[发明专利]利用金属过渡层转移GaN衬底的激光剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用金属过渡层键合硅(Si)和氮化镓(GaN)，结合激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN转移到Si衬底上的方法。

背景技术

GaN基材料由于其连续可变的直接带隙，优良的光、电性质，优异的物理、化学稳定性，使其在短波长半导体光电子器件以及高温、高压、高频微电子器件制备领域中有着广泛的应用。由于自然界中缺乏天然GaN单晶，目前GaN通常长在异质的衬底上，如蓝宝石和SiC。因为蓝宝石的晶格结构与GaN类似，并且价格比SiC便宜，因此成为首选的衬底(段猛，郝跃.GaN基蓝色LED的研究进展[J].西安电子科技大学学报，2003，30：60-65)。但蓝宝石与GaN有16％的晶格失配，造成外延晶片结构中存在高密度的线位错，从而限制了GaN外延层的质量和厚度(1、Plano W E，MajorJ S，Welch D F.X-ray studies ofhigh quality GaN grown on 0001sapphire[J].Electronics Letters，1994，30：2079-2081；2、Shen X Q，Matsuhata H，Okumura H.Reduction of the threading dislocation density in GaN films grown on vicinal sapphire(0001)substrates[J].Appl.Phys.Lett.，2005，86：021912-021914)；另外，Al₂O₃导热性较差，热导率约为0.5W/cm·K，这使得GaN基器件的散热问题突出，在大功率器件和LD中尤其严重；同时Al₂O₃的导电性能也不好，常温下电阻率大于10¹¹Ω·cm，这使得普通LED采用的上下电极垂直结构在GaN基LED中也不再适用，必须采用p、n电极同侧的台面电极结构，器件制备工艺复杂，影响了器件的电流扩散和输出光功率等特性(王婷，郭霞，方圆等.激光剥离技术制备GaN/metal/Si的结构和光学特性研究[J].功能材料，2007，38(1)：88-90.)。

键合技术和激光剥离技术相结合实现GaN外延层衬底转移是制备基于激光剥离技术的垂直结构GaN基LED的关键(1、Z.S.Luo，Y.Cho，V.Loryuenyong，T.Sands，et al.Enhancementof(In，Ga)N Light-Emitting Diode Performance by Laser Liftoff and Transfer From Sapphire toSilicon[J].IEEE Photonics Technology，2002，14(12)：1400-1402；2、J.Arokiaraj，_，C.B.Soh，X.C.Wang，et al.Integration of GaN thin films to SiO2-Si(100)substrates by laser lift-off and waferfusion method[J].Superlattices and Microstructures，2006，40：219-224；3、Chung-Pui Chan，Jie Gao，Tai-Man Yue，et al.Study of Laser-Debonded GaN LEDs[J].IEEE Transactions on electrondevices，2006，53(9)：2266-2272；4、S.C.Hsu and C.Y.Liu.Fabrication ofThin-GaN LED StructuresbyAu-Si Wafer Bonding[J].Electrochemical and Solid-State Letters，2006，9(5)：G171-G173.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用金属过渡层转移GaN衬底的激光剥离方法。利用金属过渡层的低温键合和激光剥离将GaN从蓝宝石衬底上转移到Si衬底上，实现GaN基材料和器件在Si基上的集成。

本发明的技术解决方案是：采用两步法用键合机将GaN和Si键合在一起，在空气中直接用合适波长的紫外激光透过蓝宝石衬底辐照氮化镓(GaN)/金属(metal)/硅(Si)样品，界面处的GaN被分解后，蓝宝石可以很容易地被去掉，即可得到Si衬底上的GaN。

本发明包括以下步骤：