專利名稱：減少激光剝離損傷的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領域，特別針對于氮化物光電子材料、微電子材料或者厚 膜材料等的激光剝離技術(shù)，其是通過控制外延材料所處的溫度，使得異質(zhì)外延材料處于無 應力或者低應力狀態(tài)，然后進行激光剝離，可以實現(xiàn)外延材料的剝離損傷最小化。
背景技術(shù)：
III族氮化物多元系材料屬于直接帶隙的半導體材料，帶隙可以從0. 7eV連續(xù)調(diào) 節(jié)到6. 2eV，顏色覆蓋從紅外到紫外波長，可以制備藍光、綠光、紫外光發(fā)光二極管(LED)、 短波長激光二極管(LD)等光電子器件，，在高密度存儲、顯示、照明等廣泛領域具有重要的 應用。尤其是照明領域，日本、美國、歐洲、韓國、中國等非?？春梦磥淼陌雽w照明并投入 巨資進行研發(fā)。同時氮化物體系屬于寬禁帶半導體材料，具有大帶隙范圍、良好的熱導率、 高的擊穿場強、高的電子遷移率等優(yōu)異性能，在微電子方面也具有極大的應用市場。作為半導體照明技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)的氮化物高亮度LED技術(shù)，擁有高效率、長壽命以 及環(huán)保等潛在優(yōu)越性能，具有非常高的投資回報，是目前研究單位以及各大公司追求的目 標。實現(xiàn)高效、大功率、長壽命氮化物LED的主流技術(shù)方案之一就是垂直結(jié)構(gòu)的LED，可以通 過導電襯底生長或者去掉不導電襯底的方法來實現(xiàn)，其中由于氮化物在非導電藍寶石襯底 上外延和器件工藝技術(shù)最成熟，當前得到的器件性能最高，通過使用藍寶石襯底上的異質(zhì) 外延，同時通過激光剝離實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的LED就成為風險較小的技術(shù)途徑。同時該技術(shù)的 突破還有望在基于藍寶石襯底的氮化物LD、氮化物高電子遷移率晶體管(HEMT)等方面進 行應用，以實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的LD，高散熱的HEMT等。作為實現(xiàn)高性能氮化物器件重要的研究和產(chǎn)業(yè)方向之一的氮化物同質(zhì)襯底的工 作也是促進氮化物器件發(fā)展的重要目標。當前實現(xiàn)氮化物襯底尤其是氮化鎵襯底的重要途 徑之一就是通過外延手段使用HVPE (HydrideVapor Phase Epitaxy，氫化物氣相外延)來實 現(xiàn)。異質(zhì)外延獲得的厚膜同樣有剝離的要求方能實現(xiàn)自支撐襯底。本發(fā)明以前已有激光剝離設備，如JPSA在市場上銷售的激光剝離系統(tǒng)等。但是 由于氮化物在藍寶石上生長時晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不匹配，導致最終藍寶石上的氮化 物材料具有較高的內(nèi)應力，表現(xiàn)在激光剝離工藝中就是剝離過程容易產(chǎn)生裂紋，制作的LED 芯片漏電流大，性能下降不能完全實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)LED的優(yōu)勢等等。在剝離自支撐襯底的工 藝中也有易碎裂、成品率低等問題。我們從事的氮化物物理研究工作表明，氮化物異質(zhì)外延材料所受到的內(nèi)應力主要 源于外延層和襯底熱膨脹系數(shù)不同，使得外延材料(一般在較高的溫度下生長)降溫過程 中產(chǎn)生了內(nèi)應力的積累。通過對于該內(nèi)應力的變溫定量分析，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)應力隨著溫度的 升高逐漸降低，在一定的溫度下達到零應力狀態(tài)。這里我們使用的是無損的光學測試方法 拉曼光譜。對于氮化鎵的拉曼光譜測試表明氮化鎵的E2 (high)峰位和內(nèi)應力是直接對應 的，測試E2 (high)峰位的變化就可以得到相應內(nèi)應力的變化。通過測試需剝離樣品和體材 料氮化鎵E2 (high)峰位的變溫曲線關系就可以得到最佳的低應力溫度或者零應力溫度。
本發(fā)明旨在改進激光剝離工藝，通過在激光剝離時控制外延材料的環(huán)境溫度，使 其內(nèi)應力最小，實現(xiàn)低損傷的剝離工藝，從而實現(xiàn)高性能的垂直結(jié)構(gòu)LED。同時由于現(xiàn)有的激光剝離技術(shù)是通過瞬間加熱氮化鎵材料使其局部氣化產(chǎn)生和 襯底的分離，升高溫度還可以降低剝離用激光器的功率，延長其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設計一種減少激光剝離損傷的方法，在現(xiàn)有激光剝離技術(shù)的基 礎上，通過在適當?shù)臏囟认?，達到外延材料無應力或者低應力的狀態(tài)，實現(xiàn)減少甚至消滅激 光剝離損傷的目的，為微電子和光電子尤其是氮化物基光電子的發(fā)展提供一種可行的工藝 路線。本發(fā)明提供一種減少激光剝離損傷的方法，包括如下步驟步驟1 將外延片置于一底板上；步驟2:將底板加熱；步驟3 利用激光剝離設備的激光掃描，對外延片進行剝離。其中將底板加熱，是電阻加熱、射頻加熱或外部光源加熱。其中將底板加熱的溫度范圍在100-600°C。其中外延片種類包括光電子外延材料、微電子外延材料或厚膜外延材料。


