2×25.4mm GaN LED外延膜的激光剥离及其衬底的重复利用

利用激光剥离技术实现直径为50.8mm GaNLED外延膜的大面积完整剥离。激光剥离后的原子力显微镜（AFM）扫描和X射线双晶衍射谱（XRD）表明剥离前后外延膜的质量并未明显改变。并报道了在剥离掉后的蓝宝石（α-Al2O3）衬底上MOCVD外延生长InGaN/GaN多量子阱（MQW′s）LED器件结构,通过光致发光谱（PL）和XRD谱对比分析了在相同条件下剥离掉后衬底与常规衬底上生长的GaNLED外延膜晶体质量。     

GaN基外延膜的激光剥离和InGaN LD外延膜的解理

利用波长为248nm的KrF准分子激光器进行了蓝宝石衬底GaN外延层剥离。对极薄的MOCVD生长的单层GaN外延膜(3μm)和InGaNLD外延膜(5μm)实现了大面积剥离。对剥离蓝宝石衬底背面抛光和未抛光外延片的不同特点作了比较,激光剥离所需的能量密度阈值分别约为200mJ/cm2和300mJ/cm2,优化结果表明,能量密度分别在400mJ/cm2和600mJ/cm2可实现稳定的剥离。同时对剥离后的InGaN多量子阱LD结构薄膜进行了解理,SEM观察显示获得的InGaNLD腔面平整光滑。基于这种技术可以获得无蓝宝石衬底的GaN基光电子和电子器件。     

激光剥离技术实现GaN薄膜从蓝宝石衬底移至Cu衬底

在GaN薄膜表面电镀厚100μm的、均匀的金属铜作为转移衬底.采用激光剥离技术,在400mJ/cm2脉冲激光能量密度条件下,成功地将GaN薄膜从蓝宝石衬底转移至Cu衬底.激光剥离后Cu衬底上GaN薄膜的扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,电镀Cu衬底与GaN之间形成致密的结合,对GaN薄膜起到了很好的支撑作用.同时铜的延展性好,使得GaN薄膜内产生的应力得到有效释放,保持了剥离后GaN薄膜的完整性.激光剥离后GaN表面残留物的X射线光电子能谱(XPS)分析显示,激光辐照产生的金属Ga部分与空气中的氧结合形成Ga2O3,这是剥离后GaN表面后处理困难的原因,并给出了相应的解决方法.     

垂直电极结构GaN基发光二极管的研制

利用激光剥离技术(LLO)和晶片键合技术将GaN基发光二极管(LED)薄膜与蓝宝石衬底分离并转移到Si衬底上,高分辨X射线衍射(HRXRD)和阴极荧光谱(CL)结果表明激光剥离过程没有影响GaN量子阱的结构和光学性质,GaN和InGaN/GaN多量子阱的发光峰都呈现红移,这都来源于去除蓝宝石后薄膜中应力的释放.采用金属In和Pd的合金化键合过程解决了GaN材料与Si衬底的结合问题,结合逐个芯片剥离和键合的方式实现了GaN大面积均匀转移.成功研制了激光剥离垂直电极结构的GaN基LED,L-I测试特性表明器件的热饱和电流和出光功率都有很大的提高.     

垂直电极结构GaN基发光二极管的研制

利用激光剥离技术(LLO)和晶片键合技术将GaN基发光二极管(LED)薄膜与蓝宝石衬底分离并转移到Si衬底上,高分辨X射线衍射(HRXRD)和阴极荧光谱(CL)结果表明激光剥离过程没有影响GaN量子阱的结构和光学性质,GaN和InGaN/GaN多量子阱的发光峰都呈现红移,这都来源于去除蓝宝石后薄膜中应力的释放.采用金属In和Pd的合金化键合过程解决了GaN材料与Si衬底的结合问题,结合逐个芯片剥离和键合的方式实现了GaN大面积均匀转移.成功研制了激光剥离垂直电极结构的GaN基LED,L-I测试特性表明器件的热饱和电流和出光功率都有很大的提高.     

低压下激光剥离的研究

为了研究低压环境对激光剥离的影响,利用准分子激光剥离系统和真空腔对GaN/蓝宝石样品分别在低压下和常压下进行多脉冲激光照射,之后用台阶仪测量样品的分解深度,得知相比常压环境,低压下GaN分解深度在脉冲次数为10次、20次、30次时分别增加了为10.2%,19.0%,24.3%,之后结合GaN材料分解过程和脉冲激光照射GaN/蓝宝石结构过程进行理论分析得到相应低压和常压下的GaN材料的理论分解深度,得到与实验一致的趋势。证明了低压环境能提高激光剥离速率。     

GaN基LED与Si键合技术的研究

采用金属键合技术结合激光剥离技术将GaN基LED从蓝宝石衬底成功转移到Si衬底上。利用X射线光电子谱(XPS)研究不同阻挡层对Au向GaN扩散所起的阻挡作用,确定键合所需的金属过渡层。利用多层金属过渡层,在真空、温度400℃和加压300 N下实现GaN基LED和Si的键合,通过激光剥离技术将蓝宝石衬底从键合结构上剥离下来,形成GaN基LED/金属层/Si结构。用金相显微镜及原子力显微镜(AFM)观察结构的表面形貌,测得表面粗糙度(RMS)为12.1 nm。X射线衍射(XRD)和Raman测试结果表明,衬底转移后,GaN基LED的结构及其晶体质量没有发生明显变化,而且GaN与蓝宝石衬底间的压应力得到了释放,使得Si衬底上GaN基LED的电致发光(EL)波长发生红移现象。     

