专利名称：一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法
技术领域：
本发明涉及一种激光剥离方法，具体涉及一种蓝宝石衬底上氮化镓基外 延膜的激光剥离方法。
背景技术：
目前，氮化镓基LED普遍采用蓝宝石作为衬底，通过异质外延的方法 制作。然而，由于蓝宝石衬底存在高的晶格失配和热失配，且导热性较差， 大大阻碍了大功率氮化镓基LED的发展；同时，由于蓝宝石的导电性也不 好，也制约了上下电极垂直结构大功率氮化镓基LED的制作和发展。因此， 将氮化镓基外延膜从蓝宝石衬底上剥离，并进一步转移到高导热导电衬底上 成了制作大功率氮化镓基LED的关键。自1998年W.S.Wcmg等人利用准分子激光实现氮化镓基外延膜剥离后， 激光剥离技术受到了人们的广泛重视。激光剥离技术(LLO: Laser Lift-off) 是采用紫外光波段的激光透过蓝宝石衬底辐照样品，使蓝宝石/氮化镓界面 处的氮化镓发生热分解生成金属Ga以及N2， N2逸出，加热样品至金属Ga 的熔点，使其融化，即能实现蓝宝石与氮化镓的分离。2002年，Nichia正式 把激光剥离技术用于UVLED的工艺上，使其发光效率得到很大的提髙；2003 年，Osram公司釆用激光剥离工艺将蓝宝石去除，使LED的出光效率提升 至75%。然而，在激光剥离过程中，激光作用区域会产生很强的冲击波应力，该 应力会损伤外延膜，降低良品率。由于传统激光剥离采用的光斑尺寸约1mm Xlmm,且光斑越大，产生的冲击波应力越大，强烈的冲击波应力沿剥离面 水平方向传播而不受抑制时，会损伤周围芯片；沿垂直于剥离面的方向传播 时会在局部区域产生聚集，损伤仅有几微米厚度的氮化镓基外延膜。因此， 以激光剥离为核心技术制备垂直结构大功率LED存在低良率的问题。发明内容本发明的目的是提供一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，以实现蓝宝3石衬底上氮化镓基外延膜的大面积、髙质量的激光剥离。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是 一种氮化镓基外延膜 的激光剥离方法，包括如下步骤(1) 在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜，制作划片槽，分隔形成氮化 镓基单元器件，然后将所述划片槽划穿至蓝宝石衬底表面，在划片槽中填充 保护材料；(2) 以金属层作为中间层，将所述氮化镓基外延膜连接于髙导热导电衬 底上；所述金属层为Au层或AuSn合金层(3) 对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面 处的光斑处理为图形化光斑阵列；所述图形化光斑阵列的光斑直径为5~200 Um，周期为10~200li m,且其光斑能量为平顶、高斯或近髙斯分布(4) 将上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面 处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离。上文中，所述步骤(l)中的划片槽务必划穿至蓝宝石衬底表面；所述在划 片槽中填充保护材料，优选将划片槽填满。所述步骤(2)中的金属层作为中间 层，是指在氮化镓基外延膜的表面镀中间层金属，包括黏附层、阻挡层及键 合层，髙导热导电衬底为氮化镓基外延膜提供强有力的支撑且提供高导热导 电性能，通过键合形成蓝宝石衬底/氮化镓基外延膜/中间层金属/髙导热导电 衬底的结构。所述步骤(3)中的图形化光斑阵列的目的是降低激光剥离对氮化 镓基外延膜的损伤；其可以采用掩膜板调整，也可以采用光栅等光学元器件 结合光路调整的方式对光斑进行光学整形光斑阵列中的间隙具有抑制冲击 波应力的作用，因而降低了激光损伤。上述技术方案中，所述步骤(l)中的保护材料为聚酰亚胺、二氧化硅、环 氧树脂或绝缘硅胶。保护材料起到抑制冲击波应力、阻止裂纹扩展、保证芯 片性能的作用。上述技术方案中，所述步骤(2)中的髙导热导电衬底为Si或Cu衬底。 进一步的技术方案，所述步骤(3)中的图形化光斑阵列的光斑形状为矩形或圆形。也可以是其他常规的几何图形。