GaN LED器件外延膜的激光剥离的研究

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GaN及其化合物是直接带隙半导体材料,它的禁带宽度从1.9eV~6.2eV连续可调,发光范围覆盖了从红色到紫外的光谱,GaN材料是一种理想的短波长发光材料。它主要用于制作蓝、紫、紫外发光二极管(LED),激光器(LD)、紫外(UV)光电探测器等光电子器件。GaN和Si之间的晶片键合和激光剥离工艺可以很方便的实现不同材料的集成,为GaN基材料的外延生长、器件的工艺制作提供一个新的研究方向。本文利用键合和激光剥离技术,实现了φ2英寸GaN LED器件外延薄膜的激光剥离,并且实现蓝宗石衬底的重新利用。通过理论计算优化激光剥离的参数,利用衬底加热的方式实现降低阈值密度快速的激光剥离。目前国内外还没有这样的报道。并获得了以下的研究结果。(1)实现2英寸GaN LED外延膜的大面积完整剥离,剥离后的表面非常完整,没有裂纹。剥离后的样品保留了InGaN/GaN有源层结构。剥离后表面粗糙度增大,一方面是由于在剥离过程中GaN薄膜的热分解引起的;另一方面是由于剥离开的表面原来与蓝宝石相连,蓝宝石和GaN的晶格失配较大。(2)在剥离掉的蓝宝石(α-A12O3)衬底上成功的外延生长InGaN/GaN MQW'sLED器件结构,实现了蓝宝石衬底的重复利用,并与同一生长条件下有蓝宝石衬底上的GaN LED对比。对比结果表明,剥离掉的蓝宝石衬底上重新生长的GaN LED外延膜比较后者,PL峰值波长发生蓝移,这是由于外延生长前对剥离掉的蓝宝石进行正面抛光处理,衬底正面抛光使GaN LED外延膜应力发生释放。(3)理论上分析压了强和GaN分解温度的关系,提出一种可以通过降低气压实现快速、低功率激光剥离GaN基外延膜的方法。(4)通过加热衬底温度,减小激光剥离的阈值功率密度,放大光斑,实现快速的激光剥离。本论文得到国家自然科学基金60276029和福建省自然科学基金A0210006的资助。
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