Micro LED技术，作为显示技术领域的一颗新星，正逐渐成为推动下一代显示革新的关键力量。它在多个应用领域展现出巨大的潜力，但也面临着一些挑战。

首先，随着消费者对显示质量的期望日益增长，特别是在智能手机和电视等消费电子产品中，人们追求更清晰、更逼真且更节能的显示效果。Micro LED技术以其卓越的色彩表现力、高对比度、快速响应时间、高亮度和能效等特性，能够满足这些日益增长的需求，为用户带来卓越的视觉体验。

在可穿戴设备、汽车显示、AR/VR等新兴领域，对小型化、高分辨率、高可靠性和柔性显示的需求不断上升。Micro LED的特性使其成为这些领域的理想选择。例如，在智能手表中，它能够实现精准的信息显示；在汽车仪表盘上，它能够提供清晰的驾驶信息；在AR/VR设备中，它能够增强用户的沉浸感。

然而，Micro LED技术在制造工艺上存在复杂性。它涉及高精度的芯片制造、微纳米级的蚀刻和转移技术等，这些过程对设备和技术的要求极高，且容易出错，导致生产良率较低，从而增加了制造成本。目前，Micro LED的大规模量产面临挑战，尤其是芯片巨量转移技术的问题，限制了产量的提升。

此外，由于生产过程的复杂性和产量的限制，Micro LED的成本相对较高，这在一定程度上阻碍了其在市场上的广泛应用。为了克服这些挑战，业界需要在制造工艺上进行创新，提高生产效率和良率，降低成本，以实现Micro LED技术的商业化和普及。

激光在Micro LED的应用

1 激光外延生长技术：Micro LED芯片制造的核心

在Micro LED芯片的制造过程中，激光外延生长技术扮演着至关重要的角色。这项技术通过激光加热和材料沉积，在衬底上精确生长Micro LED芯片。以下是两种主要的激光外延生长技术：脉冲激光沉积（PLD）和激光分子束外延（LMBE）。

脉冲激光沉积（PLD）技术

PLD技术通过激光脉冲照射靶材，使靶材表面的原子和分子获得足够的动能，形成等离子体羽状物，并最终沉积在衬底上形成薄膜。这种方法能够实现微米级的局部生长和沉积，对结构的控制更为精准。例如，在制备光学薄膜和GaN薄膜时，PLD技术可以精确控制材料的生长位置和厚度。

PLD技术原理

激光分子束外延（LMBE）技术

与PLD不同，LMBE技术利用激光蒸发将金属镓和氮气转化为高能原子和分子束。通过精确控制激光束，可以调节原子和分子束的方向和强度，实现在衬底表面的精确沉积生长。

2 激光蚀刻技术：在Micro LED制造中的应用

激光蚀刻是一种利用高能量激光束在芯片表面特定区域引发材料化学或物理变化，从而实现材料去除的技术。在半导体微纳结构制造中，激光辅助干蚀刻（Laser-assisted dry etching）因其性能优势而受到重视。

激光辅助干蚀刻的性能优势

与传统的电感耦合等离子体（ICP）或反应离子蚀刻（RIE）干蚀刻技术相比，激光辅助干蚀刻展现出显著的优势。它具有更高的蚀刻速率，大约是ICP/RIE的16倍，以及更好的蚀刻均匀性，空间均匀性可达到1-3%，优于ICP/RIE的3-5%。此外，激光辅助干蚀刻的吞吐量更高，可以达到50-100片/小时，而ICP/RIE仅为10-20片/小时。在器件侧壁质量控制方面，激光辅助干蚀刻也能提供更优的结果，侧壁垂直度可达8-80°，表面粗糙度RMS可达0.5-1nm，均优于ICP/RIE。

工艺复杂性

尽管激光辅助干蚀刻具有诸多优势，但其工艺复杂性不容忽视。光刻是半导体微纳结构制造中的关键步骤，激光辅助干蚀刻中的光刻过程包括曝光、显影、蚀刻和剥离四个主要步骤。这些步骤要求精确对准掩模和图案，以确保图案的精确转移。此外，由于UV激光能量吸收特性，蚀刻深度相对较浅，对于需要较大深度的Micro LED，可能需要进行多次处理以达到所需深度。

