一种制备氮化镓自支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体衬底材料制备及激光剥离技术领域，特别涉及一种制备氮化镓自支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法。
【背景技术】
[0002]近十年来，第三代宽带隙半导体材料GaN及其III/V系列氮化物取得了卓越的成就。氮化镓及其掺杂系列化合物具有连续可变的直接带隙的光学性质、物理化学性能稳定、高饱和电子迀移率等特性，使其在激光器、发光二极管、紫外探测器、电力电子功率器件等光/微电子器件领域有着广阔的应用前景。
[0003]然而，目前的GaN基半导体器件，一般以蓝宝石衬底、SiC、Si等为衬底材料进行异质外延。异质外延导致氮化镓外延层残余应力较大、位错密度较高等缺点，从而限制了其在光/微电子器件领域的应用。GaN单晶衬底(又称自支撑衬底)同质外延是解决异质外延产生的所述问题并实现高性能GaN器件的根本途径。
[0004]目前主流的GaN自支撑衬底制备工艺，主要采用HVPE技术在蓝宝石衬底上外延制备GaN厚膜，然后采用激光剥离技术促使GaN厚膜从蓝宝石衬底分离。由于GaN厚膜的制备还是采用异质外延技术，而蓝宝石衬底与GaN材料的热膨胀系数不同，导致在降温后GaN厚膜存在较大的残余应力，与蓝宝石衬底一起出现向蓝宝石一边翘曲的现象。与此叠加，GaN厚膜受到激光剥离时因界面处GaN被高热急速分解剧烈膨胀而产生的巨大冲击力作用而极容易发生碎裂纹，使制备GaN自支撑衬底的良率低，生产成本居高不下。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种制备氮化镓自支撑衬底的无碎裂纹激光剥离方法，其特点是:在[氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的]氮化镓厚膜与激光剥离载物台之间，制备与其紧密贴接的应力缓冲支撑层用于激光剥离工艺，利用该应力缓冲支撑层[在其受力时]的反弹力fb，来减小并缓[和]冲[击]因高能量密度的激光束聚焦照射[蓝宝石衬底与氮化镓厚膜间]界面的某局部，致使该处氮化镓被高热急速分解剧烈膨胀而产生的[对氮化镓厚膜的]巨大冲击力匕(如图2所示)，从而防止在激光剥离过程中氮化镓厚膜产生碎裂纹，大幅减小碎裂纹概率、提高产品良率，降低生产成本。
[0006]本发明的具体技术方案如下:
[0007]首先，在激光剥离载物台的上表面制备液态缓冲层；其后，将待剥离的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的镓极性面紧密贴接液态缓冲层并被其覆盖；然后，通过工艺处理使液态缓冲层固化而形成应力缓冲支撑层，并与氮化镓厚膜的镓极性面及激光剥离载物台的上表面紧密贴接；再后，用激光剥离方法，使氮化镓厚膜与蓝宝石从其界面处分离；最后，采用机械、或物理化学方法，使应力缓冲支撑层从激光剥离载物台的上表面与氮化镓厚膜的镓极性面分离去除；最终，得到完整单一的氮化镓厚膜即氮化镓自支撑衬底。
[0008]也可以，先直接在制备的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的镓极性面制备液态缓冲层，然后，通过工艺处理使液态缓冲层固化而形成应力缓冲支撑层，在液态缓冲层未完全固化时将其压制在激光剥离载物台上，当液态缓冲层完全固化并与氮化镓厚膜的镓极性面及激光剥离载物台的上表面都形成紧密贴接后，采用激光剥离方法使氮化镓厚膜与蓝宝石分离，最后采用机械、或物理化学方法使应力缓冲支撑层从激光剥离载物台与氮化镓厚膜分离，得到完整单一的氮化镓厚膜即氮化镓自支撑衬底。
