一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，该方法包括：取在蓝宝石衬底上生长了氮化镓薄膜的外延片；在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层；在过渡层表面制作转移衬底；以及采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，实现蓝宝石衬底与氮化镓薄膜的整体分离。本发明采用长条形平顶激光光斑进行扫描，既能保证剥离大面积的氮化镓薄膜样品无裂纹，又能获得可接受的加工速率。本发明尤其对目前氮化镓基垂直结构发光二极管、氮化镓单晶的制造工艺的进步具有十分重要的作用。
【专利说明】一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件制造工艺【技术领域】，特别是指一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法。
【背景技术】
[0002]目前在蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜是应用最广泛的一种氮化镓材料的生长技术。由于蓝宝石衬底绝缘且导热性能差，制约了由在蓝宝石衬底上生长的氮化镓薄膜制作的氮化镓基光电器件的性能，因此将蓝宝石衬底替换为新衬底的技术得到了广泛的研究。其中激光剥离技术能将氮化镓薄膜和蓝宝石衬底分离开，为解决替换蓝宝石衬底这一技术问题提供了很好的解决方案。但是激光剥离分解界面的氮化镓薄膜时会产生氮气，形成较大的冲击波，造成接受激光光斑的氮化镓薄膜四周开裂，因此不能得到大面积连续无损的氮化镓薄膜。
[0003]为了解决这个问题，需要采用面积特别小的激光光斑扫描，以减少单次照射产生的冲击波，然而这大大增加了设备运动平台的负担，使加工速度大幅下降。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，以消除和减小氮化镓激光剥离时产生的冲击波影响，提高加工速度。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]为达到上述目的，本发明提供了一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，该方法包括:取在蓝宝石衬底上生长了氮化镓薄膜的外延片；在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层；在过渡层表面制作转移衬底；以及采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，实现蓝宝石衬底与氮化镓薄膜的整体分离。
[0008]上述方案中，所述在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层，是采用电子束蒸发技术在氮化镓薄膜表面沉积多层金属层，该多层金属层作为过渡层。所述多层金属层是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的组合。
[0009]上述方案中，所述在过渡层表面制作转移衬底，包括:取表面镀金的钨铜合金或者钥铜合金圆片作为转移衬底，在该钨铜合金或者钥铜合金圆片中含有5% -25%重量的铜；以及将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上。所述将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上，键合温度在270-330摄氏度之间，压力取l_500kg，恒温恒压时间10-60秒。
[0010]上述方案中，所述采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，包括:将激光剥离设备产生的激光光斑调整为长条形，采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石的背面，使前后左右的激光光斑正好对接，从而实现蓝宝石与氮化镓薄膜的整体分离。所述长条形激光光斑的长度范围为100微米至10000微米，宽度范围为0.1微米至50微米。
[0011](三)有益效果
[0012]本发明采用长条形平顶激光光斑进行扫描，在相同激光光斑面积的情况下，相比传统的正方形激光光斑，对剥离界面两边产生的冲击力矩要小得多，既能保证剥离大面积的氮化镓薄膜样品无裂纹，又能获得可接受的加工速率。如果采用传统的正方形激光光斑进行激光剥离，为了保证氮化镓薄膜不产生裂纹，必须要将光斑面积设置得非常小，大大延长了加工时间和加工成本，使得这种正方形激光剥离方法不能用于剥离大面积连续氮化镓薄膜的实际生产，而利用本发明却可以较快而有效地制备大面积的无裂纹连续氮化镓薄膜。本发明尤其对目前氮化镓基垂直结构发光二极管、氮化镓单晶的制造工艺的进步具有十分重要的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是在蓝宝石衬底上生长了氮化镓薄膜的外延片的截面结构示意图。
[0014]图2是制作了转移衬底的外延片的截面结构示意图。
[0015]图3是长条形激光光斑扫描圆片的路径俯视示意图，圆片的截面结构为图2中所示的结构，蓝宝石表面朝上，图中虚线为扫描路径。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0017]在附图中，为了方便和解释清楚起见，各层的厚度或尺寸可以放大、缩小或示意性示出，各构成部分的尺寸不必或可以不必反映其实际尺寸。
[0018]本发明提供的这种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，包括以下步骤:
[0019]步骤1:取在蓝宝石衬底上生长了氮化镓薄膜的外延片；
[0020]步骤2:在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层；
[0021]在本步骤中，在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层，是采用电子束蒸发技术在氮化镓薄膜表面沉积多层金属层，该多层金属层作为过渡层，该多层金属层是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的组合。
[0022]步骤3:在过渡层表面制作转移衬底；
