一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體光電子器件技術領域，特別涉及一種采用打印技術制備圖形化鍵合介質層并結合介質鍵合和激光剝離技術進行襯底轉移同期實現圖形化的GaN基復合襯底。
【背景技術】
[0002]寬禁帶GaN基半導體材料具有優(yōu)異的光電特性，已被廣泛應用于制作發(fā)光二極管、激光器、紫外探測器及高溫、高頻、高功率電子器件，且能應用于制備航空航天所需高端微電子器件，如高迀移率晶體管(HEMT)以及異質結晶體管(HFET)，已經成為了國際光電子領域的研宄熱點。
[0003]由于GaN體單晶的制備非常困難，大尺寸單晶GaN難以直接獲得，且價格昂貴，GaN材料體系的外延生長主要是基于大失配的異質外延技術。目前，業(yè)界常用的是在穩(wěn)定性較好價格相對低廉的藍寶石襯底上采用兩步生長法外延GaN材料，這種基于緩沖層的異質外延技術取得了巨大的成功，其中藍光、綠光LED已經實現商品化，但是藍寶石基GaN復合襯底已表現出較大的局限性，問題主要體現在:(I)藍寶石是絕緣材料，導致相關器件無法實現垂直結構，只能采用同側臺階電極結構，電流為側向注入，致使流過有源層的電流不均勻，導致電流簇擁效應，降低了材料利用率，同時增加了器件制備中光刻和刻蝕工藝，顯著增加成本；(2)藍寶石的導熱性能不好，在1000°C時熱導率約為0.25W/cmK，散熱問題突出，影響了 GaN基器件的電學、光學特性及長程工作可靠性，并限制了其在高溫和大功率器件上的應用；(3)藍寶石硬度較高，且藍寶石晶格和GaN晶格間存在一個30°的夾角，所以不易解理，不能通過解理的方法得到GaN基器件的腔面。
[0004]硅襯底具有導熱導電性能優(yōu)異、成本較低，易于實現大尺寸和集成等優(yōu)點，成為近幾年GaN基LED領域的重要研宄課題之一，然而硅與GaN間的晶格失配和熱失配嚴重，目前硅襯底上生長GaN外延層的技術還未成熟，復合襯底中位錯密度較高，甚至出現龜裂和裂紋。碳化硅是外延GaN的理想襯底，它與GaN間的晶格失配和熱失配較小，且具備良好的導熱導電性能，可極大簡化制作工藝，但碳化硅襯底的價格昂貴，且外延層與襯底間存在粘附性等問題，不宜進行工業(yè)化生產。
[0005]隨著研宄的深入，人們越來越意識到同質外延是獲得高性能GaN襯底的最佳選擇。鑒于GaN單晶襯底的高昂價格，已經有一部分研宄機構開始關注介質鍵合和激光剝離相結合的技術，將GaN外延單晶層轉移到高熱導率高電導率的襯底上，以消除藍寶石襯底的不利影響。然而，后續(xù)芯片切割工藝會導致介質層噴濺、GaN基薄膜損傷及器件短路等問題。本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，適用于GaN同質外延和直接制備垂直結構LED芯片，有效簡化工藝，節(jié)約成本，在后期芯片切割時，可以只切割轉移襯底層而不切割GaN基薄膜和鍵合介質層，從而解決因切割襯底所致GaN基薄膜損傷、介質層材料噴濺和器件短路等問題，且轉移過程同期圖形化能有效減小復合襯底中的殘余應力，從而提高GaN基復合襯底和LED芯片性能，同時能簡化工藝，節(jié)省成本。
【發(fā)明內容】
[0006]為克服上述不足之處，本實用新型提供一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，是在轉移襯底上打印導熱導電的圖形化鍵合介質層，將GaN基外延薄膜鍵合到轉移襯底上，并使用激光剝離工藝去除藍寶石襯底，將與介質材料有接觸的GaN基薄膜轉移到襯底，而與介質材料無接觸的GaN基薄膜部則自分裂成碎片去除，得到圖形化GaN基外延薄膜。本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，適用于GaN同質外延和直接制備垂直結構LED器件，其特征在于:在后續(xù)芯片切割時，可以只切割轉移襯底而不切割GaN基外延薄膜和鍵合介質層，從而可以避免因切割芯片所致GaN基外延薄膜的損傷、介質層材料噴濺和器件短路等問題，且轉移過程同期圖形化能有效減小復合襯底中的殘余應力，因而提高GaN同質外延及芯片的質量，且能簡化工藝，節(jié)約成本，具有較好的應用前景。
