CN103378228A - 剥离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供剥离方法，能均匀破坏缓冲层，可靠地剥离外延基板。该剥离方法将在外延基板正面隔着由Ga化合物构成的缓冲层而层叠了光器件层的光器件晶片的光器件层转移到转移基板，包括：转移基板接合工序，在光器件层的表面接合转移基板；缓冲层破坏工序，从外延基板的背面侧向缓冲层照射脉冲激光光线，破坏缓冲层；光器件层转移工序，从光器件层剥离外延基板而将光器件层转移到转移基板，缓冲层破坏工序包括：Ga层形成工序，照射具有第1输出的脉冲激光光线而使Ga从Ga化合物析出，在外延基板与缓冲层的边界面形成Ga层；气体层形成工序，照射具有比第1输出高的第2输出的脉冲激光光线来破坏Ga层正下方的Ga化合物，在Ga层与外延基板之间形成气体层。

Description

剥离方法
技术领域
本发明涉及将光器件晶片的光器件层转移到转移基板的剥离方法，其中，所述光器件晶片是在蓝宝石基板、碳化硅等外延基板的表面上隔着缓冲层而层叠了光器件层。
背景技术
在光器件制造工序中，在大致圆板形状的蓝宝石基板、碳化硅等外延基板的表面上隔着缓冲层而层叠包含由GaN（氮化镓）或者INGaP（磷化镓铟）或ALGaN（氮化镓铝）构成的n型半导体层和p型半导体层的光器件层，并在由形成为格子状的多个间隔道划分的多个区域中，形成发光二极管、激光二极管等光器件而构成光器件晶片。然后，沿着间隔道分割光器件晶片从而制造出各个光器件（例如，参照专利文献1）。
另外，作为提高光器件亮度的技术，在下述专利文献2中公开了如下所述的称为剥离的制造方法：针对在构成光器件晶片的蓝宝石基板、碳化硅等外延基板的正面隔着缓冲层而层叠的由n型半导体层和p型半导体层形成的光器件层，隔着AuSu（金锡）等接合金属层接合转移基板，从外延基板的背面侧照射透射过外延基板并由缓冲层吸收的波长（例如248mn）的激光光线来破坏缓冲层，从光器件层剥离外延基板，从而将光器件层转移到转移基板。
【专利文献1】日本特开平10-305420号公报
【专利文献2】日本特开2004-72052号公报
然而，虽然从外延基板的背面侧将聚光点定位于缓冲层而照射激光光线时，构成缓冲层的GaN或者INGaP或ALGaN分解为Ga和N2等气体，由此来破坏缓冲层，但如果存在外延基板的厚度偏差、缓冲层的厚度偏差，则存在GaN或者INGaP或ALGaN分解为Ga和N2等气体的区域、和未分解的区域，在缓冲层的破坏中发生不均匀而存在无法适当地剥离外延基板的问题。
另外，在为了提高光器件的品质而在外延基板的表面上形成了凹凸的情况下，激光光线被凹凸的壁所遮挡而抑制了缓冲层的破坏，存在外延基板的剥离变得困难的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要技术课题在于，提供能够均匀地破坏缓冲层，可靠地剥离外延基板的剥离方法。
为了解决上述主要技术课题，根据本发明，提供一种剥离方法，将光器件晶片的光器件层转移到转移基板，所述光器件晶片是在外延基板的正面隔着由含有Ga的Ga化合物构成的缓冲层而层叠了光器件层，其特征在于，该剥离方法包括：
转移基板接合工序，在光器件晶片的光器件层的表面上隔着接合金属层而接合转移基板；
缓冲层破坏工序，从接合有转移基板的光器件晶片的外延基板的背面侧向缓冲层照射对于外延基板具有透射性且对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线，破坏缓冲层；以及
光器件层转移工序，在实施了该缓冲层破坏工序之后，从光器件层剥离外延基板而将光器件层转移到转移基板上，
该缓冲层破坏工序包括：Ga层形成工序，照射具有第1输出的脉冲激光光线，使得Ga从Ga化合物中析出而在外延基板与缓冲层之间的边界面处形成Ga层；以及气体层形成工序，照射具有比该第1输出高的第2输出的脉冲激光光线来破坏Ga层正下方的Ga化合物，在Ga层与外延基板之间形成气体层。
将具有上述第1输出的脉冲激光光线的能量密度设定为0.125～0.5J/cm2，将具有上述第2输出的脉冲激光光线的能量密度设定为0.55～1.OJ/cm2。
