[发明专利]一种制备氮化镓自支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体衬底材料制备及激光剥离技术领域，特别涉及 一种制备氮化镓自支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法。

背景技术

近十年来，第三代宽带隙半导体材料GaN及其III/V系列氮化物 取得了卓越的成就。氮化镓及其掺杂系列化合物具有连续可变的直接 带隙的光学性质、物理化学性能稳定、高饱和电子迁移率等特性，使 其在激光器、发光二极管、紫外探测器、电力电子功率器件等光/微 电子器件领域有着广阔的应用前景。

然而，目前的GaN基半导体器件，一般以蓝宝石衬底、SiC、 Si等为衬底材料进行异质外延。异质外延导致氮化镓外延层残余应 力较大、位错密度较高等缺点，从而限制了其在光/微电子器件领域 的应用。GaN单晶衬底(又称自支撑衬底)同质外延是解决异质外 延产生的所述问题并实现高性能GaN器件的根本途径。

目前主流的GaN自支撑衬底制备工艺，主要采用HVPE技术在 蓝宝石衬底上外延制备GaN厚膜，然后采用激光剥离技术促使GaN 厚膜从蓝宝石衬底分离。由于GaN厚膜的制备还是采用异质外延技 术，而蓝宝石衬底与GaN材料的热膨胀系数不同，导致在降温后GaN 厚膜存在较大的残余应力，与蓝宝石衬底一起出现向蓝宝石一边翘曲 的现象。与此叠加，GaN厚膜受到激光剥离时因界面处GaN被高 热急速分解剧烈膨胀而产生的巨大冲击力作用而极容易发生碎裂纹， 使制备GaN自支撑衬底的良率低，生产成本居高不下。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种制备氮化镓自 支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法，其特点是：在[氮化镓厚膜/蓝宝 石衬底的]氮化镓厚膜与激光剥离载物台之间，制备与其紧密贴接的 应力缓冲支撑层用于激光剥离工艺，利用该应力缓冲支撑层[在其受 力时]的反弹力f_b，来减小并缓[和]冲[击]因高能量密度的激光束聚 焦照射[蓝宝石衬底与氮化镓厚膜间]界面的某局部，致使该处氮化镓 被高热急速分解剧烈膨胀而产生的[对氮化镓厚膜的]巨大冲击力f_i(如图2所示)，从而防止在激光剥离过程中氮化镓厚膜产生碎裂纹， 大幅减小碎裂纹概率、提高产品良率，降低生产成本。

本发明的具体技术方案如下：

首先，在激光剥离载物台的上表面制备液态缓冲层；其后，将待 剥离的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的镓极性面紧密贴接液 态缓冲层并被其覆盖；然后，通过工艺处理使液态缓冲层固化而形成 应力缓冲支撑层，并与氮化镓厚膜的镓极性面及激光剥离载物台的上 表面紧密贴接；再后，用激光剥离方法，使氮化镓厚膜与蓝宝石从其 界面处分离；最后，采用机械、或物理化学方法，使应力缓冲支撑层 从激光剥离载物台的上表面与氮化镓厚膜的镓极性面分离去除；最终， 得到完整单一的氮化镓厚膜即氮化镓自支撑衬底。

也可以，先直接在制备的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜 的镓极性面制备液态缓冲层，然后，通过工艺处理使液态缓冲层固化 而形成应力缓冲支撑层，在液态缓冲层未完全固化时将其压制在激光 剥离载物台上，当液态缓冲层完全固化并与氮化镓厚膜的镓极性面及 激光剥离载物台的上表面都形成紧密贴接后，采用激光剥离方法使氮 化镓厚膜与蓝宝石分离，最后采用机械、或物理化学方法使应力缓冲 支撑层从激光剥离载物台与氮化镓厚膜分离，得到完整单一的氮化镓 厚膜即氮化镓自支撑衬底。

也可以，先直接在制备的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜 的镓极性面制备液态缓冲层，然后，采用一定的工艺处理手段使液态 缓冲层固化而形成应力缓冲支撑层，待液态缓冲层完全固化后直接将 其放置在激光剥离载物台上，调节激光剥离工艺条件使氮化镓厚膜与 蓝宝石分离，最后采用机械、或物理化学方法使应力缓冲支撑层从氮 化镓厚膜分离去除，得到完整单一的氮化镓厚膜即氮化镓自支撑衬底。

所述氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的厚度范围为 10～1000微米，最优为50～400微米。

所述液态缓冲层的制备方式可采用滴涂、喷涂、旋涂、提拉、以 及帘式涂布等多种薄膜制备方法。

所述液态缓冲层的材料具备一个共同的特征，当达到其固化条件 时，可以使其从液态或者熔融状态变成固态；液态缓冲层的材料可以 用热固性材料或硅胶或光催化固化胶或石蜡等材料。

所述液态缓冲层的固化方式，可以是加热固化或是光催化固化或 是辐射固化或是其他固化方式。