一种阵列化图形转移的GaN基复合衬底的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体光电子器件技术领域，特别涉及一种阵列化图形转移的且低应力状态的GaN基复合衬底。
【背景技术】
[0002]宽禁带GaN基半导体材料具有优异的光电特性，已被广泛应用于制作发光二极管、激光器、紫外探测器及高温、高频、高功率电子器件，且能应用于制备航空航天所需高端微电子器件，如高迀移率晶体管(HEMT)以及异质结晶体管(HFET)，已经成为了国际光电子领域的研宄热点。
[0003]由于GaN体单晶的制备非常困难，大尺寸单晶GaN难以直接获得，且价格昂贵，GaN材料体系的外延生长主要是基于大失配的异质外延技术。目前，业界常用的是在稳定性较好价格相对低廉的蓝宝石衬底上采用两步生长法外延GaN材料，这种基于缓冲层的异质外延技术取得了巨大的成功，其中蓝光、绿光LED已经实现商品化，但是蓝宝石基GaN复合衬底已表现出较大的局限性，问题主要体现在:(I)蓝宝石是绝缘材料，导致相关器件无法实现垂直结构，只能采用同侧台阶电极结构，电流为侧向注入，致使流过有源层的电流不均匀，导致电流簇拥效应，降低了材料利用率，同时增加了器件制备中光刻和刻蚀工艺，显著增加成本；(2)蓝宝石的导热性能不好，在1000°C时热导率约为0.25W/cmK，散热问题突出，影响了 GaN基器件的电学、光学特性及长程工作可靠性，并限制了其在高温和大功率器件上的应用；(3)蓝宝石硬度较高，且蓝宝石晶格和GaN晶格间存在一个30°的夹角，所以不易解理，不能通过解理的方法得到GaN基器件的腔面。
[0004]硅衬底具有导热导电性能优异、成本较低，易于实现大尺寸和集成等优点，成为近几年GaN基LED领域的重要研宄课题之一，然而硅与GaN间的晶格失配和热失配严重，目前硅衬底上生长GaN外延层的技术还未成熟，复合衬底中位错密度较高，甚至出现龟裂和裂纹。碳化硅是外延GaN的理想衬底，它与GaN间的晶格失配和热失配较小，且具备良好的导热导电性能，可极大简化制作工艺，但碳化硅衬底的价格昂贵，且外延层与衬底间存在粘附性等问题，不宜进行工业化生产。
[0005]随着研宄的深入，人们越来越意识到同质外延是获得高性能GaN衬底的最佳选择。鉴于GaN单晶衬底的高昂价格，已经有一部分研宄机构开始关注介质键合和激光剥离相结合的技术，将GaN外延单晶层转移到高热导率高电导率的衬底上，以消除蓝宝石衬底的不利影响。然而衬底转移工艺和导热导电衬底的变化在转移后的基片内产生较大应力，导致复合衬底发生一定翘曲，甚至在GaN外延膜上形成裙皱和裂纹，难以实现高性能GaN单晶外延和芯片制备；此外，后续芯片切割工艺会导致介质层材料喷溅、GaN基薄膜损伤及器件短路等问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型提供了如图1所示的一种阵列化图形转移的GaN基复合衬底，包括导热导电转移衬底1、位于其上的导热导电键合介质层2、位于键合介质层2上的，先用激光刻划阵列化图形后通过介质键合和剥离后的，阵列化图形转移的GaN基外延薄膜3 ;本实用新型采用介质键合技术和激光剥离技术实现GaN基外延薄膜的阵列化图形的转移，将刻划成阵列化图形的GaN基外延薄膜从蓝宝石衬底转移到导热导电转移衬底上，实现阵列化图形转移。由于所述结构特征及先用激光刻划阵列化图形后通过介质键合及激光剥离技术，实现阵列化图形GaN基外延薄膜的转移，不仅简化工艺，降低成本，还能有效降低衬底转移过程中的应力，减少基片翘曲、褶皱和微裂纹产生，又能解决后续芯片切割时常出现的GaN基薄膜损伤、介质层材料喷溅和器件短路问题，从而提高GaN基复合衬底及所制备芯片的性會K。
[0007]如图1所示，本实用新型提出的一种阵列化图形转移的GaN基复合衬底，包括(从下到上依次为)导热导电转移衬底1、位于其上的导热导电键合介质层2、及位于键合介质层上的阵列化图形转移的GaN基外延薄膜3。
