CN101555627B - 一种氮化镓基外延膜的激光剥离方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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.Wong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高；2003年，Osram公司采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×1mm，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，以实现蓝宝石衬底上氮化镓基外延膜的大面积、高质量的激光剥离。
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。
上文中，所述步骤(1)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，高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/高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(1)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)中的高导热导电衬底为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5～200μm，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；
(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，提高了芯片良品率。
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。
附图说明
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、高导热导电衬底；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1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高于氮化镓芯片顶部，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/高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高导热导电性能；
(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5～200μm，周期为10～200μm，且其光斑能量为平顶、高斯或近高斯分布；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/Au等；将保护材料3全部或者部分去除，最后经过切割高导热导电衬底、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5～200μm，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；
(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。
Claims (5)
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(1)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)中的高导热导电衬底为Si或Cu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。
5.一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；
(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5～200μm，周期为10～200μm，且其光斑能量为平顶、高斯或近高斯分布；
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(5)去除上述玻璃或者Si衬底，即得到氮化镓基外延膜。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120323 Address after: 215021 Suzhou, Jiangsu Province, Suzhou Industrial Park, Hong Dong Road, No. 388 Patentee after: Suzhou Nanojoin Photonics Co., Ltd. Address before: 215125, Suzhou, Jiangsu province Suzhou Industrial Park alone villa lake high Parish, if the waterway 398 Patentee before: Suzhou Najing Optical Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20120125 Termination date: 20190430 |