sapphire(0001)substrates[J].Appl.Phys.Lett.，2005，86：021912-021914)；另外，Al₂O₃導熱性較差，熱導率約為0.5W/cm·K，這使得GaN基器件的散熱問題突出，在大功率器件和LD中尤其嚴重；同時Al₂O₃的導電性能也不好，常溫下電阻率大于10¹¹Ω·cm，這使得普通LED采用的上下電極垂直結構在GaN基LED中也不再適用，必須采用p、n電極同側的臺面電極結構，器件制備工藝復雜，影響了器件的電流擴散和輸出光功率等特性(王婷，郭霞，方圓等.激光剝離技術制備GaN/metal/Si的結構和光學特性研究[J].功能材料，2007，38(1)：88-90.)。

鍵合技術和激光剝離技術相結合實現GaN外延層襯底轉移是制備基于激光剝離技術的垂直結構GaN基LED的關鍵(1、Z.S.Luo，Y.Cho，V.Loryuenyong，T.Sands，et?al.Enhancementof(In，Ga)N?Light-Emitting?Diode?Performance?by?Laser?Liftoff?and?Transfer?From?Sapphire?toSilicon[J].IEEE?Photonics?Technology，2002，14(12)：1400-1402；2、J.Arokiaraj，_，C.B.Soh，X.C.Wang，et?al.Integration?of?GaN?thin?films?to?SiO2-Si(100)substrates?by?laser?lift-off?and?waferfusion?method[J].Superlattices?and?Microstructures，2006，40：219-224；3、Chung-Pui?Chan，Jie?Gao，Tai-Man?Yue，et?al.Study?of?Laser-Debonded?GaN?LEDs[J].IEEE?Transactions?on?electrondevices，2006，53(9)：2266-2272；4、S.C.Hsu?and?C.Y.Liu.Fabrication?ofThin-GaN?LED?StructuresbyAu-Si?Wafer?Bonding[J].Electrochemical?and?Solid-State?Letters，2006，9(5)：G171-G173.)。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用金屬過渡層轉移GaN襯底的激光剝離方法。利用金屬過渡層的低溫鍵合和激光剝離將GaN從藍寶石襯底上轉移到Si襯底上，實現GaN基材料和器件在Si基上的集成。

本發明的技術解決方案是：采用兩步法用鍵合機將GaN和Si鍵合在一起，在空氣中直接用合適波長的紫外激光透過藍寶石襯底輻照氮化鎵(GaN)/金屬(metal)/硅(Si)樣品，界面處的GaN被分解后，藍寶石可以很容易地被去掉，即可得到Si襯底上的GaN。

本發明包括以下步驟：