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激光剥离技术

本期内容来源：激光之研，慧聪LED屏网

激光剥离技术（laser lift-off, LLO） 是一种高效、高精度的柔性光电子器件制备方法，尤其适用于硬质基板（蓝宝石、SiC）上的III-V族半导体（GaN、GaAs）薄膜剥离。

在基于GaN发光材料的Micro LED芯片制备应用中，由于蓝宝石衬底的不导电性、差导热性影响着Micro LED器件的发光效率；同时，脆性材料蓝宝石不利于Micro LED在柔性显示方向的运用，因此激光剥离蓝宝石是必要且关键的环节，且激光剥离技术更能凸显Micro LED 的优势。

基本原理：

LLO通过激光能量分解界面材料，实现功能层与基板的分离，其核心步骤如下：

①外延生长：在透明基板（如蓝宝石）上生长功能层（如GaN），界面处可预置弱结合层，如GaN缓冲层。

②激光辐照：从基板背面或正面照射特定波长激光，光能被界面层吸收并转化为热能，引发材料分解或相变。

③界面剥离：分解产物释放应力，使功能层与基板分离。

④转移集成：将剥离的功能层转移至柔性基板，如聚酰亚胺、金属箔等。

*激光剥离GaN/蓝宝石

*InGaN LED芯片激光剥离流程

高效率：单次脉冲处理面积大，其光斑尺寸可达毫米级，适合晶圆级量产。例如6英寸GaN晶圆剥离只需要几分钟。

非接触：避免化学污染，适用于洁净度要求高的器件。高精度：通过调节激光参数，可实现亚微米级剥离精度。

除上述优点外，激光剥离也有一定的局限性。如热损伤风险，局部高温可能导致功能层晶格缺陷，例如LED发光效率下降。其次，仅适用于蓝宝石、玻璃等高透基板。最后则是价格因素，目前准分子激光器价格昂贵，包括后期维护费用也高。

总的来说，激光剥离（LLO）技术凭借其高效率、高精度优势，已成为GaN基光电器件（如Micro-LED、射频器件）柔性化的核心工艺，已具有一定技术成熟度。未来，LLO与二维材料、超宽禁带半导体等新兴材料的结合将极大助力柔性电子器件的发展应用。

*碳纳米管辅助激光剥离：a）工艺示意图；b）激光辐照后GaN界面；c）温度场模拟

选择性激光剥离技术：

传统激光剥离技术的光斑形状主要为线形光束或矩形光束，无法对微米级Micro-LED颗粒进行定向转移或剥离。选择性激光剥离（SLLO）技术更注重器件剥离的精准，由所剥离器件单元或区域的大小确定光斑尺寸大小。

严格控制激光能量的输入及添加合适的牺牲层是推动SLLO技术发展的关键。虽然该技术尚处研发初期阶段，但其在微小器件单元及阵列转移上所体现出的精准可控优势，使其在大规模集成电路与芯片制造领域具有极大的推广可能性。

激光诱导前向转移技术：

激光诱导前向转移（LIFT）技术通过激光脉冲辐照透明基底表面的薄膜吸收层，控制吸收层熔融液化，以烧蚀液滴射流动力推动功能层的转移。

传统LLO技术为实现器件剥离，会避免使用高粘性材料，但LIFT技术却恰好利用了烧蚀膜层的熔融液相动力，因此在转移高粘性材料方面具有独特的优势。相比传统LLO技术，LIFT技术具有更精准的转移选择性，非常有利于实现高分子聚合物小尺寸图形和微结构的转移。另外，LIFT技术所需的激光能量强度大致只有常规LLO技术的二十分之一到五分之一，对材料的剥离损伤远小于LLO技术。

超快激光剥离技术：

目前主流的激光剥离技术采用准分子纳秒脉冲激光，其主要剥离机制是热作用，会引发剥离损伤，涉及激光束能量分布不均及扫描不稳定造成的损伤、激光辐照热应力的释放损伤、膜层应力分布不均或残余应力损伤等。研究人员针对这些热损伤问题，提出采用脉宽小于10-11 s具有“冷”加工特性的超快激光源来改善纳秒脉宽激光源的热损伤。

基于超快激光的剥离技术具有高效、零损伤、高度选择性等优势，有望成为柔性电子器件和Micro LED巨量转移与组装技术瓶颈的关键突破点。