激光辅助干蚀刻工艺

激光直接写入技术：革新Micro LED制造

激光直接写入（Laser Direct Writing，LDW）技术以其高精度无掩模蚀刻的特点，正在改变Micro LED的微纳尺度制造领域。这项技术允许我们直接通过控制激光束在材料表面形成图案，无需传统光刻掩模，从而实现单步高精度、高效率的制造过程。

超快LDW技术的优势

与传统LDW相比，超快LDW技术，尤其是飞秒激光技术，以其更高精度和更少的热损伤脱颖而出。飞秒激光的脉冲极短，能够避免热传导造成的热损伤，这使得它成为加工GaN薄膜的新手段。飞秒激光的峰值功率极高，脉冲宽度在飞秒量级，与长脉冲激光或连续激光相比，飞秒激光脉冲宽度远小于被加工材料的电子-晶格弛豫时间，在晶格升温之前电子完成对光子能量的吸收，因此在加工过程中电子与晶格处于非平衡态，抑制了热扩散，进而极大地减小热影响区、降低重铸层厚度、减少表面微裂纹，最终实现材料的高精度、高质量加工。

加工效率与适用性

LDW技术加工速度快，适用于多种类型的材料。在GaN薄膜的多重和选择性图案化中，LDW技术能制造出更小的微结构，这对于提升Micro LED的性能至关重要。此外，飞秒激光直写技术在制备功能化微流控芯片研究中也显示出了其高效性。

工艺复杂性与挑战

尽管LDW技术提供了诸多优势，但其工艺复杂性不容忽视。光刻是半导体微纳结构制造的关键步骤，激光辅助干蚀刻中的光刻过程包括曝光、显影、蚀刻和剥离四个主要步骤，需要精确对准掩模和图案。UV激光能量吸收特性导致蚀刻深度相对较浅，对于需要较大深度的Micro LED可能需要多次处理。

蚀刻后Micro LED示意图

3 激光剥离技术（LLO）：实现GaN外延层与蓝宝石衬底的高效分离

激光剥离技术（LLO）是一种先进的制造工艺，它利用特定波长的激光能量来实现GaN外延层与蓝宝石衬底之间的分离。这一技术的核心在于使用短波长激光，其光子能量高于GaN的能带隙但低于蓝宝石和AIN的能带隙，从而确保激光能量主要被GaN层吸收。

LLO原理

技术优势

LLO技术的优势在于其能够实现外延片向高热导率热沉的转移，这对于改善大尺寸芯片中的电流扩展至关重要。此外，LLO技术还能增大发光面积，减少电极挡光，便于制备微结构，并且减少刻蚀、磨片、划片等后续工序。重要的是，蓝宝石衬底可以实现重复使用，这不仅降低了成本，也符合可持续发展的要求。

应用前景

LLO技术在柔性电子制造领域尤其具有潜力。在制造过程中，为了避免柔性基底在高温工艺中损坏，通常需要使用刚性材料作为临时支撑基底，随后通过LLO技术将功能层转移到柔性基底上。这种技术不仅适合低损伤、高效的大规模工业化生产需求，而且在柔性电子器件制造领域逐渐成为研究热点。

LLO后SEM-PSS结构

4 激光巨量转移技术：Micro LED芯片的高效转移

激光巨量转移技术是一种先进的制造工艺，它通过激光照射透明基板上的动态释放层（DRL），实现局部能量吸收、消融和分解，产生的气体压力将界面材料和附着的器件转移到目标基板。这一技术在Micro LED芯片的转移过程中展现出显著的优势，尤其是在提高转移效率和良率方面。

激光诱导前向转移（LIFT）与DRL材料选择

在激光诱导前向转移（LIFT）过程中，DRL材料的选择至关重要。理想的DRL材料需在激光作用下能产生合适的粘附和释放特性。目前，有两种主要的DRL材料被广泛研究：

单层金属膜（如Au-DRL）：曾被用于转移荧光粉粉末，但可能残留材料污染器件。

单层聚合物材料（如光分解性三嗪聚合物TP或聚酰亚胺PI）：可分解成挥发性产物，减少污染。TP产生的冲击波可能损坏器件，而PI通过热分解产生气体和机械能，实现高效高精度转移。

