[发明专利]利用固体激光器无损剥离GaN与蓝宝石衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光剥离制备GaN衬底及器件的方法，具体地说，涉及应用固体激光器， 并改进了打标方式方法，以实现无需对版的盲打方法，使得GaN和蓝宝石衬底分离，从而 实现GaN衬底及器件的制备。

背景技术

以GaN以及InGaN，AlGaN为主的III/V氮化物是近年来备受关注的半导体材料，其 1.9-6.2eV连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等等特性， 使其成为激光器，发光二极管等等光电子器件的最优选材料。

然而，由于GaN本身生长技术的限制，现今的大面积GaN材料大多生长在蓝宝石衬 底上。虽然蓝宝石衬底上生长的GaN质量很高，应用也最广，可是由于蓝宝石的不导电及 较差的导热特性，极大的限制了GaN基半导体器件的发展。为了回避这一劣势，蓝宝石生 长GaN基器件后，将蓝宝石去除，并更换高导热、高导电的Si，Cu等衬底的方法被发明了。 在蓝宝石去除的过程中，主要应用的方法就是激光剥离技术。

激光剥离技术就是使用能量小于蓝宝石带隙，但大于GaN带隙的激光光源，透过蓝宝 石衬底辐照蓝宝石-氮化镓连接处的GaN层，通过此处的GaN吸收激光能量产生高温时， 此处的GaN分解为金属镓和氮气，从而实现GaN和蓝宝石衬底分离的方法。

传统的激光剥离技术都是使用大光斑(光斑周长大于1000微米)依次排布，逐片剥离 的方法来实现GaN基器件与蓝宝石衬底的分离。这种大光斑剥离技术的缺点是，由于光斑 面积内能量涨落较大，应力在边缘高度集中，因此造成了在光斑边缘处的GaN严重的破损， 如图1所示。其破损深度可从零点几个微米到几个微米不等，且不可避免。这样就严重限 制了GaN基器件激光剥离的工艺。

目前，在此条件下制作的激光剥离GaN基器件的工艺大概为：

(1)在蓝宝石上生长GaN基外延片；

(2)将带有蓝宝石衬底的外延片制作为GaN基分立器件单元；

(3)电镀或键合其他导热导电衬底；

(4)应用激光剥离的方法将蓝宝石衬底去除。

在上述工艺中，为了避免大光斑边缘损伤对GaN基器件(通常有mm量级大功率和μm 量级小功率两种类型多种尺寸)的损伤，大多采用的方法是用大光斑直接涵盖整个一个或 多个GaN基器件单元，而将光斑边缘留在GaN基器件单元之间的走道中，从而尽量避免 光斑边缘损伤。这样做的弊端是：(1)要根据器件尺寸调整光斑面积；(2)激光扫描前 要反复对版，以保证光斑边缘在GaN器件单元之间的走道内；(3)需要实时视频跟踪检 测，一旦对版出现偏差，要立即停止回复对版。以上这些弊端造成了激光剥离工艺在大 规模生产应用上的极大障碍，极大复杂化了工艺，降低了效率，且增加了废品率(因激光 对版出现偏差，或扫描过程中出现偏差，从而使得边缘损伤加剧)。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无需对版的盲打激光剥离方法，实现GaN和蓝宝石衬底 的无损剥离。本发明的技术方案如下：

一种激光剥离GaN和蓝宝石衬底的方法，其特征是，以固体激光器为激光光源，使用 周长为3～1000微米，且两个最远角距离或最长直径不超过400微米的小光斑进行逐点逐 行激光扫描，其中小光斑内部的能量分布情况是：光斑中心能量最强，向四周能量逐渐变 弱。