新开发了一种GaN衬底减薄技术——激光减薄技术

5月5日，《自然》期刊发表一项氮化镓单晶的激光减薄新技术，其作者包括诺贝尔得主天野浩。

据介绍，该技术可以将氮化镓衬底产能提升3倍，同时可以省去衬底抛光工艺，因此有助于帮助降低氮化镓单晶器件制造成本，该技术也有望应用于碳化硅单晶切割。

根据文献，名古屋大学和日本国家材料科学研究所等组成的研究团队，新开发了一种 GaN衬底减薄技术——激光减薄技术。

此前，他们已证明可以用激光对GaN单晶进行切割，且切割后的GaN衬底经过抛光可以重复使用。

而此次他们通过实验证明，该技术同样适用于GaN-on-GaN HEMT器件制造，即在器件制造之后采用激光工艺进行减薄，该技术可显著降低 GaN 衬底的消耗。

损耗大 良率低 传统技术局限多多

众所周知，GaN是一种十分理想的制作功率器件的材料。但是，GaN衬底价格昂贵，在GaN衬底上制造的 GaN 基器件尚未在广泛的领域实现商业化。因此，为了尽可能地减少昂贵的GaN衬底的消耗，衬底切片越薄越多，良率越高，是切割技术所追求的目标。

但是传统的技术却有着诸多局限。

首先，损耗大。传统技术无法避免切片过程中的切口损耗，且衬底面无法抛光重复使用，需耗损较多的GaN衬底来能得到一个器件层。

再者，良率低。传统技术的一般流程是先切片，再键合相应的晶体，才能进行后续制造。那么则需考虑键合器件层等一系列问题，如化学和热效应等。而在此过程中，增加了出现次品的可能性。

传统技术绝大部分都是先在GaN晶体上切割出GaN衬底，再从衬底中进行切片，以进行后续制造。但不可避免的，会造成较大耗损及良率低下的问题。

以前，每400微米厚的GaN衬底只制作一个器件层。

新技术： 减少300%GaN衬底耗损

为突破上述技术的局限性，该研究团队新开发了一种基于激光技术的减薄GaN衬底的方法，可以最大限度地减少昂贵的GaN衬底的消耗，每100微米厚的GaN衬底可以制作一个器件层，相比以往减少了300%的损耗。

该技术已被证明可以在器件制造之后进行减薄，实验过程中被减薄的器件没有观察到明显的断裂，也没有观察到对电气特性的不利影响。

这项技术还有一个值得注意的亮点：器件制造后进行减薄，所消耗的GaN衬底的量将仅为切片器件层的厚度，并可以通过抛光去除以重新使用。换句话说，使用该新技术有望实现GaN衬底0耗损！

此外，在器件制造后进行减薄，也更便于获得薄型GaN层。器件越薄、散热越好，性能也就更优越。

文献中提及，该新技术和传统的Smart Cut技术有相似之处，Smart Cut技术采用的是离子注入法切割，可切割出亚微米厚度的非常薄的GaN层。但激光切割技术很难切出如此薄的GaN层，因为GaN在激光切割过程中会被分解。 为此，该团队开创了背面激光照射法来剥离器件层。

实验结果表示，通过激光技术将GaN-on-GaN HEMT减薄至50 μm厚度，其仍可以正常工作，切片前后器件的电特性变化不大。这意味着即使在器件制造之后也可以应用激光减薄工艺。它还可以用作半导体工艺，用于制造厚度约为10 μm的薄器件，而无需抛光GaN衬底。

审核编辑 ：李倩