電化學剝離法新突破，為光電與異質整合開新路

加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）團隊在《Applied Physics Letters》發表研究，開發出利用電化學蝕刻（electrochemical etching）的「剝離技術（lift-off method）」，能在不損晶體的情況下，將氮化鎵（GaN）等氮化物材料從藍寶石基板分離並轉移至矽。這項技術可降低製程應力，並為 μLED、柔性光電與異質封裝開啟新整合途徑。

傳統雷射太粗暴，「電化學」更為溫柔

過去業界多使用「雷射剝離（Laser Lift-Off，LLO）」來分離 GaN 薄膜，但該方法會產生高熱與高應力，容易造成晶體損傷、表面粗糙，特別是在含高銦成分的 InGaN 發光層中更容易出現裂痕。

UCSB 的新方法則完全不同。研究團隊在材料結構中設計了一層僅 50 奈米厚、重摻矽（Si）的「犧牲層」。當樣品浸入硝酸溶液並通電時，反應只會在這層界面發生，使其被選擇性溶解，上層薄膜即可自然脫離。

整個過程就像吃漢堡時不想要生菜，研究人員找到方法能把中間那片生菜完整抽出，漢堡卻不散開、不變形。這層「生菜」就是材料中預先設計的可蝕刻層；通電後它被化學反應「吃掉」，上層薄膜便乾淨地與基板分離。

表面平滑到 0.5 奈米，μLED 發光強度維持良好

實驗結果顯示，剝離後的氮化物薄膜厚度約 600 奈米，表面粗糙度低至 0.5 奈米，遠優於傳統 LLO 所造成的數十奈米粗糙度。

研究團隊將這些剝離下來的薄膜製成微發光二極體（μLED），結果在轉移到矽基板後仍能穩定發光，光譜峰值甚至變得更窄（半高寬由 11 奈米縮至 5.9 奈米），顯示晶體品質完好且應變獲得釋放。
團隊指出：「未出現任何 GaN 的光致發光訊號，代表薄膜已完全分離，且量子井結構仍保持完整。」

瓶頸：電流分布與電極穩定性仍待優化

儘管成果令人驚豔，研究也發現仍有幾項挑戰。由於電化學蝕刻過程依賴電流分布，當樣品面積放大時，電流密度不均可能導致蝕刻速率差異，使薄膜邊緣與中央不易同時剝離。

此外，團隊目前使用的「焊接銦點」作為陽極接觸仍不夠穩定，在元件轉移後出現串聯電阻上升與漏電增加的現象。這主要與電極設計及側壁暴露面有關。研究團隊表示，未來將持續優化金屬接觸與表面鈍化（passivation）工藝，以提升轉移後元件的電性穩定度與量產可靠性。

為光電整合與 CPO 帶來啟發

電化學剝離讓「材料轉移」從破壞式製程轉向可控制的分層製程，重新定義了光電元件的製造思維。在 μLED、光電整合與 CPO（Co-Packaged Optics，光電共封裝） 等領域，這項技術的關鍵不在速度，而在於「乾淨」。

過去 CPO 要將雷射或光學元件與矽晶片共封裝，但因 GaN、InP 與矽晶格差異過大，高溫或雷射轉移常造成熱損傷與界面粗糙，導致封裝良率受限。UCSB 的方法則提供低熱、低應力的整合途徑，能乾淨地將光電薄膜轉移至矽或其他潛在基板，有助提升製程良率潛力，為未來 AI 晶片與光通訊封裝奠定基礎。

• Electrochemical III-nitride device lift-off

（首圖為示意圖，來源：Image by Freepik）