一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，該方法包括：取在藍寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜的外延片；在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層；在過渡層表面制作轉移襯底；以及采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，實現(xiàn)藍寶石襯底與氮化鎵薄膜的整體分離。本發(fā)明采用長條形平頂激光光斑進行掃描，既能保證剝離大面積的氮化鎵薄膜樣品無裂紋，又能獲得可接受的加工速率。本發(fā)明尤其對目前氮化鎵基垂直結構發(fā)光二極管、氮化鎵單晶的制造工藝的進步具有十分重要的作用。
【專利說明】一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件制造工藝【技術領域】，特別是指一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法。
【背景技術】
[0002]目前在藍寶石襯底上生長氮化鎵薄膜是應用最廣泛的一種氮化鎵材料的生長技術。由于藍寶石襯底絕緣且導熱性能差，制約了由在藍寶石襯底上生長的氮化鎵薄膜制作的氮化鎵基光電器件的性能，因此將藍寶石襯底替換為新襯底的技術得到了廣泛的研究。其中激光剝離技術能將氮化鎵薄膜和藍寶石襯底分離開，為解決替換藍寶石襯底這一技術問題提供了很好的解決方案。但是激光剝離分解界面的氮化鎵薄膜時會產生氮氣，形成較大的沖擊波，造成接受激光光斑的氮化鎵薄膜四周開裂，因此不能得到大面積連續(xù)無損的氮化鎵薄膜。
[0003]為了解決這個問題，需要采用面積特別小的激光光斑掃描，以減少單次照射產生的沖擊波，然而這大大增加了設備運動平臺的負擔，使加工速度大幅下降。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，以消除和減小氮化鎵激光剝離時產生的沖擊波影響，提高加工速度。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，該方法包括:取在藍寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜的外延片；在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層；在過渡層表面制作轉移襯底；以及采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，實現(xiàn)藍寶石襯底與氮化鎵薄膜的整體分離。
[0008]上述方案中，所述在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層，是采用電子束蒸發(fā)技術在氮化鎵薄膜表面沉積多層金屬層，該多層金屬層作為過渡層。所述多層金屬層是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的組合。
[0009]上述方案中，所述在過渡層表面制作轉移襯底，包括:取表面鍍金的鎢銅合金或者鑰銅合金圓片作為轉移襯底，在該鎢銅合金或者鑰銅合金圓片中含有5% -25%重量的銅；以及將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上。所述將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上，鍵合溫度在270-330攝氏度之間，壓力取l_500kg，恒溫恒壓時間10-60秒。
[0010]上述方案中，所述采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，包括:將激光剝離設備產生的激光光斑調整為長條形，采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石的背面，使前后左右的激光光斑正好對接，從而實現(xiàn)藍寶石與氮化鎵薄膜的整體分離。所述長條形激光光斑的長度范圍為100微米至10000微米，寬度范圍為0.1微米至50微米。
[0011](三)有益效果
[0012]本發(fā)明采用長條形平頂激光光斑進行掃描，在相同激光光斑面積的情況下，相比傳統(tǒng)的正方形激光光斑，對剝離界面兩邊產生的沖擊力矩要小得多，既能保證剝離大面積的氮化鎵薄膜樣品無裂紋，又能獲得可接受的加工速率。如果采用傳統(tǒng)的正方形激光光斑進行激光剝離，為了保證氮化鎵薄膜不產生裂紋，必須要將光斑面積設置得非常小，大大延長了加工時間和加工成本，使得這種正方形激光剝離方法不能用于剝離大面積連續(xù)氮化鎵薄膜的實際生產，而利用本發(fā)明卻可以較快而有效地制備大面積的無裂紋連續(xù)氮化鎵薄膜。本發(fā)明尤其對目前氮化鎵基垂直結構發(fā)光二極管、氮化鎵單晶的制造工藝的進步具有十分重要的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是在藍寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜的外延片的截面結構示意圖。
[0014]圖2是制作了轉移襯底的外延片的截面結構示意圖。
[0015]圖3是長條形激光光斑掃描圓片的路徑俯視示意圖，圓片的截面結構為圖2中所示的結構，藍寶石表面朝上，圖中虛線為掃描路徑。
【具體實施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0017]在附圖中，為了方便和解釋清楚起見，各層的厚度或尺寸可以放大、縮小或示意性示出，各構成部分的尺寸不必或可以不必反映其實際尺寸。
[0018]本發(fā)明提供的這種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1:取在藍寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜的外延片；
[0020]步驟2:在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層；
[0021]在本步驟中，在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層，是采用電子束蒸發(fā)技術在氮化鎵薄膜表面沉積多層金屬層，該多層金屬層作為過渡層，該多層金屬層是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的組合。
[0022]步驟3:在過渡層表面制作轉移襯底；
