CN208889638U - 一种加热激光剥离设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加热激光剥离设备，包括激光剥离设备本体，所述激光剥离设备本体包括设置于下端的移动平台，所述移动平台设置有加热底座，所述加热底座上设置有样品台，所述加热底座包括设置于所述样品台下方且用于给所述样品台加热的电加热装置，所述样品台下端还设置有用于检测样品台温度的温度传感器，所述样品台上方罩有保温罩，所述保温罩的顶端与所述样品台所对应的位置上设置有方便激光穿过的隔热透明窗。本实用新型的加热激光剥离设备，为剥离GaN外延片提供合适的温度环境，解决了蓝宝石衬底上生长的GaN外延片的残存应力问题，避免剥离时易碎裂的情况发生。

Description

一种加热激光剥离设备

技术领域

本实用新型涉及一种加热激光剥离设备。

背景技术

以GaN以及InGaN、AlGaN为主的Ⅲ/Ⅴ氮化物是近年来备受关注的半导体材料，是半导体照明中发光二极管的核心组成部份，其1.9～6.2eV连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等，等特性，使其成为激光器，发光二极管等等光电子器件的最优选材料。

然而，由于GaN(氮化镓)本身生长技术的限制，现今的大面积GaN材料大多生长在蓝宝石衬底上。虽然蓝宝石衬底上生长的GaN质量很高，应用也最广，可是由于蓝宝石的不导电及较差的导热特性，极大的限制了GaN(第三代半导体材料)基半导体器件的发展。为了回避这一劣势，蓝宝石生长GaN基器件后，将蓝宝石去除，并更换高导热、高导电的Si，Cu等衬底的方法被实用新型了。在蓝宝石去除的过程中，主要应用的方法就是激光剥离技术。虽然蓝宝石衬底上生长的GaN质量很高，应用也非常广泛，可是，由于蓝宝石衬底和GaN晶体是异质材料，两者的晶格常数以及热膨胀系数存在很大不同，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数失配度超过14％，热失配度相差一倍多，这样大的晶格失配度以及热胀差别必然会引起在蓝宝石衬底上生长GaN外延片的残存应力问题，剥离时容易碎裂。

在激光剥离中，剥离GaN厚度在4-5微米时，剥离过程中的碎裂问题并不严重，而厚度超过50微米时，使用普通的剥离方式想要完整的剥离下来GaN薄膜就非常困难，会产生碎裂。

专利号为“200910136458.9”的实用新型专利公开了一种“固体激光剥离和切割一体化设备”，其是通过激光剥离GaN外延片，但是发现其由于缺少给剥离环境提供适宜温度的加热加热装置，导致容易引起在蓝宝石衬底上生长GaN外延片的残存应力问题，剥离时容易碎裂。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种加热激光剥离设备，以解决蓝宝石衬底上生长的GaN外延片的残存应力问题，避免剥离厚度超过50微米时剥离时易碎裂的情况发生。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种加热激光剥离设备，包括激光剥离设备本体，所述激光剥离设备本体包括设置于下端的移动平台，所述移动平台设置有加热底座，所述加热底座上设置有样品台，所述加热底座包括设置于所述样品台下方且用于给所述样品台加热的电加热装置，所述样品台下端还设置有用于检测样品台温度的温度传感器，所述样品台上方罩有保温罩，所述保温罩的顶端与所述样品台所对应的位置上设置有方便激光穿过的隔热透明窗。

进一步的，所述激光剥离设备本体包括固体激光器，光束整形镜，扩束镜，振镜电机，振镜镜片，场镜和机器视觉系统，还包括工控电脑及控制软件，所述光束整形镜位于所述固体激光器下方，所述扩束镜，振镜镜片、振镜电机和场镜、光束整形镜位于所述固体激光器之后，将所述固体激光器发出的激光束整形，所述振镜电机位于场镜之前，依控制软件发出的指令控制所述振镜镜片的动作，从而实现不同的扫描路径和切割路径，所述移动平台位于所述固体激光器下方，所述控制软件运行于所述工控电脑之上。

进一步的，所述保温罩的下端卡接固定于所述加热底座上端的凹槽内。

进一步的，所述保温罩的周侧内壁内设置有空腔，所述空腔内缠绕设置有冷却水循环管，其中所述冷却水循环管的进水口和出水口分别位于所述保温罩的外壁上。

进一步的，所述温度传感器为热电偶。

进一步的，所述电加热装置为电加热丝或电加热片或电加热灯。

进一步的，所述温度传感器和电加热装置分别与工程电脑连接。

进一步的，所述电加热装置用于将所述样品台在3-5min内加热至800-1200℃，如900℃或1000℃。

进一步的，所述保温罩与加热底座之间构成的加热腔体的高度为300-500mm,优选300-400mm。

进一步的，所述透明窗为不吸收激光的隔热透镜或隔热玻璃.

