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GaN LED器件外延膜的激光剥离的研究

作　者: 黄瑾
导　师: 刘宝林
学　校: 厦门大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: GaN 激光剥离 蓝宝石衬底抛光 衬底加热
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 引言  12
  1.2 GaN材料的晶体结构与性质  12-15
  1.3 GaN基材料的生长  15-16
  1.4 GaN材料键合与激光剥离技术的研究进展  16-20
    1.4.1 GaN与Si片的键合技术  16-17
    1.4.2 GaN基外延层膜的激光剥离  17-18
    1.4.3 GaN基LED激光剥离  18-19
    1.4.4 激光剥离技术在激光器中的应用  19-20
  1.5 材料表征  20-23
    1.5.1 X射线双晶衍射技术  20-21
    1.5.2 原子力显微镜(AFM)  21-22
    1.5.3 拉曼测试  22-23
    1.5.4 PL测试  23
  1.6 本论文工作的内容和创新  23-25
  参考文献  25-28
第二章 降低气压快速激光剥离GaN基外延膜的理论分析  28-35
  2.1.引言  28
  2.1.GaN分解热力学分析:分解温度与压强的关系  28-34
  参考文献  34-35
第三章 2英寸GaN LED外延膜的激光剥离及其衬底的重复利用  35-49
  3.1 引言  35
  3.2 2英寸GaN LED外延膜激光剥离的实验过程  35-43
    3.2.1 清洗  36
    3.2.2 激光剥离  36-39
    3.2.3 剥离前后的GaN性质  39-43
  3.3 在剥离后的衬底上重新生长的GaN LED性质  43-47
  参考文献  47-49
第四章 GaN快速激光剥离的研究  49-70
  4.1 引言  49
  4.2 利用金属作为中间层实现GaN外延薄膜的转移  49-56
    4.2.1 键合金属的选择  49-50
    4.2.2 试验过程  50-52
    4.2.3 结果与分析  52-56
  4.3 利用加热衬底方式进行激光剥离的研究  56-68
    4.3.1 理论分析  56-60
    4.3.2 试验过程  60-62
    4.3.3 试验结果  62-68
  4.4 激光过程中需要注意的方面  68
  4.5 小结  68-69
  参考文献  69-70
第五章 结论  70-71
硕士期间发表的论文目录  71-72
研究生期间获得的奖励  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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