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CN109671811A - 浮脱方法 - Google Patents

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Abstract

提供浮脱方法，能够有效地进行比以往厚的外延基板上的缓冲层的破坏工序和光器件层的移设工序。该浮脱方法将在外延基板的正面上隔着GaN缓冲层而层叠有光器件层的光器件晶片的该光器件层转移至移设基板，其中，该浮脱方法包含如下的工序：移设基板接合工序，借助接合层将移设基板与该光器件晶片的该光器件层的正面接合而形成复合基板；缓冲层破坏工序，从构成该复合基板的该光器件晶片的该外延基板的背面侧对该外延基板照射对于该外延基板具有透过性且对于该缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光束，从而将该缓冲层破坏；以及光器件层移设工序，在实施了该缓冲层破坏工序之后，将该光器件层从该外延基板剥离而移设至该移设基板。

Description

浮脱方法
技术领域
本发明涉及浮脱(lift off)方法，将在蓝宝石基板或碳化硅基板等外延基板的正面上隔着缓冲层而层叠有光器件层的光器件晶片的该光器件层转移至移设基板。
背景技术
在光器件制造工艺中，在作为大致圆板形状的蓝宝石基板或碳化硅基板等外延基板的正面上隔着缓冲层而层叠包含由GaN(氮化镓)等构成的n型半导体层和p型半导体层的光器件层，在由呈格子状形成的多条分割预定线(间隔道)划分的多个区域形成发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等光器件，从而制造光器件晶片。并且，沿着分割预定线对光器件晶片进行分割，从而制造各个光器件芯片(例如，参照专利文献1)。
另外，作为提高光器件芯片的亮度的技术，在专利文献2中记载了如下的被称为浮脱(lift off)的制造方法：借助AuSn(金锡)等接合层使光器件晶片的光器件层与Cu、Mo、Si等移设基板接合，从外延基板的背面侧照射透过外延基板且被缓冲层吸收的波长的脉冲激光束而将缓冲层破坏，将光器件层从外延基板剥离，从而将光器件层转移至移设基板。
在将形成在外延基板上的光器件层移设至移设基板的以往的浮脱方法中，在对外延基板的背面进行磨削而薄化至100～350μm左右之后，从外延基板的背面侧照射脉冲激光束。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特开2004-720525号公报
专利文献3：日本特许第5345507号公报
但是，在对外延基板进行磨削而充分薄化之后照射脉冲激光束的方法中，当外延基板的尺寸变大至6英寸等时，由于磨削量增加而花费时间、外延基板的翘曲变大等而存在难以充分薄化的课题。
另外，在从外延基板的背面侧照射脉冲激光束的方法中，存在下述问题：有时无法将缓冲层充分破坏，从而无法将光器件层顺利地从外延基板剥离。
因此，在专利文献3中提出了如下的方法：使产生超声波振动的超声波焊头与外延基板接触而使外延基板振动，从而将光器件层从外延基板剥离。但是，在该方法中，为了在将缓冲层破坏之后将光器件层移设至移设基板，需要赋予作为外力的超声波。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供浮脱方法，能够有效地进行比以往厚的外延基板上的缓冲层的破坏工序和光器件层的移设工序。
根据本发明，提供浮脱方法，将在外延基板的正面上隔着GaN缓冲层而层叠有光器件层的光器件晶片的该光器件层转移至移设基板，其特征在于，该浮脱方法具有如下的工序：移设基板接合工序，借助接合层将移设基板与该光器件晶片的该光器件层的正面接合而形成复合基板；缓冲层破坏工序，从构成该复合基板的该光器件晶片的该外延基板的背面侧对该外延基板照射对于该外延基板具有透过性并且对于该缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光束，从而将该缓冲层破坏；以及光器件层移设工序，在实施了该缓冲层破坏工序之后，将该光器件层从该外延基板剥离而移设至该移设基板，在该缓冲层破坏工序中，先对该外延基板的中央部实施脉冲激光束的照射，紧接着该中央部而对外周部实施脉冲激光束的照射，从而在该缓冲层破坏工序结束的同时将通过构成该缓冲层的GaN分离成Ga和N2气体而产生的应力释放，通过此时的反作用力，将该光器件层从该外延基板剥离而移设至该移设基板。
优选外延基板的厚度为0.5mm～1.5mm的范围内。
