使用波长248 nm的准分子激光器实现了GaN基微型发光二极管(Micro LED)的大面积激光剥离(LLO)。分离器件所需要的临界激光能量密度为800~835 mJ·cm-2, 分离的器件完好无损, 分离表面光滑, 残余应力为0.071 4 GPa, 均方根粗糙度仅为0.597 nm, 远低于目前报道的LLO方法分离表面。该研究为实现高质量、高效率的GaN基Micro LED芯片的制备提供了一种有前景的思路, 对柔性GaN基器件的制备具有一定意义。

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。

基于半导体制造工艺, 制备了尺寸为50μm×80μm的蓝光氮化镓(GaN)基Micro-LED芯片。芯片的正向导通电压在2.55V左右; 测试了10颗LED芯片在1mA注入电流下的电压值, 得到的最大值和最小值分别为3.24和3.12V, 波动幅度在4%以内。在1mA的测试电流下, 测试芯片的EL光谱峰值波长和半高宽分别为453和14.4nm, 芯片的外量子效率可达12.38%, 芯片发光均匀且亮度很大。测试结果表明, 所制备的Micro-LED芯片具有优异的光电性能。此外, 通过激光剥离技术, 实现了Micro-LED芯片的转移。研究了激光剥离工艺对Micro-LED芯片光电性能的影响, 发现在优化的工艺条件下, 激光剥离对芯片的光电性能几乎无影响。这些结果有助于小间距微尺寸LED芯片阵列及显示技术的研究。

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。

激光剥离技术通过脉冲激光辐照致材料烧蚀实现器件向终端基底的转移,具有一定的材料适用性和工艺兼容性,已成为近年来柔性电子器件制造的新兴关键技术。从激光剥离技术的基本机制和工艺特点出发,对激光剥离技术在不同柔性电子器件制造中的研究现状进行调研和介绍,重点阐述激光剥离技术应用中的新工艺与新理论。对激光剥离技术今后的发展方向,特别是超快激光在技术中的应用可能性进行了总结和展望。

柔性电子是可穿戴设备、物联网等应用发展的重要研究方向。激光剥离技术是一种利用激光能量来分离玻璃基板与柔性衬底的技术, 具有作用光波长可选、作用时间短、热影响区域小的优点, 是目前实现柔性电子器件的最重要技术之一。介绍了激光剥离的主要技术特点, 分析其在不同的柔性电子领域的应用, 讨论了应用过程中的主要工艺和作用, 并总结了激光剥离技术未来的发展趋势。激光剥离技术的快速发展, 会对柔性电子行业的研究和发展形成强力支持。

利用金属有机物气相沉积技术(MOCVD)在(0001)蓝宝石衬底上生长了 GaN 基垂直腔面发射激光器(VCSEL) 的多量子阱腔层结构。X射线衍射测量显示该多量子阱具有良好周期结构和平整界面。运用键合及激光剥离技术将该外延片制作成 VCSEL，顶部和底部反射镜为极高反射率的介质膜分布布拉格反射镜 (DBR)。在室温、紫外脉冲激光的泵浦条件下，观察到了VCSEL明显的激射现象，峰值波长位于447.7 nm，半高宽为0.11 nm，自发辐射因子约为6.0×10-2，阈值能量密度约为8.8 mJ/cm2。在大幅度降低制作难度的情况下，得到目前国际最好结果同样数量级的激射阈值。降低器件制作难度有利于制备的重复性，有利于器件的产品化。

传统分离脆性材料的技术由于易产生残余应力、显微裂纹与边部碎屑等缺陷，越来越不能满足半导体工业高精度与高清洁度的要求。激光微细加工技术以无污染、无接触及加工精度高、操作柔性好等优势，正成为一种很有潜力的脆性材料精密加工技术。介绍了用于分离脆性材料的几种典型激光微细加工技术，包括激光烧蚀切割技术、激光诱导张应力控制微裂纹扩展技术与激光剥离技术的工艺原理、特点及研究现状，指出了其存在的主要问题并探讨了其改进措施。最后预测了激光分离技术的发展前景。

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248 nm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。