在本发明的剥离方法中，缓冲层破坏工序从外延基板的背面侧向缓冲层照射对于外延基板具有透射性并对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线，来破坏缓冲层，该缓冲层破坏工序包括：Ga层形成工序，其照射具有第1输出的脉冲激光光线，使得Ga从Ga化合物中析出而在外延基板与缓冲层之间的边界面处形成Ga层；以及气体层形成工序，照射具有比该第1输出高的第2输出的脉冲激光光线而破坏Ga层正下方的Ga化合物，在Ga层与外延基板之间形成气体层，因此，在Ga层与外延基板之间均匀地形成了气体层，从而使得由缓冲层实现的外延基板与光器件层的结合功能完成丧失。因此，通过向背离转移基板的方向提起外延基板，能够容易地从光器件层剥离外延基板。因此，即使在外延基板的表面上形成有凹凸的情况下，也能够利用Ga层与外延基板之间形成的气体层，使得由缓冲层实现的外延基板与光器件层的结合功能完全丧失，从而能够容易地从光器件层剥离外延基板。
附图说明
图1是形成有待通过本发明的剥离方法转移到转移基板的光器件层的光器件晶片的立体图和要部放大剖视图。
图2是在图1所示的光器件晶片的光器件层的表面上接合转移基板的转移基板接合工序的说明图。
图3是用于实施本发明的剥离方法中的缓冲层破坏工序的激光加工装置的立体图。
图4是示出本发明的剥离方法的缓冲层破坏工序中的Ga层形成工序的说明图。
图5是放大地示出实施了图4所示的Ga层形成工序后的光器件晶片的要部的剖视图。
图6是放大地示出实施了本发明的剥离方法的缓冲层破坏工序中的气体层形成工序后的光器件晶片的要部的剖视图。
图7是示出本发明的剥离方法中的光器件层转移工序的说明图。
标号说明
2：光器件晶片
21：外延基板
22：光器件层
23：缓冲层
231：Ga层
232：气体层
3：转移基板
4：接合金属层
200：复合基板
5：激光加工装置
51：激光加工装置的卡盘台
52：激光光线照射单元
522：聚光器
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的剥离方法的优选实施方式。
在图1的（a）和（b）中示出了形成有待通过本发明的剥离方法转移到转移基板的光器件层的光器件晶片的立体图以及要部放大剖视图。
关于图1的（a）和（b）所示的光器件晶片2，在由直径为50mm且厚度为600μｍ的圆板形状的蓝宝石基板构成的外延基板21的正面2la上，通过外延生长法形成有由n型氮化镓半导体层221和p型氮化镓半导体层222构成的光器件层22。另外，当在外延基板21的表面上通过外延生长法来层叠由n型氮化镓半导体层221和p型氮化镓半导体层222构成的光器件层22时，在外延基板21的正面2la与形成光器件层22的n型氮化镓半导体层221之间形成由氮化镓（GaN）构成的厚度为例如1μm的缓冲层23。关于如上所述构成的光器件晶片2，在图示的实施方式中光器件层22的厚度形成为例如10μm。另外，如图1的（a）所示，在光器件层22中，在由形成为格子状的多个间隔道223划分的多个区域中形成有光器件224。
如上所述，为了从光器件层22剥离光器件晶片2的外延基板21并转移到转移基板上，实施在光器件层22的表面22a上接合转移基板的转移基板接合工序。即，如图2的（a）、（b）以及（c）所示，在构成光器件晶片2的外延基板21的正面2la上形成的光器件层22的表面22a上，隔着由金锡（AuSu）构成的接合金属层4而接合由厚度为1mm的铜基板构成的转移基板3。另外，作为转移基板3，可以使用钼（Mo）、硅（Si）等，另外，作为形成接合金属层4的接合金属，可以使用金（Au）、铂（Pt）、铬（Cr）、铟（In）、钯（Pd）等。在该转移基板接合工序中，在外延基板21的正面2la上形成的光器件层22的表面22a或者转移基板3的表面3a上蒸镀上述接合金属而形成厚度为3μｍ左右的接合金属层4，并且使该接合金属层4与转移基板3的表面3a或者光器件层22的表面22a相对地压接，从而在构成光器件晶片2的光器件层22的表面22a上，隔着接合金属层4而接合转移基板3的表面3a，形成复合基板200。
当如上所述地在构成光器件晶片2的光器件层22的表面22a上隔着接合金属层4接合转移基板3的表面3a而形成了复合基板200后，实施如下的缓冲层破坏工序：从外延基板21的背面侧向缓冲层23照射对于外延基板21具有透射性且对于缓冲层23具有吸收性的波长的脉冲激光光线，破坏缓冲层。在本发明中，该缓冲层破坏工序包括如下工序：Ga层形成工序，照射具有第1输出的脉冲激光光线，使得Ga从Ga化合物中析出而在外延基板与缓冲层之间的边界面处形成Ga层；以及气体层形成工序，照射具有比该第1输出高的第2输出的脉冲激光光线，破坏Ga层正下方的Ga化合物而在Ga层与外延基板之间形成气体层。
