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晶圆键合和激光剥离工艺对GaN基垂直结构发光二极管芯片残余应力的影响

王宏 云峰 刘硕 黄亚平 王越 张维涵 魏政鸿 丁文 李虞锋 张烨 郭茂峰

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晶圆键合和激光剥离工艺对GaN基垂直结构发光二极管芯片残余应力的影响

王宏, 云峰, 刘硕, 黄亚平, 王越, 张维涵, 魏政鸿, 丁文, 李虞锋, 张烨, 郭茂峰

Effect of wafer bonding and laser liftoff process on residual stress of GaN-based vertical light emitting diode chips

Wang Hong, Yun Feng, Liu Shuo, Huang Ya-Ping, Wang Yue, Zhang Wei-Han, Wei Zheng-Hong, Ding Wen, Li Yu-Feng, Zhang Ye, Guo Mao-Feng
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  • GaN基发光二极管(LED)中的残余应力状态对器件的性能和稳定性有很大影响. 通过使用三种不同的键合衬底(Al2O3衬底, CuW衬底和Si衬底)以及改变键合温度(290 ℃, 320 ℃, 350 ℃和380 ℃), 并且使用不同的激光能量密度(875, 945和1015 mJ·cm-2) 进行激光剥离, 制备了不同应力状态的GaN基LED器件. 对不同条件下GaN LED进行弯曲度、Raman 散射谱测试. 实验结果表明, 垂直结构LED中的残余应力的状态是键合衬底和键合金属共同作用的结果, 而键合温度影响着垂直结构LED中的残余应力的大小. 激光剥离过程中, 一定能量密度下激光剥离工艺一般不会对芯片中的残余应力造成影响, 但是如果该工艺对GaN 层造成了微裂缝, 则会在一定程度上起到释放残余应力的作用. 使用Si衬底键合后, 外延蓝宝石衬底翘曲变大, 对应制备的GaN基垂直结构 LED中的残余应力为张应力, 并且随着键合温度的上升而变大; 而Al2O3和CuW衬底制备的LED中的残余应力为压应力, 但使用Al2O3衬底键合制备的LED中压应力随键合温度上升而一定程度变大, CuW 衬底制备的LED中压应力随键合温度上升而下降.
    Residual stress conditions in GaN-based LEDs will have a significant influence on device performance and reliability. In this paper, GaN-based vertical LEDs under different stress conditions are fabricated by bonding with three types of submounts (Al2O3 submount, CuW submount and Si submount), changing the soak temperature (290 ℃, 320 ℃, 350 ℃ and 380 ℃) and using different laser energy densities (875, 945 and 1015 mJ·cm-2). The warpage and Raman scattering spectra of those GaN-based LEDs are measured. The experimental results show that the residual stress conditions in GaN-based vertical LEDs are a consequence of the bonded submounts and bonded metal, and the soak temperature is the primary factor that determines the degree of residual stress in LED chips. In the laser lift-off process, changing laser energy density in an appropriate range has little influence on residual strain of LED chips, and the micro-cracks in GaN layer caused by LLO process will play a role in releasing the residual stress. The warpage of epitaxial sapphire substrate becomes large after boding with Si submount, the residual stress in GaN-based vertical LEDs is tensile stress and becomes larger with the soak temperature rising. When GaN epi wafer bonds with Al2O3 submount and CuW submount, the warpages becomes small and large respectively and the residual stress in chips is compressive stress. Because of the mismatch of coefficient of thermal expansion, the compressive stress in GaN-based LED chips increases for Al2O3 submount and drops for CuW submount with the soak temperature rising.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2014AA032608)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2014AA032608).
    [1]

    Nakamura S, Senoh M, Iwasa N 1996 Jpn. J. Appl. Phys. 35 217

    [2]

    Nakamura S, Senoh M, Nagahama S 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 1020

    [3]

    Kang T S, Wang X T, Lo C F 2012 J. Vac. Sci. Technol. B 30 011203

    [4]

    Zhang B, Egawa T, Ishikawa H 2003 Jpn. J. Appl. Phys. 42 L226

    [5]

    Ng W N, Leung C H, Lai P T 2008 Nanotechnology 19 255302

    [6]

    Yang Y, Lin Y, Xiang P 2014 Appl. Phy. Express 7 042102

    [7]

    Wu K, Wei T B, Lan D 2014 Chin. Phys. B 23 028504

    [8]

    Chen W C, Tang H L, Luo P 2014 Acta Phys. Sin. 63 068103 (in Chinese) [陈伟超, 唐慧丽, 罗平 2014 物理学报 63 068103]

    [9]

    Li J Z, Tao Y B, Chen Z Z, Jiang X Z 2014 Chin. Phys. B 23 016101

    [10]

    Barghout K, Chaudhuri J 2004 J. Mater. Sci. 39 5817

    [11]

