雷射剝離GaN表面納米級平整度的控制

《雷射剝離GaN表面納米級平整度的控制》是依託廈門大學，由張保平擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：雷射剝離GaN表面納米級平整度的控制
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張保平
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

利用雷射輻照實現藍寶石與GaN外延片界面處納米級GaN的分解，以此來實現藍寶石與GaN外延片的分離，獲得具有納米級粗糙度GaN表面以及可以重複利用的藍寶石襯底。通過研究雷射功率密度、光斑形狀、掃描軌跡、鍵合狀態以及GaN外延片結構等參數對剝離樣品的影響，並結合理論模擬結果，尋找獲得晶體完整、表面平整、均勻性好的雷射剝離工藝條件，實現雷射剝離GaN表面納米級平整度的控制。結合晶片鍵合技術，將LED轉移至高電導率、熱導率的襯底上，可以實現GaN基轉移襯底LED的製作，從而解決GaN基大功率LED效率、散熱及成本的瓶頸，為加快半導體照明產業化進程做出貢獻。另外，利用雷射剝離技術，還可以研製GaN基垂直腔面發射雷射器（VCSEL）及共振腔發光二極體(RCLED)等新型、高性能器件，為GaN基發光器件開闢新的套用領域。

結題摘要

本項目針對研製III族氮化物光電子器件的關鍵工藝--雷射剝離技術進行研究。該技術是利用雷射輻照使藍寶石與GaN外延片界面處的GaN分解，進而實現藍寶石與GaN外延薄膜的分離。通過研究雷射剝離工藝參數對剝離後GaN表面的影響，實現雷射剝離GaN表面納米級粗糙度的控制。該技術可用於研製GaN基發光二極體（LED）、共振腔發光管（RCLED）以及面發射雷射器（VCSEL）等新型III族氮化物半導體光電子器件。這些器件在照明、通信、存儲、顯示等領域具有廣闊的套用前景。通過本項目的研究，主要取得了以下幾個方面的進展：（1）利用有限元分析法研究了雷射剝離過程中GaN和藍寶石中的熱傳輸機理, 得出了雷射剝離過程中GaN材料內瞬態溫度場分布函式，為雷射剝離工藝參數的選取提供了重要理論依據。（2）研究了雷射剝離工藝參數對雷射剝離後GaN表面的影響，分析了雷射剝離GaN表面不平整及出現損傷的原因，實現了GaN外延片與藍寶石襯底的完整剝離，剝離後GaN表面平整、無裂縫，表面平整度小於10nm。（3）研究了濕法腐蝕、化學機械拋光、ICP刻蝕技術對雷射剝離GaN表面的影響，實現了雷射剝離GaN表面納米級平整度的控制。（4）獲得了亞納米平整度的雷射剝離GaN表面，在此基礎上製作了高品質的氮化物微諧振腔，實現了GaN 基VCSEL低閾值光泵激射。（5）研製出了多種具有優良散熱特性的GaN基LED器件，為將來開發新型的實用化LED器件提供了新的方案。（6）研製出了具有高Q值的電注入氮化物共振腔器件，為研製GaN基VCSEL和RCLED等新型微結構光電子器件提供了新的途徑。