在當今社會(hui) 中，製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對此做了統計，預計2010年全球發光二極管（LED）的需求將增長61%，手機市場是很大的觸發因素。大麵積的背光LED電視市場正在迅速擴大，LED也被廣泛應用於(yu) 投影儀(yi) 、手電筒、汽車尾燈和頭燈、普通照明等市場。固態白光源可以通過混合紅光、綠光、藍光LED來實現，或者通過使用磷光材料將單色藍光或紫外LED轉換成寬光譜的白光。

 　　隨著LED產(chan) 量的增加，LED製造商正在尋找可以優(you) 化劃片寬度、劃片速度與(yu) 加工產(chan) 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製造商提供了高性價(jia) 比的工業(ye) 工具，可以滿足日益增長的市場需求。

高亮度垂直結構LED

　　通常情況下，藍光/綠光LED是由幾微米厚的氮化镓（GaN）薄膜在藍寶石襯底上外延生長形成的。 一些LED的製造成本主要取決(jue) 於(yu) 藍寶石襯底本身的成本和劃片—裂片加工成本。對於(yu) 傳(chuan) 統的LED倒裝橫向結構，藍寶石是不會(hui) 被剝離的，因此，陰極和陽極都在同一側(ce) 的氮化镓外延層（epi）（圖1）。 

圖1. 傳(chuan) 統的橫向結構的藍光LED。 MQW =多量子阱。

　　這種橫向結構對於(yu) 高亮度LED有幾個(ge) 缺點：材料內(nei) 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）工藝可以實現垂直結構的LED，它克服了傳(chuan) 統的橫向結構的各種缺陷。垂直結構LED可以提供更大的電流，消除電流擁擠問題以及器件內(nei) 的瓶頸問題，顯著提高LED的最大輸出光功率與(yu) 最大效率（圖2）。

圖2.垂直結構的藍光LED

       垂直LED結構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(yu) 氮化镓薄膜的有效工具。LED激光剝離技術大大減少了LED加工時間，降低了生產(chan) 成本，使製造商在藍寶石晶圓上生長氮化镓LED薄膜器件，並使薄膜器件與(yu) 熱沉進行電互連。這個(ge) 工藝使得氮化镓薄膜可以獨立於(yu) 支撐物，並且氮化镓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(yu) 藍寶石材料對於(yu) 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），所以藍寶石對於(yu) 248nm的氟化氪（KrF）準分子激光（5 eV輻射能量）是透明的，而氮化镓（約3.3 eV的帶隙能量）則會(hui) 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镓緩衝(chong) 層，在氮化镓與(yu) 藍寶石的接觸麵進行激光剝離。這將產(chan) 生一個(ge) 局部的爆炸衝(chong) 擊波，使得在該處的氮化镓與(yu) 藍寶石分離。基於(yu) 同樣的原理，193nm的氟化氬（ArF）準分子激光可以用於(yu) 分離氮化鋁（AlN）與(yu) 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於(yu) ArF準分子激光則是透明的。 

圖3. 248nm激光剝離示意圖

　　光束均勻性和晶圓製備對於(yu) 實現成功剝離都很重要。JPSA公司采用創新的光束均勻化專(zhuan) 利技術使得準分子激光束在晶圓上可以產(chan) 生最大麵積達5 × 5毫米的均勻能量密度分布的平頂光束。

　　正確的晶圓製備是LLO成功的關(guan) 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(chan) 生的殘餘(yu) 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(ge) 典型的剝離效果。 

圖4. 248nm激光脈衝(chong) 對藍寶石上的氮化镓進行激光剝離（一個(ge) 脈衝(chong) 激光光斑一次覆蓋9個(ge) 芯片）。

　　LLO係統可以在室溫環境下進行高速、高產(chan) 量的加工。精心設計的係統允許單發脈衝(chong) 光斑同時覆蓋多個(ge) 芯片，並采用“飛行射擊”革新技術使得每一發脈衝(chong) 光斑都能與(yu) 晶圓芯片定位精確對準。