[發(fā)明專利]一種制備氮化鎵自支撐襯底的無碎裂紋激光剝離方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410650320.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN105590841A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉南柳;梁智文;李順峰;張國義
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及半導體襯底材料制備及激光剝離技術領域，特別涉及 一種制備氮化鎵自支撐襯底的無碎裂紋激光剝離方法。

背景技術

近十年來，第三代寬帶隙半導體材料GaN及其III/V系列氮化物 取得了卓越的成就。氮化鎵及其摻雜系列化合物具有連續(xù)可變的直接 帶隙的光學性質、物理化學性能穩(wěn)定、高飽和電子遷移率等特性，使 其在激光器、發(fā)光二極管、紫外探測器、電力電子功率器件等光/微 電子器件領域有著廣闊的應用前景。

然而，目前的GaN基半導體器件，一般以藍寶石襯底、SiC、 Si等為襯底材料進行異質外延。異質外延導致氮化鎵外延層殘余應 力較大、位錯密度較高等缺點，從而限制了其在光/微電子器件領域 的應用。GaN單晶襯底(又稱自支撐襯底)同質外延是解決異質外 延產生的所述問題并實現(xiàn)高性能GaN器件的根本途徑。

目前主流的GaN自支撐襯底制備工藝，主要采用HVPE技術在 藍寶石襯底上外延制備GaN厚膜，然后采用激光剝離技術促使GaN 厚膜從藍寶石襯底分離。由于GaN厚膜的制備還是采用異質外延技 術，而藍寶石襯底與GaN材料的熱膨脹系數(shù)不同，導致在降溫后GaN 厚膜存在較大的殘余應力，與藍寶石襯底一起出現(xiàn)向藍寶石一邊翹曲 的現(xiàn)象。與此疊加，GaN厚膜受到激光剝離時因界面處GaN被高 熱急速分解劇烈膨脹而產生的巨大沖擊力作用而極容易發(fā)生碎裂紋， 使制備GaN自支撐襯底的良率低，生產成本居高不下。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提出了一種制備氮化鎵自 支撐襯底的無碎裂紋激光剝離方法，其特點是：在[氮化鎵厚膜/藍寶 石襯底的]氮化鎵厚膜與激光剝離載物臺之間，制備與其緊密貼接的 應力緩沖支撐層用于激光剝離工藝，利用該應力緩沖支撐層[在其受 力時]的反彈力f_b，來減小并緩[和]沖[擊]因高能量密度的激光束聚 焦照射[藍寶石襯底與氮化鎵厚膜間]界面的某局部，致使該處氮化鎵 被高熱急速分解劇烈膨脹而產生的[對氮化鎵厚膜的]巨大沖擊力f_i(如圖2所示)，從而防止在激光剝離過程中氮化鎵厚膜產生碎裂紋， 大幅減小碎裂紋概率、提高產品良率，降低生產成本。

本發(fā)明的具體技術方案如下：

首先，在激光剝離載物臺的上表面制備液態(tài)緩沖層；其后，將待 剝離的氮化鎵厚膜/藍寶石襯底的氮化鎵厚膜的鎵極性面緊密貼接液 態(tài)緩沖層并被其覆蓋；然后，通過工藝處理使液態(tài)緩沖層固化而形成 應力緩沖支撐層，并與氮化鎵厚膜的鎵極性面及激光剝離載物臺的上 表面緊密貼接；再后，用激光剝離方法，使氮化鎵厚膜與藍寶石從其 界面處分離；最后，采用機械、或物理化學方法，使應力緩沖支撐層 從激光剝離載物臺的上表面與氮化鎵厚膜的鎵極性面分離去除；最終， 得到完整單一的氮化鎵厚膜即氮化鎵自支撐襯底。

也可以，先直接在制備的氮化鎵厚膜/藍寶石襯底的氮化鎵厚膜 的鎵極性面制備液態(tài)緩沖層，然后，通過工藝處理使液態(tài)緩沖層固化 而形成應力緩沖支撐層，在液態(tài)緩沖層未完全固化時將其壓制在激光 剝離載物臺上，當液態(tài)緩沖層完全固化并與氮化鎵厚膜的鎵極性面及 激光剝離載物臺的上表面都形成緊密貼接后，采用激光剝離方法使氮 化鎵厚膜與藍寶石分離，最后采用機械、或物理化學方法使應力緩沖 支撐層從激光剝離載物臺與氮化鎵厚膜分離，得到完整單一的氮化鎵 厚膜即氮化鎵自支撐襯底。

也可以，先直接在制備的氮化鎵厚膜/藍寶石襯底的氮化鎵厚膜 的鎵極性面制備液態(tài)緩沖層，然后，采用一定的工藝處理手段使液態(tài) 緩沖層固化而形成應力緩沖支撐層，待液態(tài)緩沖層完全固化后直接將 其放置在激光剝離載物臺上，調節(jié)激光剝離工藝條件使氮化鎵厚膜與 藍寶石分離，最后采用機械、或物理化學方法使應力緩沖支撐層從氮 化鎵厚膜分離去除，得到完整單一的氮化鎵厚膜即氮化鎵自支撐襯底。

所述氮化鎵厚膜/藍寶石襯底的氮化鎵厚膜的厚度范圍為 10～1000微米，最優(yōu)為50～400微米。

所述液態(tài)緩沖層的制備方式可采用滴涂、噴涂、旋涂、提拉、以 及簾式涂布等多種薄膜制備方法。

所述液態(tài)緩沖層的材料具備一個共同的特征，當達到其固化條件 時，可以使其從液態(tài)或者熔融狀態(tài)變成固態(tài)；液態(tài)緩沖層的材料可以 用熱固性材料或硅膠或光催化固化膠或石蠟等材料。

所述液態(tài)緩沖層的固化方式，可以是加熱固化或是光催化固化或 是輻射固化或是其他固化方式。