[發明專利]一種氮化鎵基外延膜的制備方法

無效

• 申請號: 200810070780.1
• 申請日: 2008-03-19
• 公開（公告）號: CN101246820A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 劉寶林;黃瑾;鄭清洪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/762;H01L21/84;H01L33/00;H01L31/18;H01S5/00
• 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

本發明涉及一種氮化鎵基外延膜，尤其是涉及一種通過降低氣壓對藍寶石襯底上的GaN外延膜進行激光剝離的方法。

背景技術

GaN及其相關III族氮化物材料通過調整合金組分，可以獲得從1.9eV(InN)到6.2eV(AlN)連續可調的帶隙能，因此，III族氮化物能覆蓋從紫外光到可見光這樣一個很寬范圍的頻譜，這是它們成為制備藍光、綠光發光二極管以及紫外探測器和半導體激光器的優選材料而備受重視。

由于很難得到大尺寸的GaN單晶材料，目前，GaN器件通常采用藍寶石作為襯底，通過異質外延的方法制作。但是藍寶石作為異質襯底存在高的晶格失配和高的熱失配、導熱性、導電性能差等缺點，這一系列的難題促進GaN激光剝離技術的研究。鍵合技術和激光剝離技術相結合能將GaN從藍寶石襯底轉移到其它高電導率、熱導率的襯底上，解決了藍寶石襯底給器件帶來的不利影響。

激光剝離技術(LLO：Laser?Lift-off)是采用紫外光波段的激光光源透過藍寶石襯底輻照樣品，使藍寶石/GaN界面處的GaN發生熱分解生成金屬Ga以及N₂。N₂逸出，加熱樣品至金屬Ga的熔點(29℃)，使Ga融化，即能實現藍寶石與GaN的分離(Kelly?M?K，Ambacher?O，Dahlheimer?B，et?al.Optical?patterning?of?GaN?films[J].Appl.Phys.Lett.，1996，69：1749-1751；WongW?S，Sands?T，Cheung?N?W.Damage-free?separation?of?GaN?thin?films?from?sapphiresubstrates[J].App?1.Phys.Lett.，1997，72：599-601；Bee?Sim?Tan，Shu?Yuan，Xue?Jun?Kang.Performance?enhancement?of?InGaN?light-emitting?diodes?by?laser?lift-off?and?transfer?fromsapphire?to?copper?substrate[J].Appl.Phys.Lett.，2004，84：2757-2759；Wong?W?S，Cho?Y，Weber?E?R，et?al.Structural?and?optical?quality?of?GaN/metal/Sihetero?structure?fabricated?byexcimer?laser?lift-off[J].Appl.Phys.Lett.，1999，75：1887-1889；Wong?W?S，Sands?T，Cheung?NW，et?al.Fabrication?of?thin-film?InGaN?light-emitting?diode?membranes?by?laser?lift-off[J].App?1.Phys.Lett.，1999，75：1360-1363)。

理論計算和試驗證實，GaN在1個大氣壓環境下的分解溫度大約為900℃。這就要求常壓下激光輻照系統進行激光剝離的閾值能量密度大約為400mJ/cm²，即聚焦激光光斑的面積也很小，而且不僅對激光器和激光剝離系統的要求很高，而且激光剝離處理的速度也受限制。

若降低激光剝離時GaN發生分解反應的氣壓，則GaN分解所需要的溫度也隨之降低，所要求的激光輻照系統進行激光剝離的閾值能量密度也降低，這樣就可以放大激光光斑的面積，大大加快激光剝離的處理速度，達到快速大面積均勻的激光剝離。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高氮化鎵激光剝離的速率，降低氮化鎵激光剝離的閾值功率密度，適用于在藍寶石襯底上生長的氮化鎵基材料所制備的器件和材料的氮化鎵基外延膜的制備方法。

本發明的技術方案是采取在真空狀態下利用紫外激光輻照直接對氮化鎵進行激光剝離，通過降低氮化鎵分解反應的氣壓來降低氮化鎵的分解溫度，縮短了氮化鎵激光剝離所需要的時間，降低對聚焦光斑能量密度的要求，放大聚焦光斑的尺寸，達到對氮化鎵外延薄膜快速低功率激光剝離的目的。

本發明包括以下步驟：

1)在藍寶石襯底上生長氮化鎵基外延膜；

2)將藍寶石襯底上生長氮化鎵基外延膜的P面用環氧樹脂粘在襯底支撐材料上，或用金屬鍵合在襯底支撐材料上；

3)根據所要求的激光光斑大小和激光器脈沖頻率設定電動平臺的行進的速度；