剥离AlGaN膜

当高压水施加到具有AlN纳米柱的AlGaN异质结构上时，可以将器件层从衬底上解放出来

剥离绝缘衬底的方法是实现垂直器件的关键，缺乏令人满意的方法阻碍了AlGaN基器件的性能。但这一障碍现在可以克服了，这要归功于一个由日本工程师团队开发的技术。他们设计了一种工艺，通过将样品浸入加热至115°C并加压至170 KPa的水中，将AlGaN基器件结构从衬底上分离出来。

这种方法由明治大学、三重大学和大阪大学合作开发，允许基于AlGaN的LED复制激光发射产生的高功率GaN同类产品的结构。注意，将激光剥离应用于AlGaN基LED并不理想，因为形成的铝液滴会抑制剥落；而另一种选择是电化学蚀刻，需要施加电流，从而限制剥离区域的大小。

该团队希望，其方法在1.2µm高、400 nm宽、周期为1µm的柱的三角形晶格上生长AlGaN异质结构，将用于制造高功率UV LED和激光器。这种装置可用于多种应用，包括杀菌、生物技术、医药和加工。

合作发言人、明治大学的Motoaki Iwaya告诉Compound Semiconductor，该团队方法的想法源于一名学生在加工前加热和清洁器件晶圆。在那一点上，有迹象表明晶圆的一部分正在剥落；在各种显微镜下的检查揭示了反应层的形成。

水与AlN和AlGaN单晶反应的报道很少。“但我知道水会与粉末和多晶AlN反应，所以我认为AlN和AlGaN的氮表面可能会反应生成产物，”Iwaya评论道。“我还想知道这是否可以用于基底剥离。”

基于这一想法，Iway和同事们考虑了水如何渗透到几百纳米大小的空隙中。任何这样做的尝试都会受到水的表面张力的阻碍。为了解决这一问题，研究小组采用了一种方法，该方法的灵感来源于Iway多年前观看的电视上的一段视频，讲述了如何将液体引入酱瓶——研究人员采用的变体包括将样品浸入装满水的烧杯中，然后将其放入一个密闭的聚碳酸酯容器中，该容器被排空，真空保持5小时。

上图显示了AlGaN基异质结构的横截面透射电子显微镜图像，表明剥离发生在AlN纳米柱区域。

成功的关键还在于使用加压水。Iwaya透露：“我们不确定这是否能在实验中奏效，所以我们使用了家用电压力锅进行实验。”他补充说，他们现在正在考虑可以增加压力的设备，因为这可能会加快这个过程。

Iwaya认为，对他们方法的改进——根据透射电子显微镜已经发布了1 cm² 的样品，几乎没有额外的位错——表明该技术能够用于AlGaN基器件的批量生产。

目前，这一过程中最耗时的部分是在柱子之间注水。“如果水的粘度可以通过增加空隙大小来降低，或者通过将其与粘度较低的液体（如酒精）混合来降低，那么应该可以缩短引入水所需的时间，”Iwaya认为。

该团队的计划包括：阐明剥落机制；增加剥离的直径，理想上包括2英寸晶圆；以及开发垂直UV LED和UV激光二极管。

Iwaya补充道：“我们还正在研究能够实现高光提取效率的薄膜LED的生产，这已经应用于蓝色LED。”

参考文献

E. Matsubara et al. Appl. Phys. Express 15 116502 (2022)

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