上述的Ga层形成工序和气体层形成工序是利用图3所示的激光加工装置5来实施的。图3所示的激光加工装置5具备：保持被加工物的卡盘台51；以及对保持在该卡盘台51上的被加工物照射激光光线的激光光线照射单元52。卡盘台51构成为吸引保持被加工物，通过未图示的加工进给单元而在图3中箭头X所示的加工进给方向上移动，并且通过未图示的分度进给单元而在图3中箭头Y所示的分度进给方向上移动。
上述激光光线照射单元52包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体521。在壳体521内设置有具备未图示的脉冲激光光线振荡器和重复频率设定单元的脉冲激光光线振荡单元。在上述壳体521的前端部安装有用于对由脉冲激光光线振荡单元振荡产生的脉冲激光光线进行聚光的聚光器522。另外，激光光线照射单元52具有用于对由聚光器522聚光的脉冲激光光线的聚光点位置进行调整的聚光点位置调整单元（未图示）。
首先利用上述激光加工装置5实施Ga层形成工序。为了实施Ga层形成工序，如图3所示，在卡盘台51的上表面（保持面）载置上述复合基板200的转移基板3侧。并且，通过未图示的吸引单元，在卡盘台51上吸附保持复合基板200（晶片保持工序）。因此，对于保持于卡盘台51上的复合基板200而言，构成光器件晶片2的外延基板21的背面2lb成为上侧。当如上所述地在卡盘台51上吸引保持了复合基板200后，实施如下所述的Ga层形成工序：使未图示的加工进给单元工作，将卡盘台51移动到激光光线照射单元52的聚光器522所处的激光光线照射区域，从上述外延基板21的背面2lb（上表面）侧向缓冲层23照射对于蓝宝石具有透射性且对于氮化镓（GaN）具有吸收性的波长的、具有第1输出（例如能量密度为0.125～0.5J/cm2）的脉冲激光光线，使得Ga从Ga化合物中析出而在外延基板21与缓冲层23之间的边界面处形成Ga层。在该Ga层形成工序中，如图4的（a）所示，将卡盘台51移动到激光光线照射单元52的聚光器522所处的激光光线照射区域，将一端（图4的（a）中的左端）定位在激光光线照射单元52的聚光器522的正下方。然后，使激光光线照射单元52工作，一边从聚光器522照射脉冲激光光线，一边使卡盘台51以规定的加工进给速度在图4的（a）中箭头X1所示的方向上移动。并且，如图4的（c）所示，当外延基板21的另一端（图4的（c）中的右端）到达激光光线照射单元52的聚光器522的照射位置时，停止脉冲激光光线的照射，并停止卡盘台51的移动。在与缓冲层23的整个面对应的区域中实施该激光光线照射工序。
另外，在上述Ga层形成工序中，也可以将聚光器522定位于外延基板21的最外周，一边旋转卡盘台51一边使聚光器522向中心移动，从而对缓冲层23的整个面照射脉冲激光光线。
利用准分子激光来实施上述Ga层形成工序的加工条件例如设定为如下。
Figure BDA00003081790800061
如图5所示，通过根据上述加工条件来实施Ga层形成工序，从而在外延基板21与缓冲层23的边界面处，从构成缓冲层23的氮化镓（GaN）析出了Ga而形成Ga层231。此时，将照射到缓冲层23的脉冲激光光线的第1输出的能量密度设定为0.125～0.5J/cm2是非常重要的。即，如果照射到缓冲层23的脉冲激光光线的能量密度比0.125J/cm2低，则不能使Ga从构成缓冲层23的氮化镓（GaN）析出，另一方面，如果照射到缓冲层23的脉冲激光光线的能量密度比0.5高，则构成缓冲层23的氮化镓（GaN）被破坏，不能从氮化镓（GaN）析出Ga而均匀地形成Ga层。因此，在Ga层形成工序中，将照射到缓冲层23的脉冲激光光线的第1输出的能量密度设定为0.125～0.5J/cm2是非常重要的。
在实施了上述的Ga层形成工序后，实施如下的气体层形成工序：照射具有比上述第1输出高的第2输出（例如能量密度为0.55～1.OJ/cm2）的脉冲激光光线来破坏Ga层231正下方的Ga化合物，在Ga层231与外延基板21之间形成气体层。另外，气体层形成工序可以与上述图2所示的Ga层形成工序同样地实施。另外，在气体层形成工序中，也可以将聚光器522定位在外延基板21的最外周，一边旋转卡盘台51一边使聚光器522向中心移动，从而向Ga层231正下方的缓冲层23的整个面照射脉冲激光光线。
利用准分子激光来实施上述气体层形成工序的加工条件例如设定为如下。
