[發(fā)明專利]一種氮化物材料激光剝離后的表面處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710384470.6
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107221496B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 汪青;梁文林;任俊杰;羅家懋;張集發(fā);童玉珍;孫明;張國義
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林;楊桂洋

一種氮化物材料激光剝離后的表面處理方法，包括以下步驟：通過激光剝離方式制備得到氮化物復合襯底或者氮化物單晶襯底；選擇一腔室，往該腔室中填充具有揮發(fā)性的腐蝕液體，將氮化物復合襯底或者氮化物單晶襯底放入該腔室中的液面上方，對腔室進行密封處理使該腔室形成密閉的腔室，放置預定時間T，利用腐蝕液體揮發(fā)產(chǎn)生的氣氛對氮化物復合襯底或者氮化物單晶襯底的激光剝離后的表面進行腐蝕處理；對腔室中的氮化物復合襯底或氮化物單晶襯底進行清洗、吹干，完成對激光剝離表面的氣氛腐蝕處理。本發(fā)明利用氣氛腐蝕方法對剝離后的氮化物表面進行處理，去除剝離表面上殘余的金屬等雜質(zhì)，改善剝離表面的成份和粗糙度，提高后期同質(zhì)外延效果和芯片性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氮化物材料激光剝離后的表面處理方法。

背景技術

第三代半導體的代表材料氮化物材料，尤其是GaN、AlN材料,均屬于寬禁帶半導體，直接帶隙為3.39ev和6.3ev，在半導體發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、紫外探測器以及電子功率器件等方面具有廣闊的市場應用前景。

由于GaN單晶制備工藝復雜且價格昂貴,目前，GaN基發(fā)光二極管一般是異質(zhì)外延在晶系結(jié)構(gòu)與其相似的藍寶石襯底上，但藍寶石絕緣且導熱性較差，影響其LED芯片的壽命和發(fā)光效率,導致電流分布不均勻和散熱問題嚴重，硬度大難解理,且芯片工藝復雜，材料利用率低，限制其在高溫和大功率器件上的應用。目前，針對大功率和垂直結(jié)構(gòu)器件市場的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片已經(jīng)開始商品化，其中一個備受關注的技術路線就是通過激光剝離和介質(zhì)鍵合技術把藍寶石襯底上生長的GaN外延薄膜轉(zhuǎn)移到導熱導電性能好的襯底，比如SiC、Si、AlSi，金屬或者合金襯底。專利申請?zhí)枮椋?01210068033.0和專利申請?zhí)枮椋?01210068026.0的在先專利公布了一種結(jié)合MOCVD外延技術、HVPE外延技術、激光剝離技術、鍵合技術以用微加工技術制備的新型的復合襯底材料產(chǎn)品及制備方法。激光剝離去除藍寶石襯底技術是利用外延層和藍寶石對紫外激光具有不同的吸收效率，藍寶石具有較高的帶隙能量(9.9ev)，所以藍寶石對于248nm和355nm的激光是透明的，而GaN是3.39ev帶隙能量能強烈吸收248nm和355nm的激光，局部形成一個熱量爆炸沖擊波，導致GaN外延膜和藍寶石界面分離，GaN分解成殘留在剝離表面的金屬Ga液滴和氮氣。而AlN是6.3ev帶隙能量對于248nm和355nm的激光不吸收，因此需要選擇193nm的氟化氬(ArF)準分子激光，且藍寶石對193nm的激光同樣是透明的，激光剝離完成后AlN分解成殘留在剝離表面的金屬Al液滴和氮氣。

氮化物半導體襯底經(jīng)過激光剝離后殘留的金屬等雜質(zhì)和引起的粗糙表面在制備導熱導電氮化物復合襯底和單晶襯底中會破壞襯底表面的活性增加同質(zhì)外延的難度，在垂直結(jié)構(gòu)器件制備中會增大器件漏電流，影響器件光提取效率、性能和穩(wěn)定性，因此需要在激光剝離后的表面進行腐蝕處理。目前，市場上或者科研機構(gòu)上處理激光剝離后表面處理有兩種方法，1)加熱熔化技術，金屬Ga的熔點是29.8℃，通過加熱即可以熔化去除Ga金屬，但加熱對GaN外延膜和鍵合介質(zhì)層都有一定損傷，顯著增加GaN薄膜表面缺陷和晶體質(zhì)量，最終對器件性能和穩(wěn)定性造成影響，而且該辦法只適用于GaN激光剝離后表面。2)鹽酸浸泡方法，該方法適用于AlN、GaN等氮化物剝離后表面處理，該方法使用鹽酸浸泡腐蝕，則剝離后的襯底置于液體內(nèi)，即襯底完全浸沒在液體中，Ga、Al等活潑金屬會發(fā)生迅速而劇烈的反應，大量釋放氣體，對剝離后的氮化物表面造成非常大的沖擊力，殘余應力變化非常迅速，再疊加上外延片自身內(nèi)部應力作用，很容易在GaN、AlN薄膜上產(chǎn)生裂紋，甚至裂碎，破壞襯底表面和增加同質(zhì)外延的難度，阻礙工業(yè)化發(fā)展和推廣，此外，鹽酸浸泡腐蝕對介質(zhì)層、轉(zhuǎn)移襯底都有一定的腐蝕作用，易于造成退鍵合現(xiàn)象，嚴重影響鍵合產(chǎn)品的穩(wěn)定性、及其器件性能，增加器件的漏電流和長程工作的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種氮化物材料激光剝離后的表面處理方法，利用氣氛腐蝕方法對剝離后的氮化物表面進行處理，去除剝離表面上殘余的金屬等雜質(zhì)，改善剝離表面的成份和粗糙度，提高后期同質(zhì)外延效果和芯片性能，且工藝簡單易行，具有較大的市場應用前景。