在当今社会中，制造商总是在寻找那些更低能耗和更高效率的设备。来自IMS研究所的Barry Young对此做了统计，预计2010年全球发光二极管（LED）的需求将增长61%，手机市场是很大的触发因素。大面积的背光LED电视市场正在迅速扩大，LED也被广泛应用于投影仪、手电筒、汽车尾灯和头灯、普通照明等市场。固态白光源可以通过混合红光、绿光、蓝光LED来实现，或者通过使用磷光材料将单色蓝光或紫外LED转换成宽光谱的白光。

 　　随着LED产量的增加，LED制造商正在寻找可以优化划片宽度、划片速度与加工产量的新工艺进展。新型LED激光剥离（LLO）和激光晶圆划片设备给LED制造商提供了高性价比的工业工具，可以满足日益增长的市场需求。

高亮度垂直结构LED

　　通常情况下，蓝光/绿光LED是由几微米厚的氮化镓（GaN）薄膜在蓝宝石衬底上外延生长形成的。 一些LED的制造成本主要取决于蓝宝石衬底本身的成本和划片—裂片加工成本。对于传统的LED倒装横向结构，蓝宝石是不会被剥离的，因此，阴极和阳极都在同一侧的氮化镓外延层（epi）（图1）。 

图1. 传统的横向结构的蓝光LED。 MQW =多量子阱。

　　这种横向结构对于高亮度LED有几个缺点：材料内电流密度大、电流拥挤、可靠性较差、寿命较短；此外，通过蓝宝石的光损很大。

　　设计人员通过激光剥离（LLO）工艺可以实现垂直结构的LED，它克服了传统的横向结构的各种缺陷。垂直结构LED可以提供更大的电流，消除电流拥挤问题以及器件内的瓶颈问题，显著提高LED的最大输出光功率与最大效率（图2）。

图2.垂直结构的蓝光LED

       垂直LED结构要求在加电极之前剥离掉蓝宝石。准分子激光器已被证明是分离蓝宝石与氮化镓薄膜的有效工具。LED激光剥离技术大大减少了LED加工时间，降低了生产成本，使制造商在蓝宝石晶圆上生长氮化镓LED薄膜器件，并使薄膜器件与热沉进行电互连。这个工艺使得氮化镓薄膜可以独立于支撑物，并且氮化镓LED可以集成到任何基板上。

激光剥离原理

　　紫外激光剥离的基本原理是利用外延层材料与蓝宝石材料对于紫外激光具有不同的吸收效率。蓝宝石具有较高的带隙能量（9.9 eV），所以蓝宝石对于248nm的氟化氪（KrF）准分子激光（5 eV辐射能量）是透明的，而氮化镓（约3.3 eV的带隙能量）则会强烈吸收248nm激光的能量。正如图3所示，激光穿过蓝宝石到达氮化镓缓冲层，在氮化镓与蓝宝石的接触面进行激光剥离。这将产生一个局部的爆炸冲击波，使得在该处的氮化镓与蓝宝石分离。基于同样的原理，193nm的氟化氩（ArF）准分子激光可以用于分离氮化铝（AlN）与蓝宝石。具有6.3 eV带隙能量的氮化铝可以吸收6.4 eV的ArF激光辐射，而9.9 eV带隙能量的蓝宝石对于ArF准分子激光则是透明的。 

图3. 248nm激光剥离示意图

　　光束均匀性和晶圆制备对于实现成功剥离都很重要。JPSA公司采用创新的光束均匀化专利技术使得准分子激光束在晶圆上可以产生最大面积达5 × 5毫米的均匀能量密度分布的平顶光束。

　　正确的晶圆制备是LLO成功的关键。需要最大限度地减少在蓝宝石上高温外延层生长过程中产生的残余应力，还要保证外延层和衬底进行充分键合，以避免在剥离过程中外延片破裂。图4展示了一个典型的剥离效果。 

图4. 248nm激光脉冲对蓝宝石上的氮化镓进行激光剥离（一个脉冲激光光斑一次覆盖9个芯片）。

　　LLO系统可以在室温环境下进行高速、高产量的加工。精心设计的系统允许单发脉冲光斑同时覆盖多个芯片，并采用“飞行射击”革新技术使得每一发脉冲光斑都能与晶圆芯片定位精确对准。