基于有限元分析法的激光剥离技术中GaN材料瞬态温度场研究

用有限元分析法模拟计算Al2O3／GaN的激光剥离，分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248nm的KrF准分子激光器对Al2O3／GaN样品进行激光剥离实验。实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素，在激光光源一定的条件下，温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时，脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件，但为了避免温度过高对器件产生损伤，脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时，脉冲频率是另一关键参量，计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。     

2×25.4 mm GaN LED外延膜的激光剥离及其衬底的重复利用

利用激光剥离技术实现直径为50.8 mm CaN LED外延膜的大面积完整剥离.激光剥离后的原子力显微镜(AFM)扫描和X射线双晶衍射谱(XRD)表明剥离前后外延膜的质量并未明显改变.并报道了在剥离掉后的蓝宝石(α-Al2O3)衬底上MOCVD外延生长InGaN/CaN多量子阱(MQW's)LED器件结构,通过光致发光谱(PL)和XRD谱对比分析了在相同条件下剥离掉后衬底与常规衬底上生长的CaN LED外延膜晶体质量.     

Micro-LED蓝宝石衬底AlN上GaN激光剥离研究

为了比较分析纳秒激光和皮秒激光剥离微型发光二极管(micro-LED)时AlN上GaN的热传导效果, 采用了改进的实时紫外光吸收和热传导的激光剥离理论模型进行计算分析的方法, 取得了在不同的激光波长、激光脉冲宽度、激光能量密度下的紫外波段光辐照时和停止辐照后GaN材料热场分布等数据, 并获得了适合micro-LED器件剥离的所用纳秒激光和皮秒激光的阈值条件。结果表明, 激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素; 较适合的激光波长为209 nm~365 nm的紫外波段; 皮秒激光的剥离效果优于纳米激光, 且激光的脉冲宽度越短, 激光的波长越短, 剥离所需激光脉冲阈值能量也越低, 则对LED芯片区域的热影响也越小。该研究可为开发新型激光剥离设备和相关工艺应用提供重要参考。     

GaN/metal/Si heterostructure fabricated by metal bonding and laser lift-off

A process methodology has been adopted to transfer GaN thin films grown on sapphire substrates to Si substrates using metal bonding and laser lift-off techniques. After bonding, a single KrF (248 nm) excimer laser pulse was directed through the transparent sapphire substrates followed by low-temperature heat treatment to remove the substrates. The influence of bonding temperature and energy density of the excimer laser on the structure and optical properties of GaN films were investigated systemically. Atomic force microscopy, X-ray diffraction and photolumi-nescence measurements showed that (1) the quality of the GaN film was higher at a lower bonding temperature and lower energy density; (2) the threshold of the energy density of the excimer laser lift-off GaN was 300 mJ/cm~2. The root-mean-square roughness of the transferred GaN surface was about 50 nm at a bonding temperature of 400 ℃.     

激光剥离GaN/Al2O3材料温度分布的解析分析

分析了脉冲激光作用下GaN的衬底剥离过程。利用简化的一维模型，给出一种比较直观的脉冲激光辐照下GaN／Al2O3材料温度分布的解析形式，得到了分界面温度和脉冲宽度的关系。表明，单脉冲作用下分界面的温度与加热时间的平方根成正比，并得出脉冲过后随着深度变化温度梯度的分布。在连续脉冲作用时，分界面的温度呈锯齿状不断升高。     

308nm准分子激光剥离聚酰亚胺薄膜实验研究

为了研究聚酰亚胺薄膜在308nm准分子激光下的剥离效果, 采用实验研究的方法, 分别探究了激光能量密度、光斑重叠率、脉冲频率、衬底温度对激光剥离效果的影响, 并结合显微镜观察剥离后的衬底和薄膜形貌。结果表明, 激光剥离能量阈值约为160mJ/cm2, 在激光能量密度为180mJ/cm2~190mJ/cm2左右、光斑重叠率为68.33%时, 剥离效果较好; 提高衬底温度有利于激光剥离过程。该研究对聚酰亚胺薄膜在柔性电子领域的工业化应用具有一定意义。     

利用金属键合和激光剥离技术制备GaN/metal /Si异质结构的研究

利用金属键合和激光剥离将生长在蓝宝石衬底上的GaN薄膜转移到Si衬底上。键合后采用波长为248nm的准分子脉冲激光辐照蓝宝石衬底,低温处理去除蓝宝石衬底。系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响。AFM、XRD和PL测试表明：键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2;键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm。     

Integration of GaN thin films with dissimilar substrate materials by Pd-In metal bonding and laser lift-off

Gallium nitride (GaN) thin films grown on sapphire substrates were successfully bonded and transferred onto GaAs, Si, and polymer “receptor” substrates using a low-temperature Pd-In bond followed by a laser lift-off (LLO) process to remove the sapphire growth substrate. The GaN/sapphire structures were joined to the receptor substrate by pressure bonding a Pd-In bilayer coated GaN surface onto a Pd coated receptor substrate at a temperature of 200°C. X-ray diffraction showed that the intermetallic compound PdIn₃ had formed during the bonding process. LLO, using a single 600 mJ/cm², 38 ns KrF (248 nm) excimer laser pulse directed through the transparent sapphire substrate, followed by a low-temperature heat treatment, completed the transfer of the GaN onto the “receptor” substrate. Cross-sectional scanning electron microscopy and x-ray rocking curves showed that the film quality did not degrade significantly during the bonding and LLO process.