一种无损伤的GaN衬底激光剥离方法与流程

本发明涉及半导体光电材料技术领域，尤其涉及一种在蓝宝石衬底上激光剥离GaN基外延层的方法。

背景技术：

以GaN及InGaN、AlGaN为主的Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料，其1.9—6.2eV连续可调的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速率和高击穿场强等优越性能使其成为短波长半导体光电器件的优选材料。作为制备GaN自支撑衬底材料的技术之一，激光剥离技术(Laser Lift-off Technique)由于能够在较低要求的环境条件下实现GaN衬底的快速剥离，从而得到了较大的发展。

然而，在激光剥离GaN衬底的过程中，很难避免对GaN衬底材料造成损伤。专利US7256483指出，激光剥离后的GaN需进行化学机械抛光(CMP)来减少损伤。另一方面，中国专利CN 105006446 A采用飞秒激光技术，以一种冷加工的方式来减少损伤，提高了激光剥离的质量。但是，该方法对激光光源有特殊要求，且无法从根本上解决激光产生的外延层损伤问题。

技术实现要素：

本发明提出一种无损伤的GaN衬底激光剥离方法，通过在蓝宝石外延的晶体材料中预生长一层激光阻挡层，该激光阻挡层包含超晶格结构或者量子阱结构，能够对逸出的高能量激光进行分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflectors)或者光吸收，从而高能量激光不能进入到GaN衬底材料区域，最后避免激光对GaN外延层造成损伤。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案。一种无损伤的GaN衬底激光剥离方法，包括以下步骤：

步骤①，在蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；

步骤②，在GaN缓冲层上生长包含有量子阱结构或者超晶格结构的激光阻 挡层；

步骤③，在步骤②生长的激光阻挡层上生长GaN衬底；

步骤④，将激光从蓝宝石衬底的底面入射，对蓝宝石表面整体进行扫描照射，使GaN缓冲层被分解，GaN衬底和激光阻挡层的整体，从蓝宝石衬底完全被剥离；

步骤⑤，研磨抛光移除激光阻挡层，得到GaN衬底。

所述激光阻挡层的成分，由Ⅲ族元素中的一种或多种，与Ⅴ族元素中的一种或多种所组成。

所述激光阻挡层的结构，包含有量子阱结构、超晶格结构中的一种或者其二者结构的组合。

所述步骤④中GaN缓冲层的分解，可以是GaN缓冲层的部分分解或者完全分解。

所述步骤①②③中的生长，可以是液相法生长或者气相法生长。

所述步骤④中的激光，可以是连续激光或者脉冲激光。

本发明的优势：

1.从根本上解决了在激光剥离过程中，激光对GaN衬底材料的损伤问题；

2.进一步降低了对激光设备的要求，适合规模化生产。

附图说明

附图1是本发明的在蓝宝石衬底上生长GaN衬底材料(预生长一层激光阻挡层)的示意图；

附图2是本发明实施例一中激光剥离GaN衬底材料(预生长一层包含超晶格的激光阻挡层)的工艺示意图；

附图3是本发明实施例二中激光剥离GaN衬底材料(预生长一层包含量子阱的激光阻挡层)的工艺示意图

附图标记说明：

1：蓝宝石衬底，2：GaN衬底，3：GaN缓冲层，4：激光阻挡层，41：包 含超晶格的激光阻挡层，42：包含量子阱的激光阻挡层，51：入射激光，52：阻挡层作用后的出射光。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并结合附图，对本发明作进一步详细说明。如图1所示在蓝宝石衬底1上依次生长GaN缓冲层3、激光阻挡层4以及GaN衬底2，生长完成后用于激光剥离。将入射激光51从蓝宝石衬底1的底面入射，对蓝宝石表面整体进行扫描照射，使GaN缓冲层3分解，其结果GaN衬底2和激光阻挡层4的整体，从蓝宝石衬底1完全被剥离。研磨抛光移除激光阻挡层4，得到GaN衬底2。

实施例一，一种无损伤的GaN衬底激光剥离方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤①，在蓝宝石衬底1上MOCVD生长8μm的GaN缓冲层3；

步骤②，调节MOCVD生长条件，在GaN缓冲层3上生长包含超晶格的激光阻挡层41(10个周期以上的GaN/AlGaN的超晶格结构)；

步骤③，在包含超晶格的激光阻挡层41上生长200μm非掺杂的GaN衬底2；

步骤④，将步骤③所得的蓝宝石/外延层放入激光剥离设备中(YAG激光光源)，其辐射的入射激光51从蓝宝石衬底1底面入射，在蓝宝石表面进行扫描辐射，GaN缓冲层3开始分解；同时，逃逸的入射激光51进入到包含超晶格的激光阻挡层41中，该包含超晶格的激光阻挡层41对入射激光51产生分布式布拉格反射，经阻挡层作用后的出射光52不能进入GaN衬底2中，因此对GaN衬底2不会造成损伤；当激光扫描整个蓝宝石衬底1完成后，GaN衬底2及包含超晶格的激光阻挡层41的整体，从蓝宝石衬底1完全被剥离；

步骤⑤，研磨抛光移除包含超晶格的激光阻挡层41，得到GaN衬底2。

实施例二，一种无损伤的GaN衬底激光剥离方法，如图3所示，也可以包括以下步骤：

步骤①，在蓝宝石衬底1上MOCVD生长5μm的GaN缓冲层3；

步骤②，调节MOCVD生长条件，在GaN缓冲层3上生长包含量子阱的激光阻挡层42；

步骤③，在包含超晶格的激光阻挡层42上生长250μm掺硅的GaN衬底2；

步骤④，将步骤③所得的蓝宝石/外延层放入激光剥离设备中(YAG激光光源)，其辐射的入射激光51从蓝宝石衬底1的底面入射，在蓝宝石表面进行扫描照射，GaN缓冲层3开始分解；同时，逃逸的入射激光51进入到包含量子阱的激光阻挡层42中，该包含量子阱的激光阻挡层42对入射激光51产生吸收作用，经阻挡层作用后射出的相对低能量的出射光52，没达到GaN衬底2吸收的能量要求，因此对GaN衬底2不会造成损伤；当激光扫描整个蓝宝石衬底1完成后，GaN衬底2及包含量子阱的激光阻挡层42的整体，从蓝宝石衬底1完全被剥离；

步骤⑤，研磨抛光移除包含量子阱的激光阻挡层42，得到GaN衬底2。