在過去的十年中，GaN基底的高亮度白光LED以其良好的性價(jia) 比越來越引起人們(men) 的關(guan) 注。各個(ge) 廠商競相研發新的LED結構形式來提高其發光效率，以此增加LED芯片的發光度，從(cong) 而降低LED芯片的單位發光成本。這些技術的發展以及高亮LED芯片自身的特點，極大地增加了全固態照明的應用範圍，其在自動化照明、背光顯示技術以及傳(chuan) 統照明方麵顯示了蓬勃發展的局麵。荷蘭(lan) 的A44高速公路已經成為(wei) 世界上第一條采用LED照明的高速公路。

　　基底剝離的垂直結構實現更高亮度輸出

　　傳(chuan) 統方式采用兩(liang) 種方法設計LED芯片，即平麵結構和垂直結構。芯片結構的選擇很大程度上依賴於(yu) 材料的特性。

　　藍寶石晶體(ti) 由於(yu) 其低廉的成本以及良好的晶格匹配度而被廣泛用於(yu) GaN發光材料的襯底生長。但是，藍寶石同時是一種優(you) 異的絕緣材料，因此，對於(yu) P結和N結的接觸電極，隻能放置在LED芯片的正麵同一側(ce) ，如圖2中左圖所示。如果采用導電材料（如銅、矽或碳化矽）來代替藍寶石襯底，就可以采用正麵和背麵同時接觸的垂直結構。

　　但是這樣做也存在一定的困難。藍寶石內(nei) 在的優(you) 異特征能夠促進LED發光材料的完美生長，藍寶石對於(yu) 生長LED芯片最佳襯底材料不可或缺。因此，要實現垂直結構，就要在生長完後再去剝離藍寶石基底。

　　垂直結構的優(you) 勢在於(yu) 有效擴大了發光多重量子井的有效麵積，從(cong) 而避免了從(cong) P結到N結的電流瓶頸效應。更為(wei) 重要的是，垂直結構對於(yu) 基底的散熱有著巨大優(you) 勢。

　采用激光剝離係統剝離藍寶石基底

　　垂直結構的製備如圖3所示，首先在藍寶石基底上外延生長出GaN發光層，然後在P結層一側(ce) 粘合上一層熱傳(chuan) 導良好的轉移襯底，該襯底要求具有良好的導電性和散熱性，通常采用矽或是特殊的合金；然後再采用激光剝離技術將藍寶石襯底從(cong) 芯片上剝離。

　　由於(yu) GaN發光層通常隻有幾個(ge) 微米厚，采用化學刻蝕或機械研磨的手段來剝離藍寶石襯底，很容易損傷(shang) 到GaN發光層，這不利於(yu) 垂直結構的製備。相比之下，激光剝離技術是一種非接觸式技術，它可以實現選擇性剝離襯底而不會(hui) 對發光層材料造成損傷(shang) 。

　　在激光剝離過程中，LED芯片直接受到高能量密度的紫外激光脈衝(chong) 的照射，由於(yu) 藍寶石基底帶隙很高，相對於(yu) 248nm激光而言是透明的，所以激光脈衝(chong) 會(hui) 透過藍寶石基底打到GaN層，而GaN和藍寶石的連接層處（約2nm）會(hui) 強烈吸收紫外激光能量，在激光能量密度為(wei) 800~900J/cm2時，接觸層的局部區域溫度可以達到大約1000℃，導致連接層的材料產(chan) 生氣化，從(cong) 而使藍寶石襯底與(yu) GaN芯片安全分離。

　　248nm激光剝離工藝

　　激光剝離采用高能量的248nm脈衝(chong) 準分子激光器，根據脈衝(chong) 激光方形光斑大小，將整個(ge) 芯片分成若幹個(ge) 區域，每個(ge) 區域采用單脈衝(chong) 照射，通過電機平台的移動，逐個(ge) 掃描實現整個(ge) 芯片的基底剝離。方形光斑的邊緣重疊部分可以設置在芯片單元之間的通道上，從(cong) 而可以忽略其副作用。對於(yu) 激光剝離係統而言，為(wei) 了能夠精確地控製剝離進程，達到良好的剝離效果，要求激光器必須具有良好的脈衝(chong) 能量穩定性，其能量波動要控製在1%（RMS）左右。

　　激光剝離需要激光能量密度大於(yu) 800mJ/cm2，而大尺寸的LED芯片通常其單個(ge) 的芯片單元都在幾個(ge) 平方毫米大小，這就意味著剝離使用的準分子激光器需要提供的單脈衝(chong) 能量通常在500mJ以上。這對於(yu) 采用獨立設計的準分子激光器而言是比較容易實現的，如美國相幹公司的LEAP係列準分子激光器（如圖4）。通常這類激光器提供的脈衝(chong) 能量很高，可以實行單個(ge) 脈衝(chong) 同時剝離多個(ge) 芯片單元。

　　激光剝離工藝中一個(ge) 最為(wei) 關(guan) 鍵的問題在於(yu) 準分子激光器提供的激光脈衝(chong) 光斑的均勻性。準分子激光器本身具有較大的發光截麵以及較低的光束相幹性，因此適於(yu) 采用高性能的紫外光學元件進行整形。采用柱狀透鏡組製備的光束整形鏡，將激光光束沿光軸方向進行勻化，再加上準分子激光器本身光束的相幹性比較低，因此整形效果非常好。通過激光整形後，可以實現能量分布均勻、光斑邊緣清晰的大尺寸激光光斑，非常適合用於(yu) 高效快捷的激光剝離工藝。采用這種光源，對於(yu) 6英寸的晶元，可以實現50片/小時的剝離速度。同時這種高功率的準分子激光器除了氣瓶的更換外，基本不需要任何維護，更換氣瓶也隻需要幾分鍾的時間。因此，低廉的維護成本以及極小的故障時間，是準分子激光器相對於(yu) 其他固態激光器而言最大的優(you) 勢。