一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备
阅读说明：本技术 一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备 (High-precision femtosecond green laser processing equipment for gallium nitride ) 是由 刘文宇 杜金恒 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备,包括：提供待剥离的发光机构和保护机构,其发光机构包括：激光发生器以及从下到上依次层叠设置的第一衬底、位于第一衬底一侧的多量子阱吸收层、氮化镓外延层和波导结构,激光发生器用于对第一衬底进行激光剥离,氮化镓外延层包括N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层；保护机构包括：从下到上依次层叠设置的第一垒层、第一变温层、第一阱层、第一变温保护层、第二垒层、第二变温层、第二阱层、第二变温保护层、第三垒层。可以通过调节孔径光闲的大小和位置来调整激光光斑的大小,进而可以采用尽可能小的光斑进行激光剥离,使得局部产生的氮化物较少,以提高衬底剥离的合格率。(The invention discloses a high-precision femtosecond green laser processing device for gallium nitride, which comprises: providing a light emitting mechanism to be peeled and a protection mechanism, the light emitting mechanism comprising: the laser device comprises a laser generator, a first substrate, a multi-quantum well absorption layer, a gallium nitride epitaxial layer and a waveguide structure, wherein the first substrate, the multi-quantum well absorption layer, the gallium nitride epitaxial layer and the waveguide structure are sequentially stacked from bottom to top; the protection mechanism includes: the first barrier layer, the first temperature-changing layer, the first well layer, the first temperature-changing protective layer, the second barrier layer, the second temperature-changing layer, the second well layer, the second temperature-changing protective layer and the third barrier layer are sequentially stacked from bottom to top. The size of the laser facula can be adjusted by adjusting the size and the position of the aperture idle, and then the facula as small as possible can be adopted for laser stripping, so that the locally generated nitride is less, and the qualification rate of the substrate stripping is improved.)
技术领域
本发明涉及激光加工设备研究技术领域，尤其涉及一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备。
背景技术
氮化镓一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。氮化镓的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
氮化镓材料具有宽的直接带隙，强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。绝大部分氮化镓器件的制作工艺为：在衬底材料上外延生长成氮化铝晶核，在成核层上生长氮化镓外延，在氮化镓外延生长氮化镓层，然后在氮化镓层上生长一层硅搀杂的氮化铝镓，在氮化铝镓和氮化镓的沟道之间形成二维电子气和异质结沟道，最后用一薄的钝化层保护二维电子气和异质结沟道的表面。目前在蓝宝石衬底上生长氮化镓薄膜是应用最广泛的一种氮化镓材料的生长技术。由于蓝宝石衬底绝缘且导热性能差，制约了由在蓝宝石衬底上生长的氮化镓薄膜制作的氮化镓基光电器件的性能，因此将蓝宝石衬底替换为新衬底的技术得到了广泛的研究。其中激光剥离技术能将氮化镓薄膜和蓝宝石衬底分离开，为解决替换蓝宝石衬底这一技术问题提供了很好的解决方案。但是激光剥离分解界面的氮化镓薄膜时会产生氮气，形成较大的冲击波，造成接受激光光斑的氮化镓薄膜四周开裂，因此不能得到大面积连续无损的氮化镓薄膜。
