[发明专利]一种氮化镓基外延膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基外延膜，尤其是涉及一种通过降低气压对蓝宝石衬底上的GaN外延膜进行激光剥离的方法。

背景技术

GaN及其相关III族氮化物材料通过调整合金组分，可以获得从1.9eV(InN)到6.2eV(AlN)连续可调的带隙能，因此，III族氮化物能覆盖从紫外光到可见光这样一个很宽范围的频谱，这是它们成为制备蓝光、绿光发光二极管以及紫外探测器和半导体激光器的优选材料而备受重视。

由于很难得到大尺寸的GaN单晶材料，目前，GaN器件通常采用蓝宝石作为衬底，通过异质外延的方法制作。但是蓝宝石作为异质衬底存在高的晶格失配和高的热失配、导热性、导电性能差等缺点，这一系列的难题促进GaN激光剥离技术的研究。键合技术和激光剥离技术相结合能将GaN从蓝宝石衬底转移到其它高电导率、热导率的衬底上，解决了蓝宝石衬底给器件带来的不利影响。

激光剥离技术(LLO：Laser Lift-off)是采用紫外光波段的激光光源透过蓝宝石衬底辐照样品，使蓝宝石/GaN界面处的GaN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(29℃)，使Ga融化，即能实现蓝宝石与GaN的分离(Kelly M K，Ambacher O，Dahlheimer B，et al.Optical patterning of GaN films[J].Appl.Phys.Lett.，1996，69：1749-1751；WongW S，Sands T，Cheung N W.Damage-free separation of GaN thin films from sapphiresubstrates[J].App 1.Phys.Lett.，1997，72：599-601；Bee Sim Tan，Shu Yuan，Xue Jun Kang.Performance enhancement of InGaN light-emitting diodes by laser lift-off and transfer fromsapphire to copper substrate[J].Appl.Phys.Lett.，2004，84：2757-2759；Wong W S，Cho Y，Weber E R，et al.Structural and optical quality of GaN/metal/Sihetero structure fabricated byexcimer laser lift-off[J].Appl.Phys.Lett.，1999，75：1887-1889；Wong W S，Sands T，Cheung NW，et al.Fabrication of thin-film InGaN light-emitting diode membranes by laser lift-off[J].App 1.Phys.Lett.，1999，75：1360-1363)。

理论计算和试验证实，GaN在1个大气压环境下的分解温度大约为900℃。这就要求常压下激光辐照系统进行激光剥离的阈值能量密度大约为400mJ/cm²，即聚焦激光光斑的面积也很小，而且不仅对激光器和激光剥离系统的要求很高，而且激光剥离处理的速度也受限制。

若降低激光剥离时GaN发生分解反应的气压，则GaN分解所需要的温度也随之降低，所要求的激光辐照系统进行激光剥离的阈值能量密度也降低，这样就可以放大激光光斑的面积，大大加快激光剥离的处理速度，达到快速大面积均匀的激光剥离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高氮化镓激光剥离的速率，降低氮化镓激光剥离的阈值功率密度，适用于在蓝宝石衬底上生长的氮化镓基材料所制备的器件和材料的氮化镓基外延膜的制备方法。

本发明的技术方案是采取在真空状态下利用紫外激光辐照直接对氮化镓进行激光剥离，通过降低氮化镓分解反应的气压来降低氮化镓的分解温度，缩短了氮化镓激光剥离所需要的时间，降低对聚焦光斑能量密度的要求，放大聚焦光斑的尺寸，达到对氮化镓外延薄膜快速低功率激光剥离的目的。

本发明包括以下步骤：

1)在蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜；

2)将蓝宝石衬底上生长氮化镓基外延膜的P面用环氧树脂粘在衬底支撑材料上，或用金属键合在衬底支撑材料上；

3)根据所要求的激光光斑大小和激光器脉冲频率设定电动平台的行进的速度；