技术优化与挑战

为了克服传统LIFT技术的局限性，如低放置精度和芯片损伤问题，研究人员不断尝试新的方法。例如，激光诱导热气泡转移技术通过控制激光照射产生气体形成气泡护盾，温和推动芯片转移，提高了转移精度并减少了损伤。此外，通过优化DRL材料和结构、改进激光参数控制等手段，提升技术的稳定性和可靠性。

LIFT原理

5 激光辅助键合技术：提升Micro LED键合效率与精度

激光辅助键合（LAB）技术是一种利用高强度激光束照射金属表面，实现电气连接的先进制造工艺。与传统的粘接工艺相比，LAB技术以其选择性键合和局部加热的优势，尤其适用于小间距Micro LED的键合。

激光辅助键合原理

LAB技术的核心在于使用高功率激光源，通过光纤、准直仪以及均化器产生平顶激光束，照射到芯粒或需要焊接的器件上，使芯粒及器件在数秒内由室温升至焊接温度，并焊接在基板、interposer或堆叠的另一个芯粒上。激光束的功率密度分布和空间特性对于整个工艺至关重要，均匀的功率分布可以避免BUMP桥接或接触不良的缺陷。

LAB技术的优势

LAB技术具有多个显著优势。首先，其非接触特性降低了芯片受损风险，提高了键合可靠性和成品率。其次，LAB技术可以减少热应力和晶圆翘曲风险，提高生产效率，确保键合精度和稳定性。此外，LAB技术还具有制程简单、键合效率高、对位贴合精度高、光斑均匀性好、高精度温度恒定系统等优点，确保温度稳定，实现不同温度设定，实现梯度温度控制。

技术挑战与最新进展

尽管LAB技术具有明显优势，但在实际应用中仍面临挑战，如低放置精度和芯片损伤问题。为了克服这些挑战，研究人员不断尝试新的方法。例如，激光诱导热气泡转移技术通过控制激光照射产生气体形成气泡护盾，温和推动芯片转移，提高了转移精度并减少了损伤。此外，通过优化DRL材料和结构、改进激光参数控制等手段，提升技术的稳定性和可靠性。

Au/Sn激光辅助键合

6 激光检测与修复技术：提升Micro LED性能的关键

激光检测原理

激光检测技术基于光致发光（PL）现象，当Micro LED被高能量激光束激发时，电子从导带跃迁到价带，发生辐射产生光子。通过检测这些光子的特性（如波长、强度等），我们可以评估Micro LED的性能。这种非接触性的检测方式无需与Micro LED芯片直接接触，避免了对芯片造成物理损伤，保证了芯片的完整性和性能。

高精度检测

激光检测技术能够精确检测芯片的发光性能。通过调整激光光斑大小至2μm以下，可以实现对Micro LED的精确分析，有效识别微小缺陷。这种高精度的检测能力对于提升Micro LED芯片的质量至关重要。

扫描检测与效率提升

对Micro LED进行扫描检测，可以获得PL强度映射图像，从而快速定位缺陷芯片的位置，提高检测效率。通过比较不同芯片的PL强度，可以直观发现强度较低的缺陷芯片，这种方法大大提高了检测的效率和准确性。

激光检测-PL强度

激光修复技术：提升Micro LED芯片质量的关键

激光修复技术是一种利用高能量紫外激光在Micro LED芯片的缺陷区域进行消除的先进工艺。这一技术通过精确的激光束照射，去除或修复Micro LED中的缺陷部分，具有速度快、效率高的特点，能够在较短时间内显著提升芯片质量。

技术优势

激光修复技术的主要优势包括：

高效性：与传统修复技术相比，激光修复技术能够快速对缺陷区域进行处理，大大缩短了修复时间，提高了生产效率。

非接触性：激光修复无需与Micro LED芯片直接接触，避免了对芯片造成物理损伤，保证了芯片的完整性和性能。

高精度：激光修复能够精确检测芯片的发光性能，通过调整激光光斑大小至2μm以下，实现对Micro LED的精确分析，有效识别并修复微小缺陷。

提升良率：通过修复缺陷芯片，激光修复技术有助于提高Micro LED芯片的良率，减少废品率，从而提升整个产品的质量和可靠性。

降低成本：激光修复技术因其高效性和精确性，有助于降低生产成本，增强产品竞争力。

转自：镭神泰克科技

来源：激光之研

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