剥离AlGaN薄膜
2022/12/29 7:41:00 材料来源：化合物半导体
当高压水施加到AlGaN异质结构的特征AlN纳米柱时，可以实现器件层从衬底上剥离下来。
缺少一种令人满意的剥离绝缘衬底方法，是实现AlGaN垂直器件的关键障碍。但是日本的一个工程师团队创新了一种方法解决了此难题。他们将基于AlGaN的器件浸入水中加热到115°C，同时加压到170千帕实现了剥离。
这种方法是由明治大学、三重大学和大阪大学合作开创的�；�AlGaN的LED起初仿照高功率氮化镓架构中所用的激光剥离技术。请注意，将激光剥离应用到基于AlGaN的LED上并不理想，因为铝液滴形成抑制了剥离;而另一个技术途径就是电化学蚀刻，需要通电流，限制了剥离面积的大小。故该团队希望其方法，是基于高1.2毫米，宽400纳米，1微米周期的三角形纳米柱上的异质AlGaN薄膜，其适用于制造高功率UV LED和激光器。这样的器件可以用于多种场合，包括杀菌、生物技术、医药加工等。日本合作者明治大学的Iwaya告诉化合物半导体，他们这个方法起源于一个学生在器件工艺前对外延片的加热清洗操作，意外发现有部分薄膜剥落了，并在各种显微镜下发现了剥离界面有反应层的形成。只有少数文献报道过这种水和AlN和AlGaN的单晶间的反应。“但我知道水会和粉末或多晶AlN发生反应，所以我想这也许是AlN和AlGaN的氮面与水发生了反应”Iwaya说。我想这或许可以应用于衬底剥离。”
基于这个想法，Iwaya和他的同事们考虑水是如何渗透到只有几百纳米大小的空隙里的。任何尝试都受到表面张力的阻碍。为了解决这个问题，团队使用了一种方法，灵感来自很多年前Iwaya观看的电视片段，是关于如何将一种液体引入酱汁瓶-由研究人员将样本先浸泡在加水的烧杯里，然后再放其放置在一个密闭的聚碳酸酯容器里，抽真空，并保持真空5小时。因此成功的另一个关键是给水加压。“我们不确定这在实验上是否可行，所以我们用了家用电压力锅。Iwaya补充道，这是他们想到能增加压力的装置，因为这可能会加速这个反应过程。Iwaya相信，方法经改进-已实现剥离了仅有少量附加位错的1平方厘米样品，根据TEM观察-这项技术可以用于AlGaN器件的批量生产。目前最耗时的过程包括在纳米柱间注水。“如果水的粘度可以通过增加空隙大小来降低，或者混合粘性较小的液体，如乙醇，来实现注水所需时间的缩短”Iwaya说。
该团队的计划还包括:澄清剥离机制;增加剥离的直径，理想情况下达到2英寸晶圆;和发展垂直结构UV LED和UV LD。“我们还在研究生产更薄的LED，可以实现高光提取效率,这已经应用到蓝色LED上了，”Iwaya补充道。
横截面TEM图像，AlGaN基异质结构表明剥离需要在AlN纳米柱区域。
参考文献
E. Matsubara et al. Appl. Phys. Express 15 116502 (2022)
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