[0023]在本步驟中，在過渡層表面制作轉移襯底包括:取表面鍍金的鎢銅合金或者鑰銅合金圓片作為轉移襯底，在該鎢銅合金或者鑰銅合金圓片中含有5% -25%重量的銅；以及將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上。將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上，鍵合溫度在270-330攝氏度之間，壓力取l_500kg，恒溫恒壓時間10-60秒，優(yōu)選地，鍵合溫度取300攝氏度，壓力取500kg，恒溫恒壓時間30秒。
[0024]步驟4:采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，實現(xiàn)藍寶石襯底與氮化鎵薄膜的整體分離；
[0025]在本步驟中，采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面包括:將激光剝離設備產生的激光光斑調整為長條形，采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石的背面，使前后左右的激光光斑正好對接，從而實現(xiàn)藍寶石與氮化鎵薄膜的整體分離。其中，長條形激光光斑的長度范圍為100微米至10000微米，寬度范圍為0.1微米至50微米。
[0026]在下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明實施方案的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，該方法包括以下步驟:
[0027]首先取一片在藍寶石襯底101上生長了氮化鎵薄膜102的外延片100，如圖1所
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[0028]在氮化鎵薄膜102表面沉積過渡層200。
[0029]在過渡層200上面制作轉移襯底300，過渡層200用于連接氮化鎵薄膜102與轉移襯底300，如圖2所示。
[0030]將激光剝離設備產生的激光光斑調整為長條狀，長條形激光光斑的長度范圍在100微米至10000微米之間，寬度范圍在0.1微米至50微米之間。采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石101背面，如圖3所示，前后左右的激光光斑正好對接，從而實現(xiàn)藍寶石101與氮化鎵薄膜102的整體分離。
[0031]實施例
[0032]首先取一片在藍寶石襯底101上生長了氮化鎵薄膜102的外延片100，外延片100為直徑2英寸、厚度450微米的圓片，外延片100截面結構如圖1所示。
[0033]采用電子束蒸發(fā)技術在氮化鎵薄膜102表面沉積多層金屬層一N1、Ag、Pt和AuSn合金，各層厚度分別為10、3000、500、40000埃，該多層金屬層作為過渡層200。
[0034]取直徑2英寸、厚度200微米、且表面鍍金的(85%鎢、15%銅)鎢銅合金圓片，鍍金層厚度約0.5微米，鎢銅合金圓片表面粗糙度小于100納米。該鎢銅合金圓片作為轉移襯底300，將該轉移襯底300通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層200上面，鍵合溫度取300攝氏度，壓力取500kg，恒溫恒壓時間30秒，經過熱壓鍵合后的圓片截面如圖2所示。
[0035]將激光剝離設備產生的激光光斑調整為長條狀，長條形激光光斑的長度1000微米，寬度10微米。采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石101的背面，步進移動的縱向步長1000微米，橫向步長10微米，如圖3所示，使前后左右的激光光斑正好對接。激光掃描范圍略大于圓片面積，從而實現(xiàn)藍寶石101與氮化鎵薄膜102的整體分離。
[0036]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，該方法包括: 取在藍寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜的外延片； 在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層； 在過渡層表面制作轉移襯底；以及 采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，實現(xiàn)藍寶石襯底與氮化鎵薄膜的整體分離。
2.根據權利要求1所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述在氮化鎵薄膜的表面沉積過渡層，是采用電子束蒸發(fā)技術在氮化鎵薄膜表面沉積多層金屬層，該多層金屬層作為過渡層。
3.根據權利要求2所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述多層金屬層是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的組合。
4.根據權利要求1所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述在過渡層表面制作轉移襯底，包括: 取表面鍍金的鎢銅合金或者鑰銅合金圓片作為轉移襯底，在該鎢銅合金或者鑰銅合金圓片中含有5% -25%重量的銅；以及 將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上。
5.根據權利要求4所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述將該轉移襯底通過熱壓鍵合的方式連接在過渡層之上，鍵合溫度在270-330攝氏度之間,壓力取l_500kg，恒溫恒壓時間10-60秒。
6.根據權利要求1所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石襯底的背面，包括: 將激光剝離設備產生的激光光斑調整為長條形，采用步進掃描方式的長條形激光光斑掃描照射整個拋光過的藍寶石的背面，使前后左右的激光光斑正好對接，從而實現(xiàn)藍寶石與氮化鎵薄膜的整體分離。
7.根據權利要求6所述的氮化鎵薄膜的大面積連續(xù)無損激光剝離方法，其特征在于，所述長條形激光光斑的長度范圍為100微米至10000微米，寬度范圍為0.1微米至50微米。
【文檔編號】H01L21/02GK103839777SQ201410086759
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2014年3月11日
【發(fā)明者】郭恩卿, 伊曉燕, 劉志強, 王國宏, 王軍喜, 李晉閩 申請人:中國科學院半導體研究所