在當(dāng)今社會中，制造商總是在尋找那些更低能耗和更高效率的設(shè)備。來自IMS研究所的Barry Young對此做了統(tǒng)計，預(yù)計2010年全球發(fā)光二極管（LED）的需求將增長61%，手機(jī)市場是很大的觸發(fā)因素。大面積的背光LED電視市場正在迅速擴(kuò)大，LED也被廣泛應(yīng)用于投影儀、手電筒、汽車尾燈和頭燈、普通照明等市場。固態(tài)白光源可以通過混合紅光、綠光、藍(lán)光LED來實(shí)現(xiàn)，或者通過使用磷光材料將單色藍(lán)光或紫外LED轉(zhuǎn)換成寬光譜的白光。

 　　隨著LED產(chǎn)量的增加，LED制造商正在尋找可以優(yōu)化劃片寬度、劃片速度與加工產(chǎn)量的新工藝進(jìn)展。新型LED激光剝離（LLO）和激光晶圓劃片設(shè)備給LED制造商提供了高性價比的工業(yè)工具，可以滿足日益增長的市場需求。

高亮度垂直結(jié)構(gòu)LED

　　通常情況下，藍(lán)光/綠光LED是由幾微米厚的氮化鎵（GaN）薄膜在藍(lán)寶石襯底上外延生長形成的。 一些LED的制造成本主要取決于藍(lán)寶石襯底本身的成本和劃片—裂片加工成本。對于傳統(tǒng)的LED倒裝橫向結(jié)構(gòu)，藍(lán)寶石是不會被剝離的，因此，陰極和陽極都在同一側(cè)的氮化鎵外延層（epi）（圖1）。 

圖1. 傳統(tǒng)的橫向結(jié)構(gòu)的藍(lán)光LED。 MQW =多量子阱。

　　這種橫向結(jié)構(gòu)對于高亮度LED有幾個缺點(diǎn)：材料內(nèi)電流密度大、電流擁擠、可靠性較差、壽命較短；此外，通過藍(lán)寶石的光損很大。

　　設(shè)計人員通過激光剝離（LLO）工藝可以實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的LED，它克服了傳統(tǒng)的橫向結(jié)構(gòu)的各種缺陷。垂直結(jié)構(gòu)LED可以提供更大的電流，消除電流擁擠問題以及器件內(nèi)的瓶頸問題，顯著提高LED的最大輸出光功率與最大效率（圖2）。

圖2.垂直結(jié)構(gòu)的藍(lán)光LED

       垂直LED結(jié)構(gòu)要求在加電極之前剝離掉藍(lán)寶石。準(zhǔn)分子激光器已被證明是分離藍(lán)寶石與氮化鎵薄膜的有效工具。LED激光剝離技術(shù)大大減少了LED加工時間，降低了生產(chǎn)成本，使制造商在藍(lán)寶石晶圓上生長氮化鎵LED薄膜器件，并使薄膜器件與熱沉進(jìn)行電互連。這個工藝使得氮化鎵薄膜可以獨(dú)立于支撐物，并且氮化鎵LED可以集成到任何基板上。

激光剝離原理

　　紫外激光剝離的基本原理是利用外延層材料與藍(lán)寶石材料對于紫外激光具有不同的吸收效率。藍(lán)寶石具有較高的帶隙能量（9.9 eV），所以藍(lán)寶石對于248nm的氟化氪（KrF）準(zhǔn)分子激光（5 eV輻射能量）是透明的，而氮化鎵（約3.3 eV的帶隙能量）則會強(qiáng)烈吸收248nm激光的能量。正如圖3所示，激光穿過藍(lán)寶石到達(dá)氮化鎵緩沖層，在氮化鎵與藍(lán)寶石的接觸面進(jìn)行激光剝離。這將產(chǎn)生一個局部的爆炸沖擊波，使得在該處的氮化鎵與藍(lán)寶石分離?；谕瑯拥脑?，193nm的氟化氬（ArF）準(zhǔn)分子激光可以用于分離氮化鋁（AlN）與藍(lán)寶石。具有6.3 eV帶隙能量的氮化鋁可以吸收6.4 eV的ArF激光輻射，而9.9 eV帶隙能量的藍(lán)寶石對于ArF準(zhǔn)分子激光則是透明的。 

圖3. 248nm激光剝離示意圖

　　光束均勻性和晶圓制備對于實(shí)現(xiàn)成功剝離都很重要。JPSA公司采用創(chuàng)新的光束均勻化專利技術(shù)使得準(zhǔn)分子激光束在晶圓上可以產(chǎn)生最大面積達(dá)5 × 5毫米的均勻能量密度分布的平頂光束。

　　正確的晶圓制備是LLO成功的關(guān)鍵。需要最大限度地減少在藍(lán)寶石上高溫外延層生長過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，還要保證外延層和襯底進(jìn)行充分鍵合，以避免在剝離過程中外延片破裂。圖4展示了一個典型的剝離效果。 

圖4. 248nm激光脈沖對藍(lán)寶石上的氮化鎵進(jìn)行激光剝離（一個脈沖激光光斑一次覆蓋9個芯片）。

　　LLO系統(tǒng)可以在室溫環(huán)境下進(jìn)行高速、高產(chǎn)量的加工。精心設(shè)計的系統(tǒng)允許單發(fā)脈沖光斑同時覆蓋多個芯片，并采用“飛行射擊”革新技術(shù)使得每一發(fā)脈沖光斑都能與晶圓芯片定位精確對準(zhǔn)。