与之相应的另一种技术方案是 一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，包括如下步骤(1) 在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜；(2) 以胶或者石蜡作为中间层，将上述氮化镓基外延膜连接于玻璃或者 Si衬底上；所述胶为硅胶或环氧树脂；(3) 对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面 处的光斑处理为图形化光斑阵列；所述图形化光斑阵列的光斑直径为5-200 Um，周期为10-200U m,且其光斑能量为平顶、髙斯或近髙斯分布；(4) 将上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面 处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离；(5) 去除上述玻璃或者Si衬底，即得到氮化镓基外延膜。 由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点1. 本发明通过对激光光斑进行整形，将光斑处理为图形化光斑阵列， 减少了剥离时产生的辐照面积，进而降低了激光产生的冲击波应力，减少氮 化镓基外延膜受到的冲击；同时，图形化光斑阵列中留有一定的间隙，可以 吸收扩展的冲击波应力，产生利于外延膜与衬底分离的微观裂纹；从而实现 了低损伤激光剥离，获得了转移到高导热导电衬底上的氮化镓基外延膜，大 大降低了氮化镓基外延膜的损伤，提髙了芯片良品率。2. 本发明采用在划片槽中填充保护材料的方法，将氮化镓单元器件完 全隔离开，阻挡了裂纹扩展，从而减小了芯片损伤，保证了氮化镓器件性能。3. 本发明的制备方法简单，易于操作，适于推广应用。
图1 5是本发明实施例一的流程示意图；图6是本发明实施例一的图形化光斑阵列的示意图。其中1、蓝宝石衬底；2、氮化镓基外延膜；3、保护材料；4、髙导热 导电衬底5、掩膜板；6、图形化光斑阵列。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例一参见附图1 6所示， 一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，包括如下步骤(1) 如图1所示，在蓝宝石衬底1上生长氮化镓基外延膜2,然后通过 光刻、刻蚀等工艺制作划片槽，分隔形成氮化镓基单元器件，将划片槽划穿 至蓝宝石衬底l表面，使氮化镓基单元器件完全隔离开；在氮化镓基外延膜 2顶部形成p电极欧姆接触，然后形成反射镜，反射镜由多层膜构成，如 Ti/Ag/Ti/Au等；(2) 在划片槽中填充保护材料3,将氮化镓基外延膜2完全隔离开，填 充的保护材料平行或者髙于氮化镓芯片顶部，如图2所示；所述保护材料通 常采用介电材料，如聚酰亚胺、二氧化硅、环氧树脂等；保护材料起到抑制 冲击波应力、阻止裂纹扩展、保证芯片性能的作用；(3) 在高导热导电衬底4、氮化镓基外延膜2与保护材料3的表面镀中 间层金属，包括黏附层、阻挡层及键合层；通过键合形成蓝宝石衬底/氮化镓 基外延膜/中间层金属/髙导热导电衬底的结构，如图3所示高导热导电衬 底为Si、 Cu等，为氮化镓芯片提供了强有力的支撑且提供髙导热导电性能；(4) 对激光剥离用光斑进行整形，将经过掩膜板5 (或可变光阑)投影 在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面处的激光光斑处理为图形化光斑阵列 6，如图6所示；所述图形化光斑阵列的光斑直径5-200 U m,周期为10~200 Hm，且其光斑能量为平顶、髙斯或近髙斯分布；除掩膜板调整外，还可采 用光栅等光学元器件结合光路调整的方式对光斑进行光学整形；(5) 采用图形化光斑阵列6透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面 处，使界面处的氮化镓发生分解，实现低损伤激光剥离，如图4所示；同时 获得图形化氮化镓基剥离面，如图5所示；所述图形化光斑阵列具有特定的 图形结构，如圆形、矩形、菱形等，且具有特殊的光斑尺寸及周期。然后在激光剥离面上制作n电极，如Ti/Al/Ti/An等；将保护材料3全 部或者部分去除，最后经过切割髙导热导电衬底、裂片、分离等一系列过程， 获得独立的垂直结构芯片。