[0007]如圖1所示，本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，包括(從下到上依次)導熱導電轉移襯底1、位于其上面的導熱導電的圖形化鍵合介質層2、及其上面的圖形化GaN基外延薄膜3。
[0008]所述鍵合介質層和轉移襯底，均要求具備以下幾個特征:(I)耐高溫，熔點超過1000°C，且在高溫下無明顯的擴散現象；(2)具備導熱導電性能。
[0009]按所述要求，所述鍵合介質層材料，可以選擇鉬(Mo)、鈦(Ti)、鈀(Pd)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)中的一種單質金屬或幾種的合金，或者是樹脂基體和導電粒子銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、銷(Al)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、石墨(C)中的一種或多種構成的導電聚合物，或者是以上一種或多種導電粒子的的微粒與粘合劑、溶劑、助劑所組成的導電漿料，或者是硅酸鹽基高溫導電膠(HSQ)，或者是鎳(Ni)、鉻(Cr)、硅(Si)、硼(B)等金屬形成的高溫合金漿料。
[0010]按所述要求，所述轉移襯底材料，可以選擇鉬(Mo)、鈦(Ti)、鈀(Pd)、銅(Cu)、鎢(W)、镲(Ni)、鉻(Cr)中的一種單質金屬或幾種的合金，或者是硅(Si)晶體、碳化硅(SiC)晶體或AlSi晶體。
[0011]本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，所述GaN基外延薄膜的厚度為I微米至100微米，優(yōu)選為3微米至50微米；所述鍵合介質層的厚度為10納米至100微米，優(yōu)選為500納米至20微米；所述轉移襯底的厚度為10微米至3000微米，優(yōu)選為50微米至1000微米。
[0012]本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，所述導熱導電鍵合介質層，可以是單層或多層結構，是通過噴墨打印或絲網印刷技術，在轉移襯底表面上制備圖形化鍵合介質層；之后，在溫度多(TC，壓力100公斤力/平方英寸至20噸/平方英寸的條件下，通過所述導熱導電鍵合介質層的擴散，將轉移襯底的正面、GaN基外延膜兩者緊密鍵合在一起；所述GaN基外延薄膜，可以是GaN薄膜、AlN薄膜、InN薄膜或者是其中二者、三者的合金薄膜；所述GaN基外延薄膜的圖形化，是通過激光剝離(藍寶石襯底)時(與鍵合介質無接觸的)GaN基外延薄膜的自分裂來同期實現的。
[0013]本實用新型一種轉移過程同期圖形化的GaN基復合襯底，既保持傳統(tǒng)襯底轉移技術實現GaN基復合襯底適用于GaN同質外延和制備垂直結構LED芯片的優(yōu)勢，又簡化了后續(xù)芯片切割工藝，還克服了傳統(tǒng)襯底轉移技術及其后續(xù)切割工藝中所存在的諸多弊端。
[0014](I)使用打印技術實現的圖形化鍵合介質層，及相應的圖形化GaN基外延薄膜，可簡化工藝，節(jié)省鍵合介質材料，節(jié)約成本，利于產業(yè)化。
[0015](2)本實用新型制備的圖形化GaN基復合襯底，是通過激光剝離(藍寶石襯底)時的GaN基外延薄膜的自分裂(去除與鍵合介質層無接觸的GaN基外延薄膜部分)來同期實現的，并不需要掩膜或是光刻工藝，從而不會出現多次使用后掩膜精度下降的問題，這在小尺寸圖形化所需要的高精度工藝中，可降低其工藝難度并節(jié)省生產成本。
[0016](3)通過調整打印工藝參數，可制備各種鍵合介質材料、各種轉移襯底、各種圖形化的GaN基外延薄膜，其應用范圍廣闊。
[0017](