[0023]在本步骤中，在过渡层表面制作转移衬底包括:取表面镀金的钨铜合金或者钥铜合金圆片作为转移衬底，在该钨铜合金或者钥铜合金圆片中含有5% -25%重量的铜；以及将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上。将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上，键合温度在270-330摄氏度之间，压力取l_500kg，恒温恒压时间10-60秒，优选地，键合温度取300摄氏度，压力取500kg，恒温恒压时间30秒。
[0024]步骤4:采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，实现蓝宝石衬底与氮化镓薄膜的整体分离；
[0025]在本步骤中，采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面包括:将激光剥离设备产生的激光光斑调整为长条形，采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石的背面，使前后左右的激光光斑正好对接，从而实现蓝宝石与氮化镓薄膜的整体分离。其中，长条形激光光斑的长度范围为100微米至10000微米，宽度范围为0.1微米至50微米。
[0026]在下文中，将参照附图详细描述本发明实施方案的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，该方法包括以下步骤:
[0027]首先取一片在蓝宝石衬底101上生长了氮化镓薄膜102的外延片100，如图1所
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[0028]在氮化镓薄膜102表面沉积过渡层200。
[0029]在过渡层200上面制作转移衬底300，过渡层200用于连接氮化镓薄膜102与转移衬底300，如图2所示。
[0030]将激光剥离设备产生的激光光斑调整为长条状，长条形激光光斑的长度范围在100微米至10000微米之间，宽度范围在0.1微米至50微米之间。采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石101背面，如图3所示，前后左右的激光光斑正好对接，从而实现蓝宝石101与氮化镓薄膜102的整体分离。
[0031]实施例
[0032]首先取一片在蓝宝石衬底101上生长了氮化镓薄膜102的外延片100，外延片100为直径2英寸、厚度450微米的圆片，外延片100截面结构如图1所示。
[0033]采用电子束蒸发技术在氮化镓薄膜102表面沉积多层金属层一N1、Ag、Pt和AuSn合金，各层厚度分别为10、3000、500、40000埃，该多层金属层作为过渡层200。
[0034]取直径2英寸、厚度200微米、且表面镀金的(85%钨、15%铜)钨铜合金圆片，镀金层厚度约0.5微米，钨铜合金圆片表面粗糙度小于100纳米。该钨铜合金圆片作为转移衬底300，将该转移衬底300通过热压键合的方式连接在过渡层200上面，键合温度取300摄氏度，压力取500kg，恒温恒压时间30秒，经过热压键合后的圆片截面如图2所示。
[0035]将激光剥离设备产生的激光光斑调整为长条状，长条形激光光斑的长度1000微米，宽度10微米。采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石101的背面，步进移动的纵向步长1000微米，横向步长10微米，如图3所示，使前后左右的激光光斑正好对接。激光扫描范围略大于圆片面积，从而实现蓝宝石101与氮化镓薄膜102的整体分离。
[0036]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，该方法包括: 取在蓝宝石衬底上生长了氮化镓薄膜的外延片； 在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层； 在过渡层表面制作转移衬底；以及 采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，实现蓝宝石衬底与氮化镓薄膜的整体分离。
2.根据权利要求1所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述在氮化镓薄膜的表面沉积过渡层，是采用电子束蒸发技术在氮化镓薄膜表面沉积多层金属层，该多层金属层作为过渡层。
3.根据权利要求2所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述多层金属层是N1、Ag、Pt、Au和AuSn合金的组合。
4.根据权利要求1所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述在过渡层表面制作转移衬底，包括: 取表面镀金的钨铜合金或者钥铜合金圆片作为转移衬底，在该钨铜合金或者钥铜合金圆片中含有5% -25%重量的铜；以及 将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上。
5.根据权利要求4所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述将该转移衬底通过热压键合的方式连接在过渡层之上，键合温度在270-330摄氏度之间,压力取l_500kg，恒温恒压时间10-60秒。
6.根据权利要求1所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石衬底的背面，包括: 将激光剥离设备产生的激光光斑调整为长条形，采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射整个抛光过的蓝宝石的背面，使前后左右的激光光斑正好对接，从而实现蓝宝石与氮化镓薄膜的整体分离。
7.根据权利要求6所述的氮化镓薄膜的大面积连续无损激光剥离方法，其特征在于，所述长条形激光光斑的长度范围为100微米至10000微米，宽度范围为0.1微米至50微米。
【文档编号】H01L21/02GK103839777SQ201410086759
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】郭恩卿, 伊晓燕, 刘志强, 王国宏, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所