[0008]所述阵列化图形转移的GaN基外延薄膜3的厚度为I微米至100微米，优选为3微米至50微米；所述导热导电键合介质层2的厚度为10纳米至100微米，优选为500纳米至20微米；所述导热导电衬底I的厚度为10微米至3000微米，优选为50微米至1000微米。
[0009]所述键合介质层2和导热导电衬底1，均要求具有以下几个特性:(I)耐高温，熔点超过1000°C，且无剧烈扩散现象；(2)具备导热导电性能。
[0010]所述导热导电键合介质层2，其材料熔点高于1000°C且具有导热导电性能的，可以选择钼(Mo)、钛(Ti)、钯(Pd)、金(Au)、铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铬(Cr)中的一种单质金属或几种的合金，或者是树脂基体和导电粒子银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、销(Al)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)、石墨(C)中的一种或多种构成的导电聚合物，或者是以上一种或多种导电粒子的的微粒与粘合剂、溶剂、助剂所组成的导电浆料，或者是硅酸盐基高温导电胶(HSQ)，或者是镍(Ni)、铬(Cr)、硅(Si)、硼(B)等金属形成的高温合金浆料；所述导热导电键合介质层2，可以是单层或多层结构，可利用磁控溅射或真空热蒸发或湿法工艺，制备在导热导电衬底I上面。
[0011]所述导热导电转移衬底1，其材料熔点高于1000°C且具有导热导电性能的，可以选择钼(Mo)、钛(Ti)、钯(Pd)、铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铬(Cr)中的一种单质金属或几种的合金，或者是娃(Si)晶体、碳化娃(SiC)晶体或AlSi晶体。
[0012]所述阵列化图形转移的GaN基外延薄膜3，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；所述阵列化图形转移的GaN基外延薄膜，是在进行介质键合和衬底剥离工艺前，先用激光刻划成小尺寸的阵列化图形的。
[0013]在所述导热导电转移衬底I与阵列化图形转移前GaN基外延薄膜之间，是通过键合介质层2的扩散，将阵列化图形转移前GaN基外延薄膜和导热导电转移衬底I的正面，进行紧密键合；其扩散键合条件为:温度多(TC、压力100公斤力/平方英寸至4吨/平方英寸。
[0014]本实用新型一种阵列化图形转移的GaN基复合衬底，与相对传统的衬底转移技术实现的GaN基复合衬底相比，具有许多独特的优势:
[0015]I)将GaN基外延薄膜先通过激光刻划后进行阵列化图形转移，能有效减小衬底转移过程中的应力，降低衬底翘曲、褶皱和微裂纹等缺陷的产生，可以获得残余应力较小的高性能GaN基复合衬底，有利于后续GaN同质外延和芯片的制备；
[0016]2)在后期芯片切割时，不需要切割GaN基薄膜，因此减少对GaN基外延薄膜的损伤；
[0017]3)阵列化图形转移，使GaN基复合衬底的图形化工艺简单，而键合介质材料来源广泛，能有效降低成本，利于产业化；
[0018]4)通过调整激光刻划工艺中的激光能量和激光光斑大小，来控制阵列化图形转移的GaN基复合衬底中每一块区域的大小及相邻区域间的沟道宽度。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型一种阵列化图形转移的GaN基复合衬底的垂直剖面结构示意图。
[0020]图2是实施例1.使用激光对GaN基外延薄膜进行方形刻划，采用Ni/Pd/Ni键合介质层，实现阵列化图形转移的GaN基复合衬底的制备流