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激光剥离制备自支撑氮化镓衬底的方法技术

技术编号:3215462 阅读:248 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
激光剥离制备自支撑氮化镓衬底的方法,采用准分子激光器:激光波长所对应的能量小于蓝宝石带隙能,但是大于GaN的带隙能,激光辐照透过蓝宝石衬底,辐照蓝宝石-氮化镓界面处的GaN,然后加热或弱酸腐蚀,将GaN和蓝宝石分离开来,得到GaN自支撑衬底。尤其是先将氮化镓表面粘在一基片上,再进行激光辐照,将GaN和蓝宝石分离开来后,再以加热方法将基片粘接层分离。(*该技术在2022年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用激光剥离技术从蓝宝石衬底上剥离氮化镓(GaN)获得无裂缝自支撑GaN衬底的方法和技术。二、技术背景以GaN及InGaN、AlGaN合金材料为主的III-V族氮化物材料(又称GaN基材料)是近几年来国际上倍受重视的新型半导体材料,其1.9-6.2eV连续可变的直接带隙,优异的物理、化学稳定性,高饱和电子漂移速度,高击穿场强和高热导率等优越性能使其成为短波长半导体光电子器件和高频、高压、高温微电子器件制备的最优选材料。由于GaN本身物理性质的限制,GaN体单晶的生长具有很大的困难,尚未实用化。然而,用GaN衬底进行同质外延获得III族氮化物薄膜材料却显示出了极其优越的性能,因此用低位错密度衬底进行GaN同质外延是改善III族氮化物外延层质量的较好办法。目前,大面积GaN衬底通常都是在异质衬底(如蓝宝石、SiC、Si等)上气相生长GaN厚膜,然后将原异质衬底分离后获得的。其中在蓝宝石衬底上生长GaN最普遍,质量也最高。为了得到自支撑GaN衬底,必须除去蓝宝石衬底。由于蓝宝石极其稳定,难以采用化学腐蚀方法。一般的方法是机械磨削,但因蓝宝石很硬,不仅要消耗大量的金刚石磨料,成本很高而且速度极慢。采用激光辐照的方法,利用激光对GaN厚膜和衬底的界面区加热使之熔化,从而获得自支撑的GaN衬底。激光剥离方法的优点是时间快,蓝宝石衬底可回收使用。在本专利技术中,我们采用激光扫描辐照技术,从蓝宝石衬底上将GaN薄膜剥离下来,获得自支撑无裂缝GaN衬底。三、
技术实现思路
本专利技术目的是用激光扫描辐照技术将GaN薄膜从蓝宝石衬底上剥离下来,获得无裂缝自支撑GaN衬底。本专利技术的技术解决方案是采用激光辐照的方法,利用激光透过蓝宝石衬底对GaN厚膜和蓝宝石衬底的界面区加热使界面处GaN分解,在高于Ga熔点以上加热或弱盐酸腐蚀,就可以将GaN和蓝宝石分离开来,从而获得自支撑的GaN衬底。本专利技术的进一步改进是先将氮化镓表面粘在一基片上,如硅片作为基片,再进行激光辐照,将GaN和蓝宝石分离开来后,再以加热方法将基片粘接层分离。本专利技术的机理和技术特点是 在激光剥离技术中激光波长所对应的能量小于蓝宝石带隙能,但是大于GaN的带隙能。激光穿透蓝宝石衬底到达蓝宝石/GaN界面时,GaN吸收其能量,发生如下分解。 在高于Ga熔点以上加热或弱盐酸腐蚀,就可以将GaN和蓝宝石分离开来,从而得到GaN自支撑衬底。四附图说明图1为本专利技术从蓝宝石衬底上激光剥离GaN技术示意2为本专利技术激光剥离过程中蓝宝石—GaN界面处压力产生示意图,Sappire即蓝宝石。2、 用Si(111)作支撑材料。将硅晶片黏附在GaN上,形成蓝宝石/GaN/Si结构。3、 选择合适的激光器,将具有一定能量密度的激光垂直入射穿过蓝宝石,辐照蓝宝石/GaN界面。激光波长所对应的能量小于蓝宝石带隙能,但是大于GaN的带隙能。如采用Lambda Physik LPX 205i KrF紫外光受激准分子激光器(波长248nm,脉冲宽38ns),激光能量密度从200~5000mJ/cm2变化。4、 在高于金属Ga的温度(29℃)下加热蓝宝石/GaN/Si结构,或用弱HCl溶液腐蚀蓝宝石/GaN界面处的金属,蓝宝石衬底就可以被剥离下来。得到GaN/Si结构。5、 500℃加热GaN/Si结构,或将GaN/Si结构放入适当的有机溶剂中,将硅片去掉。即可获得自支撑GaN衬底。利用激光辐照剥离技术,我们成功地获得了无裂缝自支撑GaN衬底。在激光剥离前后,GaN的结构和光学性质等没有较大变化。仔细地控制激光剥离条件,我们可以实现大面积(直径>2英寸)的GaN薄膜的剥离。本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光剥离制备自支撑氮化镓衬底的方法,其特征是采用准分子激光器:激光波长所对应的能量小于蓝宝石带隙能,但是大于GaN的带隙能,激光辐照透过蓝宝石衬底,辐照蓝宝石-氮化镓界面处的GaN,然后加热或弱酸腐蚀,将GaN和蓝宝石分离开来,得到GaN自支撑衬底。

【技术特征摘要】
1.激光剥离制备自支撑氮化镓衬底的方法,其特征是采用准分子激光器激光波长所对应的能量小于蓝宝石带隙能,但是大于GaN的带隙能,激光辐照透过蓝宝石衬底,辐照蓝宝石—氮化镓界面处的GaN,然后加热或弱酸腐蚀,将Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员:张荣修向前徐剑顾书林卢佃清毕朝霞沈波刘治国江若琏施毅朱顺明韩平胡立群
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:84[中国|南京]

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