[发明专利]减少激光剥离损伤的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别针对于氮化物光电子材料、微电子材料或者厚膜材料等的激光剥离技术，其是通过控制外延材料所处的温度，使得异质外延材料处于无应力或者低应力状态，然后进行激光剥离，可以实现外延材料的剥离损伤最小化。

背景技术

III族氮化物多元系材料属于直接带隙的半导体材料，带隙可以从0.7eV连续调节到6.2eV，颜色覆盖从红外到紫外波长，可以制备蓝光、绿光、紫外光发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)等光电子器件，，在高密度存储、显示、照明等广泛领域具有重要的应用。尤其是照明领域，日本、美国、欧洲、韩国、中国等非常看好未来的半导体照明并投入巨资进行研发。同时氮化物体系属于宽禁带半导体材料，具有大带隙范围、良好的热导率、高的击穿场强、高的电子迁移率等优异性能，在微电子方面也具有极大的应用市场。

作为半导体照明技术核心产业的氮化物高亮度LED技术，拥有高效率、长寿命以及环保等潜在优越性能，具有非常高的投资回报，是目前研究单位以及各大公司追求的目标。实现高效、大功率、长寿命氮化物LED的主流技术方案之一就是垂直结构的LED，可以通过导电衬底生长或者去掉不导电衬底的方法来实现，其中由于氮化物在非导电蓝宝石衬底上外延和器件工艺技术最成熟，当前得到的器件性能最高，通过使用蓝宝石衬底上的异质外延，同时通过激光剥离实现垂直结构的LED就成为风险较小的技术途径。同时该技术的突破还有望在基于蓝宝石衬底的氮化物LD、氮化物高电子迁移率晶体管(HEMT)等方面进行应用，以实现垂直结构的LD，高散热的HEMT等。

作为实现高性能氮化物器件重要的研究和产业方向之一的氮化物同质衬底的工作也是促进氮化物器件发展的重要目标。当前实现氮化物衬底尤其是氮化镓衬底的重要途径之一就是通过外延手段使用HVPE(HydrideVapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)来实现。异质外延获得的厚膜同样有剥离的要求方能实现自支撑衬底。

本发明以前已有激光剥离设备，如JPSA在市场上销售的激光剥离系统等。但是由于氮化物在蓝宝石上生长时晶格常数和热膨胀系数的不匹配，导致最终蓝宝石上的氮化物材料具有较高的内应力，表现在激光剥离工艺中就是剥离过程容易产生裂纹，制作的LED芯片漏电流大，性能下降不能完全实现垂直结构LED的优势等等。在剥离自支撑衬底的工艺中也有易碎裂、成品率低等问题。

我们从事的氮化物物理研究工作表明，氮化物异质外延材料所受到的内应力主要源于外延层和衬底热膨胀系数不同，使得外延材料(一般在较高的温度下生长)降温过程中产生了内应力的积累。通过对于该内应力的变温定量分析，我们发现内应力随着温度的升高逐渐降低，在一定的温度下达到零应力状态。这里我们使用的是无损的光学测试方法：拉曼光谱。对于氮化镓的拉曼光谱测试表明氮化镓的E2(high)峰位和内应力是直接对应的，测试E2(high)峰位的变化就可以得到相应内应力的变化。通过测试需剥离样品和体材料氮化镓E2(high)峰位的变温曲线关系就可以得到最佳的低应力温度或者零应力温度。

本发明旨在改进激光剥离工艺，通过在激光剥离时控制外延材料的环境温度，使其内应力最小，实现低损伤的剥离工艺，从而实现高性能的垂直结构LED。

同时由于现有的激光剥离技术是通过瞬间加热氮化镓材料使其局部气化产生和衬底的分离，升高温度还可以降低剥离用激光器的功率，延长其使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于设计一种减少激光剥离损伤的方法，在现有激光剥离技术的基础上，通过在适当的温度下，达到外延材料无应力或者低应力的状态，实现减少甚至消灭激光剥离损伤的目的，为微电子和光电子尤其是氮化物基光电子的发展提供一种可行的工艺路线。

本发明提供一种减少激光剥离损伤的方法，包括如下步骤：

步骤1：将外延片置于一底板上；

步骤2：将底板加热；

步骤3：利用激光剥离设备的激光扫描，对外延片进行剥离。

其中将底板加热，是电阻加热、射频加热或外部光源加热。

其中将底板加热的温度范围在100-600℃。

其中外延片种类包括：光电子外延材料、微电子外延材料或厚膜外延材料。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是不同加热方式下热辅助激光剥离的装置示意图，其中图1(a)为底座电阻加热，图1(b)为底座射频加热，图1(c)外部红外加热；

图2是变温拉曼光谱确定HVPE厚膜GaN合适的剥离环境温度图。