激光剥离方法和蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构技术

本发明专利技术提供了一种激光剥离方法和蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构，解决了现有技术中激光剥离蓝宝石衬底的过程中冲击波导致产品良率低的问题。该激光剥离方法包括在蓝宝石衬底上生长牺牲层，该牺牲层包括氮化系半导体层；在牺牲层中注入离子，该离子为还原性离子，受热与氮化系半导体层中的电子结合生成气体；在牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构；采用激光穿过蓝宝石衬底对牺牲层进行照射使其分解，以将蓝宝石衬底和发光二极管器件外延结构分离。

Laser stripping method and epitaxial structure of LED on sapphire substrate

【技术实现步骤摘要】
激光剥离方法和蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构
本专利技术涉及发光二极管的制备
，具体涉及一种激光剥离方法和应用该方法进行衬底剥离的蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构。
技术介绍
在发光二极管的制备过程中，通常需要利用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除，以将发光二极管器件外延结构转移至目标衬底上。由于激光照射时会在剥离界面产生冲击波，而该冲击波会产生GP量级的冲击压强，导致发光二极管器件外延结构出现裂纹，导致产品失效，降低产品良率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例致力于提供一种激光剥离方法和蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构，以解决现有技术中激光剥离蓝宝石衬底的过程中冲击波导致产品良率低的问题。本专利技术一方面提供了一种激光剥离方法，包括：在蓝宝石衬底上生长牺牲层，该牺牲层包括氮化系半导体层；在牺牲层中注入离子，该离子为还原性离子，受热与氮化系半导体层中的电子结合生成气体；在牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构；采用激光穿过蓝宝石衬底对牺牲层进行照射使其分解，以将蓝宝石衬底和发光二极管器件外延结构分离。可选地，在牺牲层中注入离子包括：在牺牲层中均匀注入离子，以使牺牲层中离子浓度相同。可选地，注入的离子浓度为1×1015～1×1018Ions/cm2。可选地，在牺牲层中注入离子包括：牺牲层包括交替设置的第一区域和第二区域；采用掩模分别对第一区域和第二区域注入离子，以使第一区域的离子浓度高于第二区域的离子浓度。可选地，在牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构包括：在牺牲层的第二区域表面生长发光二极管器件外延结构。可选地，在牺牲层中注入离子包括：按照预定深度在牺牲层中注入离子，以形成上下叠置的接触层和离子注入层。可选地，氮化系半导体层包括氮化镓层或氮化铝层。可选地，离子包括氢离子、氨气离子、氩离子。根据本专利技术的另一方面还提供了一种蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构，包括：蓝宝石衬底；生长在蓝宝石衬底上的发光二极管器件外延结构；以及牺牲层，牺牲层位于蓝宝石衬底和发光二极管器件外延结构之间，包括被注入的离子，该离子为还原性离子，受热与氮化系半导体层中的电子结合生成气体。可选地，牺牲层中的离子的浓度相同。可选地，牺牲层包括间隔排布的第一区域和第二区域，第一区域和第二区域的离子浓度不同。根据本专利技术提供的激光剥离方法和蓝宝石衬底上发光二极管器件外延结构，通过在牺牲层中注入离子，降低了牺牲层的强度，使得牺牲层在激光照射下更容易发生分解反应，从而可以利用强度更低的激光进行剥离，即降低了激光的强度阈值，进而可以降低激光剥离过程产生的冲击波造成的损伤，提高产品良率。附图说明图1所示为本专利技术一实施例提供的激光剥离方法的流程图。图2a-图2d为本专利技术一实施例提供的根据图1所示方法进行激光剥离过程时依次形成的器件结构示意图。图3所示为本专利技术另一实施例提供的激光剥离方法的流程图。图4a-图4b为本专利技术一实施例提供的根据图3所示方法进行激光剥离过程时形成的器件结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1所示为本专利技术一实施例提供的激光剥离方法的流程图。如图1所示，该激光剥离方法100包括：步骤S110，在蓝宝石衬底上生长牺牲层，该牺牲层包括氮化系半导体层。氮化系半导体层是指在激光照射下可发生分解反应生成氮气的半导体膜层，例如可以是氮化镓层或氮化铝层。步骤S120，在牺牲层中注入离子，该离子为还原性离子，受热与氮化系半导体层中的电子结合生成气体。这里的离子例如可以是氢离子、氨气离子、氩离子，还可以是其他任意稀有气体离子。步骤S130，在牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构。该发光二极管器件外延结构包括依次叠置的n型氮化镓层、有源层、p型氮化镓层，以及位于牺牲层和n型氮化镓层之间的接触层。步骤S140，采用激光穿过蓝宝石衬底对牺牲层进行照射使其分解，以将蓝宝石衬底和发光二极管器件外延结构分离。蓝宝石衬底和牺牲层对激光具有不同的吸收效率，因此，必然存在某一特定波长的激光，可以穿透衬底而不对其产生任何影响(即衬底对于该特定波长的激光来说是透明的)，却可以使牺牲层发生分解反应，例如氮化系半导体材料的牺牲层可以在该特定波长的激光的照射下分解产生氮气，从而实现蓝宝石衬底和发光二极管器件外延结构之间的分离。例如蓝宝石衬底11的带隙能量为9.9eV，当牺牲层12的材料为氮化镓时，由于氮化镓的带隙能量为3.39eV，这时可以利用光子能量为5eV(介于蓝宝石衬底和氮化镓之间)、波长为248nm的激光穿过蓝宝石衬底11对氮化镓层进行照射，以使氮化镓层发生分解反应，从而实现对蓝宝石衬底11的剥离。当牺牲层12的材料为氮化镓时，氮化铝的带隙能量是6.1eV，这时可以利用光子能量为6.4eV(介于蓝宝石衬底和氮化镓层之间)、波长为193nm的激光对氮化铝层进行照射，以使氮化铝层发生分解反应，从而实现对蓝宝石衬底11的剥离。根据本实施例提供的激光剥离方法，通过在牺牲层中注入离子，当激光照射到牺牲层时，一旦该离子受热，会和氮化系半导体层中的电子相结合生成气体溢出，从而在牺牲层中形成微腔结构。这种情况下，一方面由于离子吸收了氮化系半导体层中的电子，使得氮化系半导体层的稳定结构被破坏；另一方面微腔结构的产生使得氮化系半导体结构变得松散，两方面因素的共同作用使得氮化系半导体层的强度相对降低，也即降低了牺牲层的强度。牺牲层强度的降低进而使得牺牲层在激光的照射下更容易发生分解反应，从而可以利用强度更低的激光进行剥离，即降低了激光的强度阈值，进而可以降低激光剥离过程产生的冲击波造成的损伤，提高产品良率。图2a-图2d为本专利技术一实施例提供的根据图1所示方法进行激光剥离过程时依次形成的器件结构示意图。根据步骤S110，参阅图2a，首先在蓝宝石衬底11上生长牺牲层，该牺牲层为氮化镓牺牲层12。根据步骤S120，参阅图2b，在氮化镓牺牲层12中注入离子，该离子为氢离子。根据步骤S130，参阅图2c，在氮化镓牺牲层12表面生长发光二极管器件外延结构13。具体来说，在氮化镓牺牲层12表面生长发光二极管器件外延结构13可以包括：在氮化镓牺牲层12表面依次生长接触层131、n型氮化镓层、有源层、p型氮化镓层；然后在p型氮化镓层表面刻蚀隔离槽132至露出牺牲层12，以形成彼此间隔排布的发光二极管器件外延结构13；最后在发光二极管器件外延结构13的顶面和侧面上沉积钝化层134，例如氮化硅层，该钝化层134用于为发光二极管器件外延结构提供一个密闭的工作环境，将其与周围的酸碱环境、水分子、氧气等隔离开。...

