一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置及剥离方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113628960A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110855731.4(22)申请日2021.07.28(71)申请人山东大学地址250199山东省济南市历城区山大南路27号(72)发明人张雷刘磊张百涛王国栋叶帅何京良徐明升俞娇仙王守志胡小波徐现刚(74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司37219代理人张宏松(51)Int.Cl.H01L21/268(2006.01)H01L21/67(2006.01)H01L21/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置及剥离方法(57)摘要本发明提供一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置及剥离方法，包括固定加热炉和括激光器、光束整形器、振镜系统和成像设备，固定加热炉用于固定、加热待剥离样品，激光器发出的激光依次经过光束整形器、振镜系统照射到待剥离样品上，待剥离样品反射的照明光成像至成像设备上，实现剥离过程的实时监察。本发明的装置固定加热炉用于控制剥离的温度，缓解由激光照射与非照射区域温差引起的应力，提高完整剥离整片GaN单晶衬底的良率，可通过调整激光能量、光斑直径、剥离温度、扫描速度与扫描路径等参数调整剥离工艺，通过显微成像系统实现剥离过程的实时观察，可随时反馈剥离情况，调整剥离工艺，实现完整GaN单晶衬底的剥离。CN113628960ACN113628960A权利要求书1/1页1.一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，包括固定加热炉和激光加工成像设备，所述固定加热炉用于固定、加热待剥离样品，激光加工成像设备位于固定加热炉上方，所述激光加工成像设备为封闭结构；所述激光加工成像设备包括激光器、光束整形器、振镜系统和成像设备；激光器发出的激光依次经过所述光束整形器、所述振镜系统照射到所述待剥离样品上，待剥离样品反射的照明光成像至成像设备上，实现剥离过程的实时监察。2.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，激光器为全固态半导体激光器、KrF准分子激光器或灯泵浦激光器，激光器的发射波长为248‑355nm，优选的，激光器的发射波长为248nm、266nm或355nm。3.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，所述光束整形器包括：非球面的凸透镜和非球面的凹透镜；凹透镜位于激光器与凸透镜之间，凹透镜的焦距是所述凸透镜的焦距的1/3；所述光束整形器用于对由所述激光器发射的高斯光束进行整形，调整激光器发射出激光光斑大小，并使得整形后形成的均匀平顶光束入射至剥离样品上。4.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，所述振镜系统为三维(3D)振镜或二维(2D)振镜。5.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，所述的固定加热炉包括加热炉壳，炉壳内为加热炉腔体，加热炉腔体内设置有待剥离样品托台，炉壳的顶部设置有剥离窗口，炉壳与剥离窗口之间设置有水冷法兰，水冷法兰将剥离窗口与炉壳固定连接在一起，炉壳的底部设置有支撑板，用于支撑加热炉。6.根据权利要求5所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，固定加热炉连接有温控系统，用于控制加热炉的温度，固定加热炉的温度实现室温到900℃连续可调，并且升温速度在1‑15℃/min调控。7.根据权利要求6所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，剥离窗口的形状与炉壳相匹配，剥离窗口为蓝宝石窗口片、CaF2窗口片或石英玻璃。8.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，待剥离样品托台为可调高度样品托台。9.根据权利要求1所述的蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离装置，其特征在于，炉壳上设置有加热电阻丝，炉壳的上部还设置有风冷装置。10.一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离方法，采用权利要求1所述的装置进行，包括步骤如下：1)打开激光器红光指示灯进行标定，使激光扫描到待剥离样品整个表面，设置激光线扫描速度为1.5mm/min，光斑直径调整为2mm；2)打开固定加热炉，使固定加热炉以3‑8℃/min的升温速率升温到820‑860℃，打开激光器发射激光，按步骤1)设定的扫描路径和扫描速度，激光器发出的激光依次经过光束整形器、振镜系统照射到所述待剥离样品上，待剥离样品反射的照明光成像至成像设备上，实现剥离过程的实时监察；3)剥离结束后，固定加热炉降温，降到室温时，取出剥离完成样品。2CN113628960A说明书1/5页一种蓝宝石模板上GaN单晶衬底高温激光剥离