    Yuseong J, Won Rae K, Dong-Hyun J 2010 J. Appl. Phys. 107 113537

    [12]

    Tan B S, Yuan S, Kang X J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2757

    [13]

    Chu C F, Lai F I, Chu J T 2004 J. Appl. Phys. 95 3916

    [14]

    Yongjian S, Tongjun Y, Chuanyu J 2010 Chin. Phys. Lett. 27 127303

    [15]

    Chen M, Zhang J Y, L X Q, Ying L Y 2013 Chin. Phys. Lett. 30 014203

    [16]

    Tetsuzo U, Masahiro I, Masaaki Y 2011 Jpn. J. Appl. Phys. Lett. 50 041001

    [17]

    Hsu S C, Pong B J, Li W H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 251114

    [18]

    Zhao D G, Xu S J, Xie M H 2003 Appl. Phys. Lett. 83 677

    [19]

    Xiong C B, Jiang F Y, Fang W Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 3176 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 方文卿 2008 物理学报 57 3176]

    [20]

    Kim S 2011 J. Electrochem. Soc. 158 904

    [21]

    Huang Y P, Yun F, Ding W 2014 Acta Phys. Sin. 63 127302 (in Chinese) [黄亚平, 云峰, 丁文 2014 物理学报 63 127302]

    [22]

    Zhang L, Shao Y L, Hao X 2011 J. Cryst. Growth 334 62

    [23]

    Lin B W, Wu N J, Wu Y C S 2013 J. Display Technol. 9 371

    [24]

    Jinsub P, Takenari G, Takafumi Y, Seogwoo L 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 155104

  • [1]

    Nakamura S, Senoh M, Iwasa N 1996 Jpn. J. Appl. Phys. 35 217

    [2]

    Nakamura S, Senoh M, Nagahama S 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 1020

    [3]

    Kang T S, Wang X T, Lo C F 2012 J. Vac. Sci. Technol. B 30 011203

    [4]

    Zhang B, Egawa T, Ishikawa H 2003 Jpn. J. Appl. Phys. 42 L226

    [5]

    Ng W N, Leung C H, Lai P T 2008 Nanotechnology 19 255302

    [6]

    Yang Y, Lin Y, Xiang P 2014 Appl. Phy. Express 7 042102

    [7]

    Wu K, Wei T B, Lan D 2014 Chin. Phys. B 23 028504

    [8]

    Chen W C, Tang H L, Luo P 2014 Acta Phys. Sin. 63 068103 (in Chinese) [陈伟超, 唐慧丽, 罗平 2014 物理学报 63 068103]

    [9]

    Li J Z, Tao Y B, Chen Z Z, Jiang X Z 2014 Chin. Phys. B 23 016101

    [10]

    Barghout K, Chaudhuri J 2004 J. Mater. Sci. 39 5817

    [11]

    Yuseong J, Won Rae K, Dong-Hyun J 2010 J. Appl. Phys. 107 113537

    [12]

    Tan B S, Yuan S, Kang X J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2757

    [13]

    Chu C F, Lai F I, Chu J T 2004 J. Appl. Phys. 95 3916

    [14]

    Yongjian S, Tongjun Y, Chuanyu J 2010 Chin. Phys. Lett. 27 127303

    [15]

    Chen M, Zhang J Y, L X Q, Ying L Y 2013 Chin. Phys. Lett. 30 014203

    [16]

    Tetsuzo U, Masahiro I, Masaaki Y 2011 Jpn. J. Appl. Phys. Lett. 50 041001

    [17]

    Hsu S C, Pong B J, Li W H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 251114

    [18]

    Zhao D G, Xu S J, Xie M H 2003 Appl. Phys. Lett. 83 677

    [19]

    Xiong C B, Jiang F Y, Fang W Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 3176 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 方文卿 2008 物理学报 57 3176]

    [20]

    Kim S 2011 J. Electrochem. Soc. 158 904

    [21]

    Huang Y P, Yun F, Ding W 2014 Acta Phys. Sin. 63 127302 (in Chinese) [黄亚平, 云峰, 丁文 2014 物理学报 63 127302]

    [22]

    Zhang L, Shao Y L, Hao X 2011 J. Cryst. Growth 334 62

    [23]

    Lin B W, Wu N J, Wu Y C S 2013 J. Display Technol. 9 371

    [24]

    Jinsub P, Takenari G, Takafumi Y, Seogwoo L 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 155104