為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明作一詳細的描 述，其中圖1是不同加熱方式下熱輔助激光剝離的裝置示意圖，其中圖1(a)為底座電阻加 熱，圖1 (b)為底座射頻加熱，圖1 (c)外部紅外加熱；圖2是變溫拉曼光譜確定HVPE厚膜GaN合適的剝離環(huán)境溫度圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種減少激光剝離損傷的方法，通過改變外延材料所處環(huán)境溫度，達到其 在適當溫度下外延層應力最下的狀態(tài)，從而在激光剝離中減少剝離損傷。請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種減少激光剝離損傷的方法，包括如下步驟步驟1 將外延片12置于一底板13上，該外延片12包括光電子外延材料、微電 子外延材料或厚膜外延材料，該外延材料通常是在藍寶石襯底上生長的，由于藍寶石具有 很寬的帶隙，往往大于在其上生長的氮化物外延材料，對于適當波長的激光，可以做到只讓 氮化物吸收加熱，而藍寶石不會吸收；步驟2 將底板13加熱，是電阻加熱(圖al)、射頻加熱(圖lb)或外部光源加熱 (圖Ic)，加熱的溫度范圍在100-600°C，該溫度范圍可以通過對于襯底的應力測試來確定， 同時考慮到加熱退火對于外延材料結(jié)構(gòu)的影響，需要將溫度控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，避免由 于加熱導致的器件性能退化或者失效等負面影響；步驟3 利用激光剝離設備的激光11掃描，對外延片12進行剝離，此過程取決于 所使用的激光剝離設備，加熱可以有效降低激光剝離用激光器的使用功率，并延長激光器的使用壽命。圖2是變溫拉曼光譜確定HVPE厚膜GaN合適的剝離環(huán)境溫度圖。實施例1藍寶石襯底的GaN/InGaN多量子阱LED結(jié)構(gòu)，使用如圖1(a)所示的底板電阻加 熱，13為加熱的底板，通過電阻絲進行加熱，12為藍寶石上的GaN/InGaN多量子阱LED外延 片，放置于加熱板13上，通過熱傳導達到適當?shù)臏囟?，可以通過熱電偶或者非接觸式的紅 外、激光測溫等得到外延片12的溫度，利用激光剝離設備的激光11掃描進行剝離。實施例2藍寶石襯底的HVPE GaN厚膜，使用如圖1(b)所示的射頻加熱，24為加熱的射頻線 圈，23為加熱底板，通過感應進行加熱，22為藍寶石上的GaN/InGaN LD外延片，放置于加熱 底板23上，由加熱底板23感應加熱后通過熱傳導到外延片22達到適當?shù)臏囟?，可以通過 熱電偶或者非接觸式的紅外、激光測溫等得到外延片22的溫度，利用激光剝離設備的激光 21掃描進行剝離獲得自支撐GaN襯底。實施例3藍寶石襯底的GaN/AlGaN HEMT結(jié)構(gòu)，使用如圖1 (c)所示的外部光源加熱，32為外 部加熱的光源，34為支撐底板，33為藍寶石上的GaN/AlGaNHEMT外延片，放置于支撐底板34 上，由外部加熱光源32加熱外延片33達到適當?shù)臏囟?，可以通過熱電偶或者非接觸式的紅 外、激光測溫等得到外延片33的溫度，利用激光剝離設備的激光31掃描進行剝離。如上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保 護范圍當視權(quán)利要求所界定的為準。
權(quán)利要求
一種減少激光剝離損傷的方法，包括如下步驟步驟1將外延片置于一底板上；步驟2將底板加熱；步驟3利用激光剝離設備的激光掃描，對外延片進行剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少激光剝離損傷的方法，其中將底板加熱，是電阻加熱、射 頻加熱或外部光源加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減少激光剝離損傷的方法，其中將底板加熱的溫度范圍 在 100-600 "C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少激光剝離損傷的方法，其中外延片種類包括光電子外 延材料、微電子外延材料或厚膜外延材料。
全文摘要
一種減少激光剝離損傷的方法，包括如下步驟步驟1將外延片置于一底板上；步驟2將底板加熱，該底板加熱，是電阻加熱、射頻加熱或外部光源加熱，該底板加熱的溫度范圍在100-600℃；步驟3利用激光剝離設備的激光掃描，對外延片進行剝離，該外延片種類包括光電子外延材料、微電子外延材料或厚膜外延材料。
文檔編號H01L33/00GK101924065SQ20091008735
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者劉志強, 季安, 曾一平, 李晉閩, 段瑞飛, 王國宏, 王良臣 申請人:中國科學院半導體研究所