2023年1月10日　DINGBO CHEN、 YU-CHANG CHEN、 GUANG ZENG、 DAVID WEI ZHANG、 HONG-LIANG LU 

一般的に、GaNベースのマイクロLEDはシリコンやサファイア基板上に成長および製造され、AlGaInPベースのマイクロLEDはGaAs基板上に成長されます。成長された基板の厚みは数百マイクロンであることが一般的です。このような大きな厚みは、転送されたマイクロLEDの電気的相互接続と熱管理に問題を引き起こす可能性があります。したがって、基板の剥離または除去は、ほとんどのピッキングおよび転送プロセスの前提条件となります。また、対応する材料の物理的および化学的性質を考慮して、基板リリース技術の選択を行う必要があります。

次図は、異なるドナー基板で使用される一般的な基板リリース技術を示しています。一般的に、マイクロLEDの成長基板は物理的および化学的にリリースされます。物理的な方法にはレーザーリフトオフ（LLO）や機械的な研削技術があります。化学的な方法には酸またはアルカリのウェットエッチングが含まれます。

(A) レーザーリフトオフ（LLO）、(B) 機械研削、および(C) アルカリ、(D) 酸性溶液を使用した化学エッチングによる基板のリリースのプロセスの模式図

1996年、Kellyらは、短いレーザーパルスが高い空間分解能でGaNを分解できることを発見し、355nmのパルスレーザーを使用してサファイア基板上のGaN膜のリフトオフを実現しました。レーザーはサファイアを通過する際に、GaNエピタキシャル層によってエネルギーを吸収し、薄いGaN層が液体のGaとN2ガスに分解します。最後に、分解生成物によって界面で発生する応力が基板の剥離を促進します。上記の理論に基づいて、1999年、WongらはLLOによって薄膜InGaN LED膜を作製しました。その後、LLO技術はLEDとマイクロLEDの基板除去に広く使用されるようになりました。ただし、コンフォーマルアレイ転写を達成するためには、マイクロLEDウェハーを一時的な仮ウェハーまたは転写テープに事前に貼り付けておく必要があります。

しかしながら、LLO技術はサファイア基板などの紫外線 (UV) 透過性基板にのみ適用されます。Si基板やGaAs基板に対しては、機械的研削や湿式化学エッチング技術が適した選択肢です。機械的研削プロセス中、マイクロLEDは機械的に深刻な影響を受けるため、仮の基板としっかりと接触する必要があり、その後の転写に問題が生じる可能性があります。したがって、機械的研削リリースプロセスは主に垂直構造LEDの基板転写を実現するために使用されます。DawsonらはKOH溶液を使用してSiの異方性エッチングを行い、基板リリースを実現しました（図C）。誘導結合プラズマ メサ エッチング（plasma mesa etching）中に支持アンカーを定義することにより、マイクロLEDプレートレットはアンダーカットエッチング後に結合され、元の位置で吊り下げられ、転写可能なマイクロLEDアレイ（transferable micro-LED array）が形成されました。

GaAs基板は異方性の腐食特性（corrosion characteristics）を持たないため、AlGaInPベースの赤色発光マイクロLEDの基板リリースプロセスはGaNベースのデバイスと異なります。 Rogersらは、アクティブまたは犠牲材料として機能するGaAsウェハー上にAlAsのエピタキシャル挿入層を導入しました。選択的にフッ化水素酸を用いて犠牲層をエッチングすることで、マイクロLEDアレイは成長基板から完全にリリースされました。この場合、フォトレジストを使用して、転写ステップまでマイクロ LED ダイを固定位置に固定します。シリコンまたはフォトレジストで作られたアンカーは脆弱であるため、マイクロLEDは簡単にピックアップできることが指摘されました。