  • [1] 黄梅婷, 姜银花, 陈钰琦, 李润华. 铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析. 物理学报, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018
    [2] 窦微, 浦双双, 牛娜, 曲大鹏, 孟祥峻, 赵岭, 郑权. 双波长二极管合束端面抽运掺镨氟化钇锂单纵模360 nm紫外激光器. 物理学报, 2019, 68(5): 054202. doi: 10.7498/aps.68.20182018
    [3] 黄伟, 李跃龙, 任慧志, 王鹏阳, 魏长春, 侯国付, 张德坤, 许盛之, 王广才, 赵颖, 袁明鉴, 张晓丹. 基于N型纳米晶硅氧电子注入层的钙钛矿发光二极管. 物理学报, 2019, 68(12): 128103. doi: 10.7498/aps.68.20190258
    [4] 符民, 文尚胜, 夏云云, 向昌明, 马丙戌, 方方. GaN基通孔垂直结构的发光二极管失效分析. 物理学报, 2017, 66(4): 048501. doi: 10.7498/aps.66.048501
    [5] 陆勇俊, 杨溢, 王峰会, 楼康, 赵翔. 连续梯度的功能层对燃料电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响. 物理学报, 2016, 65(9): 098102. doi: 10.7498/aps.65.098102
    [6] 弓志娜, 云峰, 丁文, 张烨, 郭茂峰, 刘硕, 黄亚平, 刘浩, 王帅, 冯仑刚, 王江腾. 光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究. 物理学报, 2015, 64(1): 018501. doi: 10.7498/aps.64.018501
    [7] 张超宇, 熊传兵, 汤英文, 黄斌斌, 黄基锋, 王光绪, 刘军林, 江风益. 图形硅衬底GaN基发光二极管薄膜去除衬底及AlN缓冲层后单个图形内微区发光及 应力变化的研究. 物理学报, 2015, 64(18): 187801. doi: 10.7498/aps.64.187801
    [8] 江微微, 范林勇, 赵瑞峰, 卫延, 裴丽, 简水生. 基于双芯光纤耦合器的梳状滤波器及其CO2激光调节. 物理学报, 2011, 60(4): 044214. doi: 10.7498/aps.60.044214
    [9] 薛正群, 黄生荣, 张保平, 陈朝. 激光诱导p-GaN掺杂对发光二极管性能改善的分析. 物理学报, 2010, 59(2): 1268-1274. doi: 10.7498/aps.59.1268
    [10] 江洋, 罗毅, 席光义, 汪莱, 李洪涛, 赵维, 韩彦军. AlGaN插入层对6H-SiC上金属有机物气相外延生长的GaN薄膜残余应力及表面形貌的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 7282-7287. doi: 10.7498/aps.58.7282
    [11] 岑忞, 章岳光, 陈卫兰, 顾培夫. 沉积速率和氧分压对HfO2薄膜残余应力的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 7025-7029. doi: 10.7498/aps.58.7025
    [12] 熊传兵, 江风益, 王 立, 方文卿, 莫春兰. 硅衬底垂直结构InGaAlN多量子阱发光二极管电致发光谱的干涉现象研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7860-7864. doi: 10.7498/aps.57.7860
    [13] 于 威, 李亚超, 丁文革, 张江勇, 杨彦斌, 傅广生. 氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光. 物理学报, 2008, 57(6): 3661-3665. doi: 10.7498/aps.57.3661
    [14] 孙浩亮, 宋忠孝, 徐可为. 基体对应力诱导的纳米晶W膜开裂行为的影响. 物理学报, 2008, 57(8): 5226-5231. doi: 10.7498/aps.57.5226
    [15] 虞益挺, 苑伟政, 乔大勇, 梁 庆. 一种在线测量微机械薄膜残余应力的新结构. 物理学报, 2007, 56(10): 5691-5697. doi: 10.7498/aps.56.5691
    [16] 孔德军, 张永康, 陈志刚, 鲁金忠, 冯爱新, 任旭东, 葛 涛. 基于XRD的镀锌钝化膜残余应力试验研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4056-4061. doi: 10.7498/aps.56.4056
    [17] 张永康, 孔德军, 冯爱新, 鲁金忠, 葛 涛. 涂层界面结合强度检测研究(Ⅱ):涂层结合界面应力检测系统. 物理学报, 2006, 55(11): 6008-6012. doi: 10.7498/aps.55.6008
    [18] 邸玉贤, 计欣华, 胡 明, 秦玉文, 陈金龙. 基片曲率法在多孔硅薄膜残余应力检测中的应用. 物理学报, 2006, 55(10): 5451-5454. doi: 10.7498/aps.55.5451
    [19] 秦 琦, 于乃森, 郭丽伟, 汪 洋, 朱学亮, 陈 弘, 周均铭. 使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5450-5454. doi: 10.7498/aps.54.5450
    [20] 邵淑英, 范正修, 邵建达. ZrO2/SiO2多层膜中膜厚组合周期数及基底材料对残余应力的影响. 物理学报, 2005, 54(7): 3312-3316. doi: 10.7498/aps.54.3312
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-16
  • 修回日期:  2014-09-09
  • 刊出日期:  2015-01-05

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