根据本发明的浮脱方法，缓冲层破坏工序先对外延基板的中央部实施脉冲激光束的照射，接着对外周部实施脉冲激光束的照射，因此在中央部的缓冲层破坏工序中，通过构成缓冲层的GaN分离成Ga和N2气体而产生的应力被封入在基板内部，但在接着实施的对外周部的缓冲层破坏工序结束的同时将应力释放，因此能够利用该反作用力将光器件层从外延基板剥离而移设至移设基板。
因此，即使在外延基板较厚的状态下，也能够进行光器件层的浮脱加工。由此，无需对外延基板进行磨削，因此能够削减以往所需的磨削中需要的成本、工时，从而提高生产率。
另外，外延基板较厚，因此能够大幅降低由于产生应力而在加工中破碎的风险和在加工后的搬送时破碎的风险，能够进行外延基板的再利用，因此有助于成本的削减。
附图说明
图1的(A)是光器件晶片的立体图，图1的(B)是光器件晶片的局部放大剖视图。
图2的(A)是示出移设基板接合工序的立体图，图2的(B)是使移设基板与光器件晶片接合而形成的复合基板的立体图。
图3是复合基板的局部放大剖视图。
图4是示出缓冲层破坏工序的立体图。
图5是示出缓冲层破坏工序的局部剖视侧视图。
图6的(A)是从外延基板的内周部朝向外周部呈螺旋状实施缓冲层破坏工序的第1实施方式的示意性俯视图，图6的(B)是在外延基板的中央部呈直线状实施了缓冲层破坏工序然后呈螺旋状对外周部进行加工的第2实施方式的示意性俯视图。
标号说明
11：光器件晶片；12：激光束照射单元；13：蓝宝石基板；15：光器件层(外延层)；16：激光束产生单元；17：分割预定线(间隔道)；18：聚光器；19：光器件；20：电流镜；21：缓冲层；22：聚光透镜；23：n型氮化镓半导体层；25：p型氮化镓半导体层；27：移设基板；29：接合金属层；31：复合基板。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。参照图1的(A)，示出了形成有要通过本发明的浮脱方法转移至移设基板的光器件层的光器件晶片11的立体图。图1的(B)是光器件层晶片的局部放大剖视图。
图1的(A)所示的光器件晶片11是在作为直径为50mm、厚度为1mm的圆板形状的外延基板的蓝宝石基板13的正面上层叠氮化镓(GaN)等光器件层(外延层)15而构成的。
如图1的(B)所示，在蓝宝石基板13的正面上形成有由氮化镓(GaN)构成的厚度例如为1μm的缓冲层21。该缓冲层21是在500℃左右的低温下制膜而成的，因此被称为低温缓冲层，成为结晶性被破坏而比较柔软的膜。
在缓冲层21上通过外延生长而层叠有包含n型氮化镓半导体层23和p型氮化镓半导体层25的光器件层15。在层叠于蓝宝石基板13上的光器件层(外延层)15上，由呈格子状形成的多条分割预定线(间隔道)17划分而形成有LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等多个光器件19。
根据本发明实施方式的浮脱方法，首先作为第1工序，如图2的(A)所示，实施移设基板接合工序，使移设基板27与光器件晶片11的光器件层15的正面接合。在本实施方式中，如图3所示，借助由金锡(AuSn)构成的接合金属层29对由厚度为1mm的铜基板构成的移设基板27的正面27a进行接合。
另外，作为移设基板27，可以使用钼(Mo)、硅(Si)等，作为形成接合金属层29的接合金属，可以使用金(Au)、铂(Pt)、铬(Cr)、铟(In)、钯(Pd)等。
在该移设基板接合工序中，在形成于蓝宝石基板13的正面的光器件层15的正面上或移设基板27的正面27a上蒸镀上述接合金属而形成厚度为3μm左右的接合金属层29，使该接合金属层29与移设基板27的正面27a或光器件层15的正面面对而进行压接，从而借助接合金属层29使移设基板27与光器件晶片11的光器件层15接合，形成图2的(B)所示那样的复合基板31。
在实施了移设基板接合工序之后，实施缓冲层破坏工序，从蓝宝石基板13的背面13b侧对蓝宝石基板13照射对于蓝宝石基板13具有透过性且对于缓冲层21具有吸收性的波长的脉冲激光束，从而将缓冲层21破坏。
优选在该缓冲层破坏工序中，将脉冲激光束的聚光点定位于缓冲层21的近前侧的蓝宝石基板13的内部而从蓝宝石基板13的背面13b侧照射脉冲激光束，但也可以通过对脉冲激光束的输出进行控制而将脉冲激光束的聚光点定位于缓冲层21而进行照射。
图4是示出缓冲层破坏工序的立体图，图5是示出缓冲层破坏工序的局部剖视侧视图。如图4所示，激光束照射单元12包含：激光束产生单元16，其收纳在大致圆筒形的壳体14中；以及聚光器18，其安装于壳体14的前端。
激光束产生单元16是包含由YAG或YVO4构成的激光振荡器、重复频率设定单元、脉冲宽度调整单元以及功率调整单元等的现有公知的结构。
聚光器18包含：电流镜20，其对从激光束产生单元16产生的激光束进行反射；以及聚光透镜22，其对利用电流镜20进行了反射的激光束进行会聚。对光器件晶片11接合了移设基板27而成的复合基板31被吸引保持于静止的卡盘工作台10上。
