在當今社會中，制造商總是在尋找那些更低能耗和更高效率的設備。來自IMS研究所的Barry Young對此做了統(tǒng)計，預計2010年全球發(fā)光二極管（LED）的需求將增長61%，手機市場是很大的觸發(fā)因素。大面積的背光LED電視市場正在迅速擴大，LED也被廣泛應用于投影儀、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、藍光LED來實現(xiàn)，或者通過使用磷光材料將單色藍光或紫外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)量的新工藝進展。新型LED激光剝離（LLO）和激光晶圓劃片設備給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，藍光/綠光LED是由幾微米厚的氮化鎵（GaN）薄膜在藍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：材料內(nèi)電流密度大、電流擁擠、可靠性較差、壽命較短；此外，通過藍寶石的光損很大。
設計人員通過激光剝離（LLO）工藝可以實現(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)的藍光LED
垂直LED結(jié)構(gòu)要求在加電極之前剝離掉藍寶石。準分子激光器已被證明是分離藍寶石與氮化鎵薄膜的有效工具。LED激光剝離技術大大減少了LED加工時間，降低了生產(chǎn)成本，使制造商在藍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行電互連。這個工藝使得氮化鎵薄膜可以獨立于支撐物，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寶石材料對于紫外激光具有不同的吸收效率。藍寶石具有較高的帶隙能量（9.9 eV），所以藍寶石對于248nm的氟化氪（KrF）準分子激光（5 eV輻射能量）是透明的，而氮化鎵（約3.3 eV的帶隙能量）則會強烈吸收248nm激光的能量。正如圖3所示，激光穿過藍寶石到達氮化鎵緩沖層，在氮化鎵與藍寶石的接觸面進行激光剝離。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寶石分離。基于同樣的原理，193nm的氟化氬（ArF）準分子激光可以用于分離氮化鋁（AlN）與藍寶石。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帶隙能量的藍寶石對于ArF準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使得準分子激光束在晶圓上可以產(chǎn)生最大面積達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成功的關鍵。需要最大限度地減少在藍寶石上高溫外延層生長過程中產(chǎn)生的殘余應力，還要保證外延層和襯底進行充分鍵合，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激光脈沖對藍寶石上的氮化鎵進行激光剝離（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)境下進行高速、高產(chǎn)量的加工。精心設計的系統(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”革新技術使得每一發(fā)脈沖光斑都能與晶圓芯片定位精確對準。
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