[0009]也可以，先直接在制备的氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的镓极性面制备液态缓冲层，然后，采用一定的工艺处理手段使液态缓冲层固化而形成应力缓冲支撑层，待液态缓冲层完全固化后直接将其放置在激光剥离载物台上，调节激光剥离工艺条件使氮化镓厚膜与蓝宝石分离，最后采用机械、或物理化学方法使应力缓冲支撑层从氮化镓厚膜分离去除，得到完整单一的氮化镓厚膜即氮化镓自支撑衬底。
[0010]所述氮化镓厚膜/蓝宝石衬底的氮化镓厚膜的厚度范围为10?1000微米，最优为50?400微米。
[0011]所述液态缓冲层的制备方式可采用滴涂、喷涂、旋涂、提拉、以及帘式涂布等多种薄膜制备方法。
[0012]所述液态缓冲层的材料具备一个共同的特征，当达到其固化条件时，可以使其从液态或者熔融状态变成固态；液态缓冲层的材料可以用热固性材料或硅胶或光催化固化胶或石蜡等材料。
[0013]所述液态缓冲层的固化方式，可以是加热固化或是光催化固化或是辐射固化或是其他固化方式。
[0014]所述液态缓冲层的厚度由涂布的溶液量，溶液的浓度、黏度，以及涂布的工艺条件(平/转动速率，涂布时间)等决定，液态缓冲层厚度为I?1000微米，最优为10?300微米。
[0015]所述应力缓冲支撑层的硬度、弹性、以及黏度由应力缓冲支撑层的材料的性质及固化条件决定。
[0016]所述应力缓冲支撑层从激光剥离载物台与氮化镓自支撑衬底分离去除的方式，可以是机械撕裂，或是通过应力缓冲层的逆固化过程的方式，如加温或溶剂溶解或老化等。
[0017]所述应力缓冲支撑层，提供与因激光照射产生高热致使氮化镓急速分解剧烈膨胀而产生的、对氮化镓厚膜的巨大冲击力相抗衡的反弹力，从而显著减小并缓冲对氮化镓厚膜的巨大冲击，大幅减小在激光剥离过程中氮化镓碎裂纹概率。
【附图说明】
[0018]图1所示为传统的激光剥离方法以及GaN厚膜在激光剥离过程中受到的冲击力^
示意图。
[0019]图2所示为本发明的激光剥离方法以及GaN厚膜在激光剥离过程中受到的冲击力^与应力缓冲支撑层的反弹力fb示意图。
[0020]图3所示为本发明实施例一中的增加应力缓冲支撑层的激光剥离方法获得氮化镓自支撑衬底的技术路线示意图。
[0021]图4所示为本发明实施例二、三中的增加应力缓冲支撑层的激光剥离方法获得氮化镓自支撑衬底的技术路线示意图。
[0022]附图标记说明:
[0023]1:激光剥离载物台，11:激光剥离载物台的上表面；2 =GaN厚膜/蓝宝石衬底，21:蓝宝石衬底，22 =GaN厚膜，23 =GaN厚膜的Ga极性面，24 =GaN厚膜与蓝宝石衬底界面；3:液态缓冲层；4:应力缓冲支撑层；5:氮化镓自支撑衬底。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图3?4及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述仅用于解释本发明的具体实施例，而并不限定本发明的权利要求范围。
[0025]实施例一:
[0026]如图3所示，首先，在激光剥离载物台I的上表面11上采用旋转涂布方式制备液态缓冲层3，液态缓冲层3的材料可以是硅胶、热塑性树脂、以及其他可以通过固化方式实现交联，从而实现从液态到固态转换的材料；其后，将制备的GaN厚膜/蓝宝石衬底2的氮化镓厚膜22的镓极性面23直接贴接并覆盖在液态缓冲层3上；然后，根据液态缓冲层3材质的固化特性，通过相应的工艺处理，使液态缓冲层3固化而形成应力缓冲支撑层4，使应力缓冲支撑层4与氮化镓厚膜22的镓极性面23及激光剥离载物台I的上表面11均形成紧密贴接；再后，进行激光剥离，使氮化镓厚膜22与蓝宝石衬底21从其界面24分离；最后，根据液态缓冲层3的材质，采用机械、或物理化学方法，使应力缓冲支撑层4从激光剥离载物台I与氮化镓厚膜22分离去除；最终，得到完整单一的GaN厚膜