近日，《自然》期刊發表一項氮化鎵單晶的激光減薄新技術，其作者包括諾貝爾得主天野浩。
據介紹，該技術可以將氮化鎵襯底產能提升3倍，同時可以省去襯底拋光工藝，因此有助于幫助降低氮化鎵單晶器件制造成本，該技術也有望應用于碳化硅單晶切割。 根據文獻，名古屋大學和日本國家材料科學研究所等組成的研究團隊，新開發了一種 GaN襯底減薄技術——激光減薄技術。
此前，他們已證明可以用激光對GaN單晶進行切割，且切割后的GaN襯底經過拋光可以重復使用。 而此次他們通過實驗證明，該技術同樣適用于GaN-on-GaN HEMT器件制造，即在器件制造之后采用激光工藝進行減薄，該技術可顯著降低 GaN 襯底的消耗。 眾所周知，GaN是一種十分理想的制作功率器件的材料。但是，GaN襯底價格昂貴，在GaN襯底上制造的 GaN 基器件尚未在廣泛的領域實現商業化。因此，為了盡可能地減少昂貴的GaN襯底的消耗，襯底切片越薄越多，良率越高，是切割技術所追求的目標。 首先，損耗大。傳統技術無法避免切片過程中的切口損耗，且襯底面無法拋光重復使用，需耗損較多的GaN襯底來能得到一個器件層。 再者，良率低。傳統技術的一般流程是先切片，再鍵合相應的晶體，才能進行后續制造。那么則需考慮鍵合器件層等一系列問題，如化學和熱效應等。而在此過程中，增加了出現次品的可能性。 傳統技術絕大部分都是先在GaN晶體上切割出GaN襯底，再從襯底中進行切片，以進行后續制造。但不可避免的，會造成較大耗損及良率低下的問題。以前，每400微米厚的GaN襯底只制作一個器件層。 為突破上述技術的局限性，該研究團隊新開發了一種基于激光技術的減薄GaN襯底的方法，可以最大限度地減少昂貴的GaN襯底的消耗，每100微米厚的GaN襯底可以制作一個器件層，相比以往減少了300%的損耗。 該技術已被證明可以在器件制造之后進行減薄，實驗過程中被減薄的器件沒有觀察到明顯的斷裂，也沒有觀察到對電氣特性的不利影響。 這項技術還有一個值得注意的亮點：器件制造后進行減薄，所消耗的GaN襯底的量將僅為切片器件層的厚度，并可以通過拋光去除以重新使用。換句話說，使用該新技術有望實現GaN襯底0耗損！ 此外，在器件制造后進行減薄，也更便于獲得薄型GaN層。器件越薄、散熱越好，性能也就更優越。 文獻中提及，該新技術和傳統的Smart Cut?技術有相似之處，Smart Cut?技術采用的是離子注入法切割，可切割出亞微米厚度的非常薄的GaN層。但激光切割技術很難切出如此薄的GaN層，因為GaN在激光切割過程中會被分解。 實驗結果表示，通過激光技術將GaN-on-GaN HEMT減薄至50 μm厚度，其仍可以正常工作，切片前后器件的電特性變化不大。這意味著即使在器件制造之后也可以應用激光減薄工藝。它還可以用作半導體工藝，用于制造厚度約為10 μm的薄器件，而無需拋光GaN襯底。