实施例二一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，包括如下步骤(1) 在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜(2) 以胶或者石蜡作为中间层，将上述氮化镓基外延膜连接于玻璃或者6Si衬底上；所述胶为硅胶或环氧树脂；(3) 对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面 处的光斑处理为图形化光斑阵列；所述图形化光斑阵列的光斑直径为5~200 um,周期为10-200 li m,且其光斑能量为平顶、髙斯或近髙斯分布；(4) 将上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面 处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离；(5) 去除上述玻璃或者Si衬底，即得到氮化镓基外延膜。所述去除玻璃 或者Si衬底的方法可以采用加热或浸入溶剂的方法使所述中间层软化或溶 解，获得自支撑2英寸氮化镓基外延膜。
权利要求
1.一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜，制作划片槽，分隔形成氮化镓基单元器件，然后将所述划片槽划穿至蓝宝石衬底表面，在划片槽中填充保护材料；(2)以金属层作为中间层，将所述氮化镓基外延膜连接于高导热导电衬底上；所述金属层为Au层或AuSn合金层；(3)对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面处的光斑处理为图形化光斑阵列；所述图形化光斑阵列的光斑直径为5～200μm，周期为10～200μm，且其光斑能量为平顶、高斯或近高斯分布；(4)将上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离。
2. 根据权利要求1所述的氮化镓基外延膜的激光剥离方法，其特征在 于所述步骤(l)中的保护材料为聚酰亚胺、二氧化硅、环氧树脂或绝缘硅胶。
3. 根据权利要求1所述的氮化镓基外延膜的激光剥离方法，其特征在 于所述步骤(2)中的髙导热导电衬底为Si或Cii衬底。
4. 根据权利要求1所述的氮化镓基外延膜的激光剥离方法，其特征在 于所述步骤(3)中的图形化光斑阵列的光斑形状为矩形或圆形。
5. —种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜(2) 以胶或者石蜡作为中间层，将上述氮化镓基外延膜连接于玻璃或者 Si衬底上；所述胶为硅胶或环氧树脂；(3) 对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面 处的光斑处理为图形化光斑阵列；所述图形化光斑阵列的光斑直径为5~200 lim,周期为10-20011 m,且其光斑能量为平顶、髙斯或近髙斯分布；(4) 将上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面 处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离；(5) 去除上述玻璃或者Si衬底，即得到氮化镓基外延膜。
全文摘要
本发明公开了一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法，在蓝宝石衬底上生长多层氮化镓基外延膜，然后通过划片槽隔离形成氮化镓基单元器件，将划片槽划穿至蓝宝石衬底表面，并在划片槽中填充保护材料；以金属层作为中间层，将所述氮化镓基外延膜连接于高导热导电衬底上；对激光光斑进行整形，将投影在蓝宝石衬底和氮化镓基外延膜界面处的光斑处理为图形化光斑阵列，该图形化光斑可有效降低和抑制激光冲击波应力；采用上述图形化光斑阵列透过蓝宝石照射到蓝宝石衬底和氮化镓界面处，使界面处的氮化镓发生分解，实现氮化镓基外延膜与蓝宝石衬底分离。本发明实现了低损伤激光剥离，大大降低了氮化镓基外延膜的损伤，提高了芯片良品率。
文档编号C30B25/02GK101555627SQ20091003126
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者孔俊杰, 辉 杨, 梁秉文, 王怀兵 申请人:苏州纳晶光电有限公司