[发明专利]GaN基外延薄膜自分裂转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于光电器件中的GaN基薄膜，尤其是涉及一种用于外延生长在蓝宝石上的GaN基薄膜的自分裂转移方法。

背景技术

宽禁带GaN基半导体材料具有优异的光电特性，已被广泛应用于制作发光二极管、激光器、紫外探测器及高温、高频电子器件。由于GaN的体单晶制备异常困难，大面积厚层单晶GaN的生长难以直接获得，目前，GaN基材料普遍采用价格相对低廉的蓝宝石作为异质衬底([1]D.A.Steigerwald，J.C.Bhat，D.Collins，et al.Illumination with solid state lighting technology[J].IEEE J.Selec.Topi.Quant.Electron.，2002，8(2)：310-320)。蓝宝石衬底是绝缘的材料，因此，此类GaN基器件无法实现垂直结构，只能采用同侧台阶电极结构。同侧台阶电极结构的电流为侧向注入，导致流过有源层的电流不均匀，出现电流簇拥效应([2]X. Guo，E.Y.Schubert.Current crowding in GaN/InGaN light emitting diodes on insulating substrates[J].J.Appl.Phys.，2001，90：4191-4195)局部热效应、发光不均匀等问题，影响了GaN基器件的电学、光学特性及长期可靠性。因此克服蓝宝石衬底带来的不利影响，提高GaN基器件的光电性能，成为目前GaN基器件的研究热点之一。利用键合以及激光剥离，将GaN基薄膜转移至Ni、Cu、Cr等具有良好导电、导热特性的金属衬底上是解决这一问题的重要方法之一([3]中国专利CN200410009840.0公开一种GaN基外延层的大面积、低功率激光剥离方法；[4]中国专利CN02113085.X公开一种激光剥离制备自支撑氮化镓衬底的方法；[5]中国专利CN200510095245.8公开一种改进的制备自支撑氮化镓衬底的激光剥离的方法)。激光剥离技术是采用紫外波段的激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品，其能量介于GaN和蓝宝石的带隙E_g之间(E_gGaN＜E_gLaser＜E_gSapphire)，从蓝宝石衬底一侧扫描整个样品，激光透过蓝宝石衬底被蓝宝石/GaN界面附近的很薄的一层GaN吸收，从而使GaN发生热分解生成金属Ga以及氮气(N₂)。N₂以气体形式挥发，Ga为液体，因而可以使蓝宝石和GaN厚膜分离，分离后残留在GaN上的Ga滴可以用稀酸腐蚀去掉([6]M.K.Kelly，O.Ambacher，R.Dimitrov，et al.Optical process for lift off of group III-nitride films[J]Phys.Stat.Sol.(a)，1997，159(1)：R3-R4)。

使用电镀金属衬底进行GaN基薄膜转移后，器件划片必须使用切割机或激光进行切割，用这种方法会出现金属基板卷边和喷溅而导致短路等不良问题([7]熊贻蜻.Si衬底GaN基LED薄膜转移电镀金属基板研究[D].博士论文，2010：40)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅可降低成本、简化工艺，而且可避免金属基板切割和解决因切割金属衬底而造成器件短路问题的GaN基外延薄膜自分裂转移方法。

本发明的技术方案是采用图形化电镀金属衬底技术、键合技术和激光剥离技术实现薄膜的自分裂转移。

本发明包括以下步骤：

1)先在GaN基外延薄膜上蒸镀或溅射一层或多层金属，使之成为欧姆接触层，其中加入高反射率金属起到反射镜作用，再利用光刻方法在金属表面上制作出图形化光刻胶；

2)在样品表面没有光刻胶的部分电镀金属衬底，并采用化学法去除光刻胶；

3)把样品键合到支撑衬底上；

4)采用激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品，依据激光剥离技术去除蓝宝石衬底，有电镀金属区域的GaN基薄膜则转移到电镀的厚金属衬底，无电镀金属区域的GaN基薄膜发生分裂形成碎片，结果使GaN基外延薄膜实现自分裂和转移。

在步骤3)中，所述支撑衬底可选择石英或硅等衬底。