激光剥离GaN表面纳米级平整度的控制

利用激光辐照实现蓝宝石与GaN外延片界面处纳米级GaN的分解，以此来实现蓝宝石与GaN外延片的分离，获得具有纳米级粗糙度GaN表面以及可以重复利用的蓝宝石衬底。通过研究激光功率密度、光斑形状、扫描轨迹、键合状态以及GaN外延片结构等参数对剥离样品的影响，并结合理论模拟结果，寻找获得晶体完整、表面平整、均匀性好的激光剥离工艺条件，实现激光剥离GaN表面纳米级平整度的控制。结合晶片键合技术，将LED转移至高电导率、热导率的衬底上，可以实现GaN基转移衬底LED的制作，从而解决GaN基大功率LED效率、散热及成本的瓶颈，为加快半导体照明产业化进程做出贡献。另外，利用激光剥离技术，还可以研制GaN基垂直腔面发射激光器（VCSEL）及共振腔发光二极管(RCLED)等新型、高性能器件，为GaN基发光器件开辟新的应用领域。

本项目针对研制III族氮化物光电子器件的关键工艺--激光剥离技术进行研究。该技术是利用激光辐照使蓝宝石与GaN外延片界面处的GaN分解，进而实现蓝宝石与GaN外延薄膜的分离。通过研究激光剥离工艺参数对剥离后GaN表面的影响，实现激光剥离GaN表面纳米级粗糙度的控制。该技术可用于研制GaN基发光二极管（LED）、共振腔发光管（RCLED）以及面发射激光器（VCSEL）等新型III族氮化物半导体光电子器件。这些器件在照明、通信、存储、显示等领域具有广阔的应用前景。通过本项目的研究，主要取得了以下几个方面的进展：. （1）利用有限元分析法研究了激光剥离过程中GaN和蓝宝石中的热传输机理, 得出了激光剥离过程中GaN材料内瞬态温度场分布函数，为激光剥离工艺参数的选取提供了重要理论依据。. （2）研究了激光剥离工艺参数对激光剥离后GaN表面的影响，分析了激光剥离GaN表面不平整及出现损伤的原因，实现了GaN外延片与蓝宝石衬底的完整剥离，剥离后GaN表面平整、无裂缝，表面平整度小于10nm。. （3）研究了湿法腐蚀、化学机械抛光、ICP刻蚀技术对激光剥离GaN表面的影响，实现了激光剥离GaN表面纳米级平整度的控制。. （4）获得了亚纳米平整度的激光剥离GaN表面，在此基础上制作了高品质的氮化物微谐振腔，实现了GaN 基VCSEL低阈值光泵激射。. （5）研制出了多种具有优良散热特性的GaN基LED器件，为将来开发新型的实用化LED器件提供了新的方案。. （6）研制出了具有高Q值的电注入氮化物共振腔器件，为研制GaN基VCSEL和RCLED等新型微结构光电子器件提供了新的途径。.