一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法技术

一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法，通过固定蓝宝石衬底晶格结构方向，并制作与之方向对应的光刻晶粒图形，配合隐形切割激光频率、功率、焦深、平台移动速度，扩大了激光打点间距,尤其是扩大了晶粒长边激光打点间距,减少对蓝宝石晶格结构的破坏，减少了对光线出射的阻挡，提高外量子效率，从而提高了LED芯片的亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法，属于LED芯片切割

技术介绍
蓝宝石衬底LED芯片以其耗能低、发光效率高、寿命长、绿色环保、冷光源、响应时间快、可在各种恶劣条件下使用等优点，近年来得到日新月异的发展，成为2l世纪的新一代照明光源。随着III-V族半导体工艺的日趋成熟，LED芯片研制不断向更高效率、更高亮度方向发展。随着其应用越来越广泛，如何提高GaN基LED的发光效率越来越成为关注的焦点，影响LED发光效率的因素主要有内量子效率与外量子效率，而外量子效率的提高成为目前半导体照明LED关键技术之一。由于蓝宝石在透明性、导热性、稳定性以及在与GaN晶格匹配方面的优良表现，目前行业内普遍以蓝宝石作为GaN基LED芯片衬底，GaN层一般只有3～5μm，而蓝宝石衬底基本在400～500μm厚度，减薄之后，厚度仍有100μm左右，对GaN基LED芯片的切割，其实就是对蓝宝石进行切割。蓝宝石其莫氏硬度为9，仅次于金刚石，是一种相当难加工的材料，其切割也存在很大的难度。传统的芯片切割方式如金刚刀划片，砂轮刀锯切因其效率低，成品率不高已逐渐落伍，不能满足现代化生产的需要，目前激光切割方式正逐渐取代传统切割，成为目前主流切割方式。激光切割又分为表层切割和内部切割，即隐形切割。激光划片是一种新型的切割技术，它是随着激光技术的发展而兴起的，它采用一定波长的激光聚焦在晶片表面或内部，在极短时间内释放大量的热量，使材料熔化甚至气化，配合激光头的移动或物件的移动，形成切割痕迹，实现切割的目的。表层切割采用355nm或266nm紫外激光，切割深度一般在50μm以内，难以进一步加深。表层切割后，激光产生的高能量瞬间破坏了蓝宝石的晶格结构，侧面激光灼烧痕迹阻挡了LED芯片的出光，对芯片外量子效率影响较大。隐形切割采用1064nm红外光或532nm绿光进行加工，激光作用于芯片内部某一深度，沿切割道形成激光划痕，即一个个间断的微小“爆炸点”，此“爆炸点”破坏了蓝宝石的晶格结构，其点间距在4-10μm之间，“爆炸点”产生的应力，使芯片部分断裂，对芯片再施
以外力，使之沿切割道分开。激光切割使LED芯片加工变得相对简单，但激光切割方法破坏了芯片侧面蓝宝石衬底晶格结构，阻挡了光线的出射，降低LED芯片的出光能力，对芯片外量子效率产生一定的影响。理论与实验发现，激光划痕造成的发光损耗面积即蓝宝石晶格结构损伤面积越大，对芯片外量子效率的影响也越大，芯片亮度越低。蓝宝石的主要成分是三氧化二铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成,其晶体结构呈现为六方晶格结构。它常被应用的切面有a-Plane,c-Plane以及R-Plane，而c-Plane蓝宝石基板是目前使用最多的一种，因为沿此轴生长的蓝宝石晶体物理、化学性能稳定，生长工艺成熟，成本较低，在此面进行外延层的沉积技术也相对成熟。中国专利文献CN103022284A公开的《一种基于侧壁腐蚀的LED芯片切割方法》，LED晶圆经过正面激光划片、侧壁腐蚀后，按照正常的LED芯片制造流程完成芯片制造；晶圆减薄、背镀后进行背面激光隐形切割，控制隐形切割线位置使其与正面划片线错开；裂片时在应力诱导下，晶粒侧壁将出现一斜裂面，更有利于侧面出光，增加芯片的整体光通量而不影响芯片的外观和电性。进一步的还公开了一种根据以上所述的LED芯片切割方法所制备的LED芯片，LED芯片的边缘呈具有斜裂面的“ㄣ”形断面。半导体衬底GaN晶圆在经过芯片侧壁腐蚀工艺后，结合激光隐形切割制作出“ㄣ”形断面，从增加侧壁出光量的方面增加整个LED芯片的亮度。这种方式采用了正面激光划片加背面激光隐形切割，两次激光切割，破坏的蓝宝石晶格结构面积增大，且效率低。中国专利文献CN103811602A公开的《GAN基LED芯片制备方法》提供了一种GaN基LED芯片的制备方法，包括如下步骤：1)提供蓝宝石衬底，其包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；2)在所述蓝宝石衬底的所述第一表面的一预设高度处进行隐形切割，使第一表面沿切割线产生微裂纹；3)在所述蓝宝石衬底的所述第一表面形成GaN半导体层；4)在所述GaN半导体层上形成透明导电层、N电极及P电极；5)从所述蓝宝石衬底的第二表面所在的一侧减薄所述蓝宝石衬底；以及6)进行裂片。这种方式容易产生2种不良后果：1)出现大量碎片，裂片率高，产出率低；2)无法劈开，或劈裂不良，良率低。中国专利文献CN103000507B公开的《一种中大尺寸芯片提高亮度和良率的制造方法》，具体公开了一种采用背面隐形切割并且切割深度大于芯片厚度1/2的切割工艺，解决了因斜裂问题而导致良率偏低、亮度偏低等技术问题。由于切割位置接近芯片正面，崩裂的时候能有效减少切割位置与实际裂开位置的偏差。这种方式相对于切割深度小于芯片厚度1/2的切割工艺，所需激光功率较大，而激光功率较大，破坏蓝宝石晶格结构的面积随之增大，不利于芯片亮度的提高，且切割深度过深，容易产生芯片漏电问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法。