通过根据上述加工条件来实施气体层形成工序，从而如图6所示，破坏Ga层231正下方的Ga化合物，在Ga层231与外延基板21之间形成气体层232。此时，将照射到Ga层231正下方的缓冲层23的脉冲激光光线的第2输出的能量密度设定为0.55～1.OJ/cm2是非常重要的。即，如果照射到Ga层231正下方的缓冲层23的脉冲激光光线的能量密度比0.55J/cm2低，则会破坏构成缓冲层23的氮化镓（GaN），不能够产生足够的气体，另一方面，如果照射到缓冲层23的脉冲激光光线的能量密度比1.0高，则构成缓冲层23的氮化镓（GaN）的破坏严重，在Ga层231与外延基板21之间不能够均匀地形成气体层232。因此，在气体层形成工序中，将照射到Ga层231正下方的缓冲层23的脉冲激光光线的第1输出的能量密度设定为0.55～1.OJ/cm2是非常重要的。
接着，对Ga层形成工序和气体层形成工序的其他实施方式进行说明。
虽然在上述的Ga层形成工序和气体层形成工序的实施方式中，示出了使用准分子激光作为脉冲激光光线的光源的例子，但是在下面所述的实施方式中，对利用了YAG激光作为脉冲激光光线的光源的Ga层形成工序和气体层形成工序的加工条件进行说明。
利用YAG激光来实施Ga层形成工序的加工条件例如设定为如下。
Figure BDA00003081790800081
通过根据上述加工条件来实施Ga层形成工序，从而如上述图5所示，在外延基板21与缓冲层23之间的边界面处，从构成缓冲层23的氮化镓（GaN）析出了Ga而形成Ga层231。此时，关于照射到缓冲层23上的脉冲激光光线的第1输出，基于与上述实施方式相同的原因，将其能量密度设定为0.125～0.5J/cm2是非常重要的。
利用YAG激光来实施气体层形成工序的加工条件例如设定为如下。光源：YAG激光
如图6所示，通过根据上述加工条件来实施气体层形成工序，从而破坏Ga层231正下方的Ga化合物而在Ga层231与外延基板21之间均匀地形成气体层232。此时，关于照射到Ga层231正下方的缓冲层23上的脉冲激光光线的第2输出，基于与上述实施方式相同的原因，将其能量密度设定为0.55～1.OJ/cm2是非常重要的。
在实施了包括上述的Ga层形成工序和气体层形成工序在内的缓冲层破坏工序后，实施光器件层转移工序：从光器件层22剥离外延基板21而将光器件层22转移到转移基板3。
如图7所示，在该光器件层转移工序中，通过向背离转移基板3的方向提起外延基板21，能够容易地从光器件层22剥离外延基板21。即，通过实施上述的Ga层形成工序和气体层形成工序，在Ga层231与外延基板21之间均匀地形成了气体层232，因此，由缓冲层23实现的外延基板21与光器件层22的结合功能完全丧失。因此，通过向背离转移基板3的方向提起外延基板21，能够容易地从光器件层22剥离外延基板21。因此，即使在外延基板21的表面上形成有凹凸的情况下，也能够利用Ga层231与外延基板21之间形成的气体层232，使得由缓冲层23实现的外延基板21与光器件层22的结合功能完全丧失，因此能够容易地从光器件层22剥离外延基板21。

Claims (2)

1.一种剥离方法，将光器件晶片的光器件层转移到转移基板上，所述光器件晶片是在外延基板的正面隔着由含有Ga的Ga化合物构成的缓冲层而层叠了光器件层，其特征在于，该剥离方法包括：
转移基板接合工序，在光器件晶片的光器件层的表面上隔着接合金属层而接合转移基板；
缓冲层破坏工序，从接合有转移基板的光器件晶片的外延基板的背面侧向缓冲层照射对于外延基板具有透射性且对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线，破坏缓冲层；以及
光器件层转移工序，在实施了该缓冲层破坏工序之后，从光器件层剥离外延基板而将光器件层转移到转移基板上，
该缓冲层破坏工序包括：Ga层形成工序，照射具有第1输出的脉冲激光光线，使得Ga从Ga化合物中析出而在外延基板与缓冲层之间的边界面处形成Ga层；以及气体层形成工序，照射具有比该第1输出高的第2输出的脉冲激光光线来破坏Ga层正下方的Ga化合物，在Ga层与外延基板之间形成气体层。
2.根据权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，
将具有该第1输出的脉冲激光光线的能量密度设定为0.125J/cm2～0.5J/cm2，将具有该第2输出的脉冲激光光线的能量密度设定为0.55J/cm2～1.OJ/cm2。
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