高功率GaN基LED器件的研究现状与发展[3]

光光斑的中心区域，剥离后的GaN薄膜界面平整，激光光斑并没有对GaN样品造成宏观损伤，而在激光边缘区域，在GaN薄膜上留下了一条很明显的痕迹，这条损伤可以深达微米量级。这不但对激光剥离的样品质量带来的伤害，而且直接影响了激光剥离技术的工业化应用，这样的损伤，使得传统激光剥离的方式只能采取chip by chip的方式，复杂化了工艺。

　　同样，为了研究激光剥离对器件特性的影响，我们制备了侧向结构的激光剥离LED器件（LLO-LEDs）和传统蓝宝石衬底的LED器件（C-LEDs），并分析了其电学光学特性的变化，如图3.(c)，（d）所示[19]。相同的器件结构可以反映激光剥离后器件特性的改变。通过比较C-LED和LLO-LED的电光特性，我们得到了激光剥离过程对器件的影响。两器件相似的串联电阻和理想因子告诉我们激光剥离过程并没有对器件的量子阱，金半接触等造成严重影响。然而，反向漏电的增加也同样警示了我们激光剥离作用的存在。尽管LLO-LED在低电流下存在着一些劣势，在高注入电流的时候，其优势还是明显的展示了出来。在300mA注入电流内，凭借着Cu衬底的高散热能力，LLO-LED的最大光功率和饱和电流分别是C-LED的1.8倍和2.5倍[19，20]。

　　激光剥离垂直结构LED器件由于其突出的散热性能和良好的电流扩展能力等等优势，使其必将成为未来大功率LED器件的主流结构，然而，上述这些问题的存在，都是激光剥离垂直结构LED器件想要走向成熟所必需面临的严重问题。对于这些问题的解决，我们经过研究，提出了一些切实可行的方案，改进了激光剥离技术，并且通过结合HVPE生长技术， 提出了更为新颖的垂直结构LED器件结构。

　　2.2 Micro-area 激光剥离技术

　　针对与KrF对样品带来的损伤和因此引起的激光剥离垂直结构LED器件制备上的弊端。我们对激光剥离技术进行了调整，提出了Micro-area YAG固体激光器无损剥离的新方法。以YAG固体激光器为激光光源，使用80μm×80μm的小光斑进行逐点逐行激光扫描，其中小光斑内部的能量分布情况是：光斑中心能量最强，向四周能量逐渐变弱。

　　在传统的KrF激光剥离技术中，大光斑内的能量是均匀的，在光斑边缘能量发生骤变，故容易造成损伤。在Micro-area激光剥离方法中，我们不再一味的追求能量均匀化，而是考虑了光斑边缘能量的渐变。相对于大光斑，小光斑更容易实现光斑激光能量的渐变。正是由于强调了光斑边缘区域的能量的渐变过程，改善了GaN基材料在光斑边缘的受力状况，从而实现了小光斑的无损激光剥离。

　　图4（a），（b）所示为应用Micro-area YAG激光剥离技术制备的2英寸正片GaN薄膜和大功率LED薄膜器件的照片。在使用KrF激光剥离制备的样品中，我们可以清晰地看到激光光斑所留下的损伤的痕迹，如图3（a）黄圈中所示。而应用Micro-areaYAG激光剥离方法后，激光剥离GaN界面平整，没有激光光斑的痕迹出现。 图4（c），（d）为对比KrF激光剥离制备的GaN薄膜和Micro-area YAG激光剥离制备的GaN薄膜剥离界面SEM照片， KrF激光剥离技术激光光斑边缘在样品中所带来的损伤（如图中的红圈所示）清晰可见。而Micro-area YAG激光剥离系统制备的样品中，在涵盖为700-800微米见方，包含近百个小光斑扫描剥离的区域，样品剥离界面非常平整，没有出现深入微米量级的损伤，这样的结果充分证明，我们改进后的小光斑非匀化激光剥离技术很好的解决了激光剥离光斑边缘对样品的损伤问题。

　　这种无损剥离的YAG激光剥离方法的发明，实现了无需对准的盲打剥离方法。这种激光剥离扫描方式，在传统工艺实现电镀或键合的步骤后，无需再根据GaN器件单元尺寸调整光斑面积，无需在开始时进行对版工作，可直接进行激光扫描，中间无需停顿，无需实时检测。

　　与传统KrF激光剥离技术相比，Micro-area YAG无损激光剥离方法的有益效果是：第一，极大的简化了激光剥离工艺过程；第二，极大的提高了激光剥离的工作效率；第三，降低了废品率；第四，为激光剥离工艺产业化扫清了障碍，推进了激光剥离的工业生产。