该方法减少激光对蓝宝石的破坏，提高芯片的亮度，操作方便、简单，易于量产。本专利技术的技术方案如下：一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法，包括：(1)在c-Plane蓝宝石衬底上长有外延发光层的外延片，并在外延片上蒸镀透明电极层，在所述透明电极层上进行晶粒图形光刻，形成多个具有相同周期的晶粒图形，晶粒图形以矩形为单元，排满整个芯片，使所述晶粒图形的长边方向垂直于蓝宝石衬底的解理边方向，即a-Plane面；(2)利用现有工艺流程对LED芯片的晶圆进行刻蚀、P、N电极蒸镀，剥离、退火和研磨；通过隐形切割激光对LED芯片进行切割：在晶粒图形的长边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为12-20μm；在晶粒图形的短边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为7-10μm；激光打点深度为LED芯片厚度的(1/5)-(1/2)、且靠近蓝宝石衬底，激光打点释放的应力延伸到所述LED芯片表面，形成近似直线的裂痕；(3)对LED芯片沿步骤(2)所述裂痕方向施以外力，使LED芯片分隔成独立的发光单元。根据本专利技术优选的，所述步骤(2)中所述隐形切割激光的参数包括：激光功率为300-600mW；Y方向激光频率为40-65KHz；隐形切割激光所在平台的移动速度为480-1350mm/s；X方向激光频率为40-65KHz；隐形切割激光所在平台移动速度280-650mm/s。根据本专利技术优选的，所述晶粒图形的长边和短边满足以下参数：1＜(长边长度：短边长度)＜12。根据本专利技术优选的，所述晶粒图形的长边和短边的长度范围100-1200μm。当晶粒图形的长边与短边比值越大时，即在晶粒宽度一定时，长度越长，对LED芯片亮度的提升作用越显著。本专利技术的优势在于：本专利技术通过固定蓝宝石衬底晶格结构方向，并制作与之方向对应的光刻晶粒图形，配合隐形切割激光频率、功率、焦深、平台移动速度，扩大了激光打点间距,尤其是扩大了晶粒长边激光打点间距,减少对蓝宝石晶格结构的破坏，减少了对光线出射的阻挡，提高外量子效率，从而提高了LED芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法，其特征在于，该方法包括：(1)在c‑Plane蓝宝石衬底上长有外延发光层的外延片，并在外延片上蒸镀透明电极层，在所述透明电极层上进行晶粒图形光刻，形成多个具有相同周期的晶粒图形，晶粒图形以矩形为单元，排满整个芯片，使所述晶粒图形的长边方向垂直于蓝宝石衬底的解理边方向，即a‑Plane面；(2)利用现有工艺流程对LED芯片的晶圆进行刻蚀、P、N电极蒸镀，剥离、退火和研磨；通过隐形切割激光对LED芯片进行切割：在晶粒图形的长边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为12‑20μm；在晶粒图形的短边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为7‑10μm；激光打点深度为LED芯片厚度的(1/5)‑(1/2)、且靠近蓝宝石衬底，激光打点释放的应力延伸到所述LED芯片表面，形成近似直线的裂痕；(3)对LED芯片沿步骤(2)所述裂痕方向施以外力，使LED芯片分隔成独立的发光单元。

【技术特征摘要】
1.一种利用激光切割制备蓝宝石衬底LED芯片的方法，其特征在于，该方法包括：(1)在c-Plane蓝宝石衬底上长有外延发光层的外延片，并在外延片上蒸镀透明电极层，在所述透明电极层上进行晶粒图形光刻，形成多个具有相同周期的晶粒图形，晶粒图形以矩形为单元，排满整个芯片，使所述晶粒图形的长边方向垂直于蓝宝石衬底的解理边方向，即a-Plane面；(2)利用现有工艺流程对LED芯片的晶圆进行刻蚀、P、N电极蒸镀，剥离、退火和研磨；通过隐形切割激光对LED芯片进行切割：在晶粒图形的长边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为12-20μm；在晶粒图形的短边侧进行激光打点，所述激光打点的间距为7-10μm；激光打点深度为LED芯片厚度的(1/5)-(1/2)、且靠近蓝宝石衬底，激光打点释放的应力延伸到所述LED芯片表面，形成近似直线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤洲，彭璐，刘琦，王成新，徐现刚，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37