其中所述光束整形镜把激光光斑整形为不同几何形状的小光斑。在本实用新型的固体激光剥离和切割一体化设备中，所述几何形状包括正方形、长方形、圆形、椭圆形、五边形和六边形。小光斑周长为3-1000微米的正方形光斑。小光斑为直径3-300微米的圆形光斑。小光斑中心能量最强，向四周能量逐渐变弱。所述机器视觉系统包括成像镜头，CCD，视频采集卡，移动工作台。同时具有剥离和切割的功能。所述光束扩束镜与所述光束整形镜同时工作。在本实用新型的固体激光剥离和切割一体化设备中，所述光束扩束镜与所述光束整形镜分时工作。所述的激光器同时用于剥离和切割。所使用的激光器为波长小于400nm的DPSS固体激光器。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：

由于蓝宝石衬底和GaN晶体是异质材料，两者的晶格常数以及热膨胀系数存在很大不同，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数失配度超过14％，热失配度相差一倍多，这样大的晶格失配度以及热胀差别必然会引起在蓝宝石衬底上生长GaN外延片的残存应力问题，剥离时容易碎裂，通过加热装置给采用激光剥离剥离GaN外延片时的样品台提供合适的温度环境(3-5min内加热至800-1000℃，该温度下能最大限度的保证剥离效果同时避免对隔热透明窗的透光性的影响)，降低由于两者的晶格常数以及热膨胀系数存在很大不同导致GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数热失配度过高的问题，同时通过保温罩将样品台罩住，使其处于一个封闭的加热腔体，保证剥离效果，进一步降低剥离时容易碎裂的风险，腔体腔体高度为300-500mm(优选300-400mm)，避免高度太低粉尘易污染窗口，同时避免由于高度太低导致透镜由于热辐射变性导致透光率改变甚至碎裂；隔热透明窗能够方便激光穿过且不吸收激光，激光能量无损失，并且其隔热性好能够有效的保护激光头避免激光头在过高的热量下损坏。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型加热激光剥离设备的移动平台上的加热装置的结构示意图；

图2为冷却水循环管的示意图；

附图标记说明：1-加热底座；2-电加热装置；3-样品台；4-热电偶；5-保护罩；6-隔热透镜；7-进水口；8-出水口；9-冷却水循环管；10-移动平台。

具体实施方式

一种加热激光剥离设备，包括激光剥离设备本体(激光剥离设备本体的具体结构和使用方法参见背景技术中的专利)，所述激光剥离设备本体包括设置于下端的移动平台10，如图1所示，所述移动平台10上设置有加热底座1，所述加热底座1上设置有样品台，所述加热底座1包括设置于所述样品台3下方且用于给所述样品台3加热的电加热装置2，所述样品台3下端还设置有用于检测样品台3温度的热电偶4，所述样品台3上方罩有保温罩5，所述保温罩5的顶端与所述样品台3所对应的位置上设置有方便激光穿过的隔热透镜6。

本实施例中，所述保温罩6的下端卡接固定于所述加热底座1上端的凹槽101内。如图2所示，所述保温罩5的周侧内壁内设置有空腔，所述空腔内缠绕设置有冷却水循环管9，其中所述冷却水循环管9的进水口7和出水口8分别位于所述保温罩5的外壁上。所述电加热装置2为电加热丝或电加热片，如镍铬合金点加热丝。所述热电偶4和电加热装置2分别与工程电脑连接，工程电脑用于根据热电偶4的反馈控制电加热装置2的工作状态。所述电加热装置2用于将所述样品台在3-5min内加热至600-1500℃，优选800-1200℃，如800℃、900℃、1000℃等。涉及的控制电路为本领域的常规技术手段，在此并未过多的赘述。

使用时，将生长GaN材料的蓝宝石衬底上放置于样品台3上，然后罩上保护罩5，启动电加热装置2，待加热至设定温度，热电偶反馈信号给工程电脑，控制电加热装置停止加热，然后用通过激光头发生激光透过隔热透镜6扫描照射生长GaN材料的蓝宝石衬底，以达到剥离GaN外延片的目的。由于GaN外延片时位于合适的温度环境，避免了由于GaN材料和蓝宝石衬底的晶格常数以及热膨胀系数存在很大不同导致二者之间的晶格常数热失配度过高的问题。而且隔热透镜6能够方便激光穿过且有效的保护激光头，避免激光头在过高的热量下损坏。