传统的正方形激光光斑进行激光剥离，为了保证氮化镓薄膜不产生裂纹，必须要将光斑面积设置得非常小，大大延长了加工时间和加工成本，使得这种正方形激光剥离方法不能用于剥离大面积连续氮化镓薄膜的实际生产。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备，包括：提供待剥离的发光机构和保护机构，所述发光机构包括：激光发生器以及从下到上依次层叠设置的第一衬底、位于所述第一衬底一侧的多量子阱吸收层、氮化镓外延层和波导结构，所述激光发生器用于对所述第一衬底进行激光剥离，所述氮化镓外延层包括N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层。
所述保护机构包括：从下到上依次层叠设置的第一垒层、第一变温层、第一阱层、第一变温保护层、第二垒层、第二变温层、第二阱层、第二变温保护层、第三垒层。
本发明一个较佳实施例中，在所述氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，且所述氧化层的材质为电绝缘材质。
本发明一个较佳实施例中，所述氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层与所述氮化镓器件的表面之间的角度大于90°。
本发明一个较佳实施例中，在氮化镓层的表面沉积过渡层，在过渡层表面制作转移衬底。
本发明一个较佳实施例中，所述保护机构还包括：设置在所述波导结构上的P型欧姆接触层。
本发明一个较佳实施例中，所述多量子阱吸收层用于吸收由波导结构泄漏到衬底中的光。
本发明一个较佳实施例中，所述多量子阱吸收层的量子阱数量为11-15。
本发明一个较佳实施例中，所述激光发生器射出激光的路径上具有孔径光阑，通过所述孔径光阑来调整所述激光的光斑大小。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明采用长条形平顶激光光斑进行扫描，在相同激光光斑面积的情况下，相比传统的正方形激光光斑，对剥离界面两边产生的冲击力矩要小得多，既能保证剥离大面积的氮化镓薄膜样品无裂纹，又能获得可接受的加工速率。同时，利用本发明也可以较快而有效地制备大面积的无裂纹连续氮化镓薄膜。
(2)本发明采用激光发生器对发光器件的第一衬底如蓝宝石衬底进行剥离，在剥离的过程中,激光发生器出射激光的路径上具有孔径光阑,从而可以通过调节孔径光闲的大小和位置来调整激光光斑的大小，进而可以采用尽可能小的光斑进行激光剥离，使得局部产生的氮化物较少,以提高衬底剥离的合格率。
(3)本发明中台阶的侧壁上的氧化层与氮化镓器件的表面之间的角度远大于90°。在对氮化镓器件的表面垫积的金属层进行刻蚀时，可以完全的去除掉该台阶的前后两侧的金属层，避免金属刻蚀中台阶的前后两侧的侧壁金属残留。有效的防止氮化镓器件的源级和漏极之间的短接互连。
(4)本发明有效的隔离氮化镓器件的栅极金属和导电沟道，从而保护该氮化镓器件的导电沟道，防止该氮化镓器件漏电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例的简单结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种氮化镓高精密飞秒绿光激光加工设备，包括：提供待剥离的发光机构和保护机构，发光机构包括：激光发生器以及从下到上依次层叠设置的第一衬底、位于第一衬底一侧的多量子阱吸收层、氮化镓外延层和波导结构，激光发生器用于对第一衬底进行激光剥离，氮化镓外延层包括N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层。
保护机构包括：从下到上依次层叠设置的第一垒层、第一变温层、第一阱层、第一变温保护层、第二垒层、第二变温层、第二阱层、第二变温保护层、第三垒层。
本发明一个较佳实施例中，在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，且氧化层的材质为电绝缘材质；在氮化镓层的表面沉积过渡层，在过渡层表面制作转移衬底。
本发明一个较佳实施例中，保护机构还包括：设置在波导结构上的P型欧姆接触层。多量子阱吸收层用于吸收由波导结构泄漏到衬底中的光。多量子阱吸收层的量子阱数量为11-15。激光发生器射出激光的路径上具有孔径光阑，通过孔径光阑来调整激光的光斑大小。
本发明一个较佳实施例中，采用长条形平顶激光光斑进行扫描，在相同激光光斑面积的情况下，相比传统的正方形激光光斑，对剥离界面两边产生的冲击力矩要小得多，既能保证剥离大面积的氮化镓薄膜样品无裂纹，又能获得可接受的加工速率。同时，利用本发明也可以较快而有效地制备大面积的无裂纹连续氮化镓薄膜。
本发明一个较佳实施例中，采用激光发生器对发光器件的第一衬底如蓝宝石衬底进行剥离，在剥离的过程中,激光发生器出射激光的路径上具有孔径光阑,从而可以通过调节孔径光闲的大小和位置来调整激光光斑的大小，进而可以采用尽可能小的光斑进行激光剥离，使得局部产生的氮化物较少,以提高衬底剥离的合格率。
本发明一个较佳实施例中，氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层与所述氮化镓器件的表面之间的角度大于90°。在对氮化镓器件的表面垫积的金属层进行刻蚀时，可以完全的去除掉该台阶的前后两侧的金属层，避免金属刻蚀中台阶的前后两侧的侧壁金属残留。有效的防止氮化镓器件的源级和漏极之间的短接互连。
本发明一个较佳实施例中，能够有效的隔离氮化镓器件的栅极金属和导电沟道，从而保护该氮化镓器件的导电沟道，防止该氮化镓器件漏电。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。