【技术保护点】
1.一种激光剥离方法，其特征在于，包括：/n在蓝宝石衬底上生长牺牲层，所述牺牲层包括氮化系半导体层；/n在所述牺牲层中注入离子，所述离子为还原性离子，受热与所述氮化系半导体层中的电子结合生成气体；/n在所述牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构；/n采用激光穿过所述蓝宝石衬底对所述牺牲层进行照射使其分解，以将所述蓝宝石衬底和所述发光二极管器件外延结构分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光剥离方法，其特征在于，包括：
在蓝宝石衬底上生长牺牲层，所述牺牲层包括氮化系半导体层；
在所述牺牲层中注入离子，所述离子为还原性离子，受热与所述氮化系半导体层中的电子结合生成气体；
在所述牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构；
采用激光穿过所述蓝宝石衬底对所述牺牲层进行照射使其分解，以将所述蓝宝石衬底和所述发光二极管器件外延结构分离。


2.根据权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，在所述牺牲层中注入离子包括：
在所述牺牲层中均匀注入离子，以使所述牺牲层中离子浓度相同。


3.如权利要求2所述的激光剥离方法，其特征在于，所述注入的离子浓度为1×1015～1×1018Ions/cm2。


4.根据权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，在所述牺牲层中注入离子包括：
所述牺牲层包括交替设置的第一区域和第二区域；
采用掩模分别对所述第一区域和所述第二区域注入离子，以使所述第一区域的离子浓度高于所述第二区域的离子浓度。


5.根据权利要求4所述的激光剥离方法，其特征在于，在所述牺牲层表面生长发光二极管器件外延结构包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪峰，
申请(专利权)人：云谷固安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13