实施例1

一种加热激光剥离设备，包括激光剥离设备本体(激光剥离设备本体的具体结构和使用方法参见背景技术中的专利)，所述激光剥离设备本体包括设置于下端的移动平台10，如图1所示，所述移动平台10上设置有加热底座1，所述加热底座1上设置有样品台，所述加热底座1包括设置于所述样品台3下方且用于给所述样品台3加热的电加热装置2，所述样品台3下端还设置有用于检测样品台3温度的热电偶4，所述样品台3上方罩有保温罩5，所述保温罩5的顶端与所述样品台3所对应的位置上设置有方便激光穿过的隔热透镜6。所述保温罩6的下端卡接固定于所述加热底座1上端的凹槽101内。如图2所示，所述保温罩5的周侧内壁内设置有空腔，所述空腔内缠绕设置有冷却水循环管9，其中所述冷却水循环管9的进水口7和出水口8分别位于所述保温罩5的外壁上。所述电加热装置2为电加热丝或电加热片，如镍铬合金点加热丝。所述热电偶4和电加热装置2分别与工程电脑连接，工程电脑用于根据热电偶4的反馈控制电加热装置2的工作状态。所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至900℃。

实施例2

其它均与实施例1相同，不同之处在于未使用保温罩6形成封闭的加热腔体。

实施例3

其它均与实施例1相同，不同之处在于所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至600℃或700℃。

实施例4

其它均与实施例1相同，不同之处在于所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至1300℃。

实施例5

其它均与实施例1相同，不同之处在于所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至1600℃。

实施例6

其它均与实施例1相同，不同之处在于未采用所述电加热装置2对所述样品台加热。

实施例7

其它均与实施例1相同，不同之处在于所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至1200℃。

实施例8

其它均与实施例1相同，不同之处在于所述电加热装置2将所述样品台在4min内加热至800℃。

各实施例的结果如下表所示：

在实际工作中激光剥离时，剥离GaN厚度在4-5微米时，剥离过程中的碎裂问题并不严重，而厚度超过50微米时，使用普通的剥离方式想要完整的剥离下来GaN薄膜就非常困难，会产生碎裂。本实用新型经过大量的研究和实践发现，在剥离厚度超过50微米时，通过对样品台加热至800-1200℃并采用保温罩形成保温(加热)腔保温，可以有效的避免采用普通的剥离方式完整的将GaN薄膜剥离下来时产生碎裂的问题，并且剥离效果稳定性高，试验20次剥离，无一次碎裂现象；而不加热时，试验20次剥离，出现12次碎裂；而加热但不保温时，试验20次剥离，出现6次碎裂。可见通过对样品台加热至800-1200℃并采用保温罩形成保温(加热)腔保温，有效的避免采用普通的剥离方式完整的将厚度超过50微米的GaN薄膜剥离下来时产生碎裂的问题。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种加热激光剥离设备，包括激光剥离设备本体，所述激光剥离设备本体包括设置于下端的移动平台，其特征在于：所述移动平台设置有加热底座，所述加热底座上设置有样品台，所述加热底座包括设置于所述样品台下方且用于给所述样品台加热的电加热装置，所述样品台下端还设置有用于检测样品台温度的温度传感器，所述样品台上方罩有保温罩，所述保温罩的顶端与所述样品台所对应的位置上设置有方便激光穿过的隔热透明窗。

2.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述激光剥离设备本体包括固体激光器，光束整形镜，扩束镜，振镜电机，振镜镜片，场镜和机器视觉系统，还包括工控电脑及控制软件，所述光束整形镜位于所述固体激光器下方，所述扩束镜，振镜镜片、振镜电机和场镜、光束整形镜位于所述固体激光器之后，将所述固体激光器发出的激光束整形，所述振镜电机位于场镜之前，依控制软件发出的指令控制所述振镜镜片的动作，从而实现不同的扫描路径和切割路径，所述移动平台位于所述固体激光器下方，所述控制软件运行于所述工控电脑之上。

3.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述保温罩的下端卡接固定于所述加热底座上端的凹槽内。

4.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述保温罩的周侧内壁内设置有空腔，所述空腔内缠绕设置有冷却水循环管，其中所述冷却水循环管的进水口和出水口分别位于所述保温罩的外壁上。

5.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述温度传感器为热电偶。

6.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述电加热装置为电加热丝或电加热片或电加热灯。

7.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述温度传感器和电加热装置分别与工程电脑连接。

8.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述电加热装置用于将所述样品台在3-5min内加热至800-1200℃。

9.根据权利要求1所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述保温罩与加热底座之间构成的加热腔体的高度为300-500mm。

10.根据权利要求7所述的加热激光剥离设备，其特征在于：所述透明窗为隔热透镜或玻璃。