在图4和图5中，将聚光透镜22绘制成相对于卡盘工作台10所保持的复合基板31的大小相当小，但实际上为了能够通过电流镜20的角度变更而对静止的光器件晶片11的整个面进行激光束的扫描，优选聚光透镜22具有与光器件晶片11的直径相同程度的直径。
根据本发明的浮脱方法，缓冲层破坏工序中的激光束的照射方法很重要。在图6的(A)所示的第1实施方式中，通过控制电流镜20，从作为外延基板的蓝宝石基板13的背面13b侧按照从蓝宝石基板13的中心C1起如箭头A所示那样朝向蓝宝石基板13的外周成为螺旋状的轨迹的方式照射脉冲激光束。
优选按照如下方式进行脉冲激光束的扫描：使相邻的螺旋的间隔略小于脉冲激光束的光斑直径，使呈螺旋状照射的脉冲激光束的一部分(优选为60～80％)重合。
但是，脉冲激光束的对蓝宝石基板13的成为螺旋状的轨迹的照射并不限于电流镜20所实现的扫描，也可以将其他激光束扫描单元及聚光器18固定而使卡盘工作台10呈螺旋状移动。
通过这样进行脉冲激光束的扫描，对与缓冲层21的整个面相对应的区域照射脉冲激光束。由此，将构成缓冲层21的GaN分离成Ga和N2气体，所产生的气体被封入在蓝宝石基板13内而产生应力，当脉冲激光束的照射到达蓝宝石基板13的最外周而缓冲层破坏工序结束时，在缓冲层破坏工序结束的同时将该应力释放，因此通过该释放的反作用力，能够不赋予超声波等外力而将光器件层15从蓝宝石基板13剥离从而移设至移设基板27。
参照图6的(B)，示出了表示缓冲层破坏工序的第2实施方式的俯视图。在该第2实施方式中，对蓝宝石基板13的除了外周部以外的中央部分如箭头B所示那样呈直线状照射脉冲激光束而实施第1缓冲层破坏工序。
同样在该实施方式中，优选直线状的脉冲激光束的照射按照使激光光斑直径的一部分重合的间隔进行照射。由此，通过将构成缓冲层21的GaN分离成Ga和N2气体而在基板13内部产生应力，但在第1缓冲层破坏工序中，保持该应力被封入在复合基板31的内部的状态。
当直线状的脉冲激光束的照射结束时，实施第2缓冲层破坏工序，如箭头C所示那样按照朝向蓝宝石基板13的外周成为螺旋状的轨迹的方式照射脉冲激光束。
当脉冲激光束的照射到达蓝宝石基板13的最外周时，即当第2缓冲层破坏工序结束时，封入在基板13内部的N2气体排出而将应力释放，因此通过该应力释放的反作用力，能够不赋予超声波等外力而将光器件层15从蓝宝石基板13剥离从而移设至移设基板27。
在上述的缓冲层破坏工序中，需要将缓冲层21被破坏而产生了N2气体而由此产生的应力封入在复合基板31内部，在缓冲层破坏工序结束的同时将该应力释放，因此当蓝宝石基板13较薄时，会被所封入的气体的应力破坏，因此优选蓝宝石基板13的厚度为0.5mm～1.5mm的范围内。
优选缓冲层破坏工序例如在以下的激光加工条件下实施。
光源：YAG脉冲激光器或YVO4脉冲激光器
波长：257nm
重复频率：50kHz～200kHz
平均输出：0.1W～2.0W
脉冲能量：0.5μJ～10μJ
光斑直径：10μm～50μm
激光束的扫描速度：50mm/s～100mm/s
在本发明实施方式的缓冲层破坏工序中，将在缓冲层破坏工序中产生的N2气体所带来的应力封入在复合基板内部，在缓冲层破坏工序结束的同时将N2气体排出而将应力释放，通过该释放的反作用力将光器件层15从蓝宝石基板13剥离，因此从蓝宝石基板13的中心朝向外周照射脉冲激光束并在缓冲层破坏工序结束的同时将N2气体所带来的应力释放是很重要的。

Claims (2)

1.一种浮脱方法，将在外延基板的正面上隔着GaN缓冲层而层叠有光器件层的光器件晶片的该光器件层转移至移设基板，其特征在于，
该浮脱方法具有如下的工序：
移设基板接合工序，借助接合层将移设基板与该光器件晶片的该光器件层的正面接合而形成复合基板；
缓冲层破坏工序，从构成该复合基板的该光器件晶片的该外延基板的背面侧对该外延基板照射对于该外延基板具有透过性并且对于该缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光束，从而将该缓冲层破坏；以及
光器件层移设工序，在实施了该缓冲层破坏工序之后，将该光器件层从该外延基板剥离而移设至该移设基板，
在该缓冲层破坏工序中，先对该外延基板的中央部实施脉冲激光束的照射，紧接着该中央部而对外周部实施脉冲激光束的照射，从而在该缓冲层破坏工序结束的同时将通过构成该缓冲层的GaN分离成Ga和N2气体而产生的应力释放，通过此时的反作用力，将该光器件层从该外延基板剥离而移设至该移设基板。
2.根据权利要求1所述的浮脱方法，其中，
该外延基板的厚度为0.5mm～1.5mm的范围内。
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